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UNIVERSIDAD NACIONAL
DE JAÉN
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA:
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
TEMA:
CAUDAL DE DISEÑO DE UNA CIUDAD FICTICIA
DOCENTE:
ING. JOAQUIN FLORENTINO FACUNDO FRIAS
CICLO:
VII
ESTUDIANTE:
YUBAU CHIWAN, Michael
Jaén – Perú
2019
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
- INTRODUCCIÓN Contenido
- OBJETIVOS
- OBJETIVOS GENERALES
- OBJETIVOS ESPECIFICOS
- ANTECEDENTES
- JUSTIFICACIÓN
- CAUDAL DE DISEÑO DE UNA CIUDAD FICTICIA. CAPÍTULO 1:
- 1.1. POBLACIÓN
- 1.2. PERIODO DE DISEