• Author / Uploaded
• Diego Calixto Bazán

• Categories
• Agua potable
• Descarga (hidrología)
• Agua
• Alcantarillado
• Temperatura

Citation preview

CONSUMO DE AGUA

UNIDAD IV CONSUMO DE AGUA 4.1 Generalidades: Para determinar las cantidades de agua que se requiere para satisfacer las condiciones inmediatas y futuras de las ciudades o poblaciones proyectadas, se recomienda realizar un estudio exhaustivo de la comunidad a estudiar. La dotación es el consumo de agua utilizado por una persona por día y se expresa por lo general en litros por habitante y por día (litros /habitante-día). La determinación del consumo se debe hacer con base en datos estadísticos del consumo pasado y presente de la población (en el caso de que se disponga de esta información) o, si no, basándose en estos mismos datos de otras poblaciones vecinas. Factores Determinantes del Consumo Los factores incidentes en el consumo de una población son los siguientes: 1. Temperatura Debido a las condiciones propias de la actividad del ser humano, entre mayor sea la temperatura, mayor será el consumo de agua. Por ejemplo, entre más alta la temperatura el consumo de agua es mayor. 2. Calidad del agua El consumo de agua será mayor en la medida en que las personas tengan la seguridad de una buena calidad del agua. 3. Características socioeconómicas El consumo de agua depende también en buena parte del nivel de educación y del nivel de ingresos de la población. Por esta razón en ciudades desarrolladas, como las capitales de departamentos, el consumo de agua es mayor que en pueblos pequeños o caseríos. 4. Servicio de alcantarillado El hecho de disponer de una red de alcantarillado incrementa notablemente el consumo de agua potable, en comparación con sistemas de evacuación de excretas como letrinas. 5. Presión en la red de distribución de agua Si se tienen altas presiones en la red el flujo de agua será mayor al abrir las llaves de los lavamanos, regaderas y otros artefactos. Igualmente, se puede presentar un mayor número de rupturas de tubos dentro del domicilio o en la misma red de distribución aumentando así el volumen de agua pérdida. 6. Administración Una administración eficiente controlará mejor el consumo de agua reduciendo las fugas y desperdicios, y controlando las conexiones ilegales.

25

CONSUMO DE AGUA

7. Medidores y Tarifas La instalación de medidores y el establecimiento de tarifas producen un impacto psicológico en los usuarios. Cuando no se tienen medidores, ni tarifas no se tiene control sobre el uso del agua y los usuarios no valoran el recurso tendiendo a usar mayores cantidades. 4.2. Clasificación del Consumo de Agua Tradicionalmente se ha clasificado el consumo como: 1) doméstico 2) Industrial y comercial 3) público o institucional 4) pérdidas y desperdicios 1.- Consumo doméstico: Es el consumo en las viviendas, el agua utilizada para consumo, sanitarios, cocina aseo personal, etc. La determinación del consumo doméstico varía de acuerdo al nivel económico de los consumidores, tamaño de la ciudad, por ejemplo para la Ciudad de Managua, de acuerdo a las características de la zona. Tabla 4.1 Clasificación de barrios Asentamientos progresivos Zonas de máxima densidad y de actividades mixtas Zonas de alta densidad Zonas de media densidad Zonas de baja densidad

Dotación g/hab-día 10 45

L/hab-día 38 170

40 100 150

150 378 568

Normas del INAA

Clasificación de los barrios:5 a.- Asentamientos progresivos: Son unidades de viviendas construidas con madera y láminas, frecuentemente sobre un basamento de concreto. Estos barrios no tienen conexiones privadas en la red de agua potable, pero se abastecen mediante puestos públicos. b.- Zonas de máxima densidad y actividades mixtas: Las viviendas avecinan talleres y pequeñas industrias en un tejido urbano heterogéneo. En términos de superficie, las viviendas ocupan un promedio del 65% del área total del terreno y todas están conectadas a la red de agua potable c.- Zonas de alta densidad: 5

INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua 2001

26

CONSUMO DE AGUA En los núcleos de las viviendas de estas zonas se encuentran construcciones de todo tipo, desde la más sencilla hasta casas de alto costo, pero en lotes con dimensiones y áreas homogéneas (150 m 2 a 250 m2). Casi todas las viviendas están conectadas a la red de agua potable. d.- Zona de mediana densidad: Se trata de viviendas de buen nivel de vida con áreas de lotes que varían entre los 500 m2 y 700 m2. Todas están conectadas a la red de agua potable. e.- Zonas de baja densidad: Son áreas de desarrollo con viviendas de alto costo y de alto nivel de vida construidas en lotes con área mínima de 1000 m 2. Todos conectados a la red de agua potable. - Para el resto de las ciudades la dotación se toma de acuerdo al tamaño de la población. Tabla 4.2 Rango de población Dotación g/hab-día L/hab-día 0 – 5000 20 75 5000 – 10000 25 95 10000- 15000 30 113 15000 – 20000 35 132 20000 – 30000 40 151 30000 – 50000 45 170 50000 – 100000 o más 50 189 Normas de INAA

2.-Industrial, comercial y público: Suministro de agua a establecimientos comerciales e industriales tales como: fábricas, oficinas y almacenes. La importancia de este uso varía localmente, dependiendo si hay grandes industria y sí esta obtienen su agua del sistema de abastecimiento público. El consumo público es el suministro de agua a edificios públicos, y otros servicios públicos. Este incluye agua para edificios del gobierno, riegos de calles y protección contra incendio. - Para Managua INAA establece las siguientes dotaciones: Tabla 4.3 Tipo de Consumo Dotación g/hectárea-día L/hectárea-día Comercial Público o institucional Industrial

25000 94625 De acuerdo a desarrollo de población

Normas de INAA

- Para el resto de las ciudades.

27

CONSUMO DE AGUA Se usan los porcentajes de acuerdo a la dotación doméstica diaria. Tabla 4.4 Consumo

Porcentaje

Comercial Público o institucional Industrial

7 7 2

Normas de INAA

Tabla 4.5 Valores típicos de consumo comercial Entidad Consumo (L/d) Hoteles (por habitación) Escuelas < 20 alumnos Escuelas > 20 alumnos Industrias (por persona empleada) Depósito de materiales Farmacias o graneros de 50 m2 Farmacias o graneros de 100 m2 Farmacias o graneros de 200 m2 Farmacias o graneros de ≥ 200 m2 (por m2) Fuentes de soda y heladerías de 20 m2 Fuentes de soda y heladerías de > 50 m2 Fuentes de soda y heladerías de >50 m2 Restaurantes de 50 m2 Restaurantes de >50 m2 Oficina (por empleado y por 10 m2) Hospitales (por cama)

500 50 80 80 100 500 1000 1600 8 1000 2000 3000 40 90 80 400

Normas de INAA

3.-Agua para incendios: El agua que se usa en caso de incendio es parte del consumo de agua público y es obligatorio considerarlo en sistemas con poblaciones mayores de 5,000 habitantes. La cantidad de agua que todo acueducto debe tener disponible para combatir la eventualidad del incendio, se establece según la capacidad del sistema y el rango de la población proyectada Rango de población De A 0 5000 10000 15000 20000 30000 50000

Tabla 4.6 Caudales gpm (l/s) gpm (l/s)

5000 10000 80 (5) 15000 200 (13) 20000 350 (22) 30000 550 (35) 50000 1000 (63) 100000 y más 1500 y más (95)

Normas de INAA

28

Caudales por toma gpm (l/s)

No se considera 200 (13) 1 toma de 150 (9) 550 (35) 1 toma de 250 (16) 550 (35) 2 tomas de 250 c/u (16) 1000 (63) 3 tomas de 250 c/u (16) 1500 (95) 2 tomas de 500 c/u (31) 3 tomas de 500 c/u (31) de acuerdo a la importancia del lugar

CONSUMO DE AGUA Fig. 4.1 Hidrante

Cuando en las localidades consideradas existan o estén en proyectos la instalación de: industrias, fábricas, centros comerciales, etc., éstos se deberán diseñar su propio sistema de protección contra incendio. 4.-Pérdidas en el sistema: Las pérdidas o desperdicios se conocen como Agua que no es contabilizada. El agua no contabilizada es atribuida a errores en la lectura de los medidores, conexiones ilegales y fugas en los sistemas de distribución. La pérdida o desperdicio se puede reducir significativamente mediante el mantenimiento cuidadoso de los sistemas y un programa regular de re-calibración y reemplazo de medidores. Dentro del proceso de diseño, esta cantidad de agua se puede expresar como un porcentaje del consumo del día promedio. En el caso de Nicaragua se fijará en un 20% para un sistema nuevo.6 4.3 Caudal de Diseño Con el fin de diseñar las estructuras del acueducto, es necesario calcular el caudal apropiado, el cual debe combinar las necesidades de la población de diseño y los costos de la construcción de un acueducto para un caudal excesivo. Normalmente se trabaja con tres tipos de caudales, a saber: 1. Caudal medio 2. Caudal máximo diario 3. Caudal máximo horario. 1.- Caudal medio Es el caudal promedio obtenido de un año de registros y es la base para la estimación del caudal máximo diario y del máximo horario. Este caudal expresado en litros por segundos se obtiene así: Q prom = Dotación (l/hab-d) x Población (habit) (l/s) 86400 s/d 6

INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua 2001

29

CONSUMO DE AGUA 2.- Caudal máximo diario Es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras palabras, representa el día de mayor consumo en el año. El caudal máximo día se utiliza para el cálculo de diferentes elementos del sistema de abastecimiento de agua, entre los que tenemos: Capacidad de la fuente, obra de captación, línea de conducción, sistema de bombeo. Esta se calcula según la siguiente expresión: Q máx diario = FMD x Caudal promedio FMD: Factor máximo día, será igual a 1.3 de la demanda promedio diaria para la ciudad de Managua. Para las otras localidades del resto del país, este parámetro es de 1.5. 7 3.- Caudal máximo Horario Corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo, se utiliza en el análisis hidráulico de la red de distribución. Esta en general se determina como: Q máx diario = FMH x Caudal promedio FMH: Factor máxima hora, para la ciudad de Managua el factor será igual al 150% de la demanda del día promedio, y para las localidades del resto del país, será igual al 250% del mismo día8. 4.4.- Ejercicios Propuestos: 4.1.- Una familia de 4 personas pagan anualmente por el consumo de 185 m 3 de agua. Determine:  Consumo especifico por persona por día  El factor pico instantáneo, para el suministro de un caudal de 300 l/h Repuestas:  q = 127 l/p-d  Pf inst = 14 q = 185 * 1000 / (4 * 365) = 126.71 ≈ 127 l / p-d Pf inst = 300 * 24 / (127 * 4) = 14.17 ≈ 14 4.2.- Un edificio de departamento de 76 ocupantes, paga anualmente por el consumo de 4770 m3 de agua. Determine:  Consumo especifico por persona por día  El factor pico instantáneo, durante un consumo máximo de 5.5 m 3/h Repuesta:  q = 172 l/p-d 7

INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua 2001 8

.- INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua 2001

30

CONSUMO DE AGUA  Pf inst = 10 4.3.- Un área residencial de 1200 habitantes, se le suministro anualmente la cantidad de 63800 m3 de agua, esto incluyendo un 10% de pérdidas estimada. Durante el mismo período, el caudal máximo registrado por el medidor de la zona residencial fue 25.4 m3/h Determine:  Consumo especifico por persona por día  El factor pico máximo instantáneo Recomendaciones: 1) El consumo especifico podría no incluir las pérdidas 2) El factor pico debería incluir las pérdidas, al menos que el caudal sea medido en las conexiones domiciliares. 1) q = (63800 * 0.90) * 1000 / (365 * 1200) = 131 l/p-d 2) Pf inst = 25.4 * 24 *1000 / ((131/0.9) * 1200) = 3.49 ≈ 3.5 Repuesta:  q = 131 l/p-d  Pf inst = 3.5 4.4.- Una compañía de agua entrega anualmente la cantidad de 15,000,000 m 3 a un área de distribución de 100,000 consumidores. Al mismo tiempo, el dinero recolectado es 6,000,000 de córdobas. La tarifa promedio es 0.5 3 córdobas / m . Determine:  La entrega en consumo promedio diario  El porcentaje de agua no contabilizada  El consumo por persona por día, asumiendo que el 60% del agua entregada es para uso domestico. Recomendaciones: 2) Expresar el agua no contabilizada como un porcentaje del agua entregada. Repuesta:  Q prom = 41096 m3/d o 1,712 m3/h  Agua no contabilizada = 20.0 %  q = 247 l/p-d 4.5.-Determine la capacidad de producción de la instalación de tratamiento para la ciudad de 1,250,000 habitantes. Asuma que el consumo especifico por persona es 150 l/d, el agua para uso no domestico de 30,000,000 m 3/año y el agua no contabilizada del 12% Q = ((1250000 * 150) + (30000000 * 1000 / 365)) * 1.12 / 86400 = 3,496 l/s Repuestas:  Q prom = 3,496 l/s = 110.25 millones m3/ año o 3.5 m3/s

31

CONSUMO DE AGUA

4.6.- Una compañía de suministro de agua entrega anualmente la cantidad de 13,350,000 m3. La máxima demanda diaria de 42,420 m 3 fue observada el 26 de Julio. La mínima, se observa el 30 de Enero, esta fue de 27,360 m 3. La siguiente entrega fue registrada el 11 de Marzo: Hora Q (m3) Hora Q (m3) Hora Q (m3) Hora Q (m3)

1 433 7 1856 13 1634 19 1944

2 562 8 1922 14 1656 20 1453

3 644 9 1936 15 1789 21 1218

4 835 10 1887 16 1925 22 813

5 1450 11 1721 17 2087 23 676

6 1644 12 1712 18 2055 24 602

Determine:  La entrega en consumo promedio diario y el rango del factor pico estacional  El diagrama del factor pico diario  Rango anual esperado del caudal suministrado al área. Repuestas:  Q prom = 36,575 m3/día; Pf estac = 0.75 – 1.16  Q prom = 1,435.6 m3/h Hora

1

2

3

4

5

6

Pf hor Hora Pf hor Hora Pf hor Hora Pf hor

0.302 7 1.293 13 1.138 19 1.354

0.391 8 1.339 14 1.154 20 1.012

0.449 9 1.349 15 1.246 21 0.848

0.582 10 1.314 16 1.341 22 0.566

1.010 11 1.199 17 1.454 23 0.471

1.145 12 1.193 18 1.431 24 0.419

Note que el 11 de Marzo no corresponde al consumo promedio diario. caudal promedio derivado de la cantidad anual es Q prom = 1,524 m 3/h.  Q max = 2,563 m3/h; Q min = 343 m3/h

El

4.7.- La pérdida estimada en el ejercicio anterior es de 20% de la demanda diaria. Esta es asumida a ser constante las 24 horas. Calcule el factor pico horario para el consumo actual del 11 de Marzo. Recomendaciones: 1) Las pérdidas promedio del 20% de un caudal constante de 287.1 m 3/h Repuestas:  Q prom = 1,148.5 m3/h Hora

1

2

3

4

5

6

Pf hor Hora

0.127 7

0.239 8

0.311 9

0.477 10

1.013 11

1.181 12

32

CONSUMO DE AGUA Pf hor Hora Pf hor Hora Pf hor

1.366 13 1.173 19 1.443

1.424 14 1.192 20 1.015

1.436 15 1.308 21 0.811

1.393 16 1.426 22 0.458

1.249 17 1.567 23 0.339

1.241 18 1.539 24 0.274

4.8.- El consumo calculado en el problema anterior (# 7) consiste de tres categorías: Domestica, industrial y comercial. La categoría industrial participa en todo el consumo con un caudal constante de 300 m 3/h, entre las 8 am y las 8 pm. La categoría comercial requiere de un caudal de 100 m 3/h, entre las 8 am y las 4 pm. Determine:  Determine el factor pico horario para la categoría de demanda domestica  Asumiendo que el consumo comercial e industrial es constante a través de todo el año, calcule el consumo promedio por persona, si viven 150,000 personas en el área. Repuestas:  Q prom = 965.2 m3/h Hora

1

2

3

4

5

6

Pf hor Hora Pf hor Hora Pf hor Hora Pf hor

0.151 7 1.626 13 0.981 19 1.406

0.285 8 1.279 14 1.004 20 1.208

0.370 9 1.294 15 1.142 21 0.965

0.568 10 1.243 16 1.396 22 0.545

1.205 11 1.071 17 1.554 23 0.403

1.406 12 1.062 18 1.521 24 0.326

 q = 166 l/p-d 4.9.- El registro del consumo anual domestico fue de 38.2 millones de m 3. Determine:  El consumo después de 10 año asumiendo que el crecimiento anual de la población es de 3.8%  El consumo después de los siguientes 10 años asumiendo que el crecimiento poblacional es de 2.2%. Compare los resultados del modelo lineal y exponencial. Repuestas:  Q lin = 52.7 millones m3; Q exp = 54.9 millones m3  Q lin = 64.3 millones m3; Q exp = 67.7 millones m3 4.10.- Los datos del consumo anual registrado en el período de 1990 – 1995 (en millones m3) se muestran a continuación: 33

CONSUMO DE AGUA

Año

1990

1991

1992

1993

1994

1995

Q

125.4

131.8

138.2

145.4

152.6

159.9

Hacer un pronóstico para el año 2005 Repuestas:  Q 2005 = 260.7 millones m3 (Crecimiento exponencial del 5%)

34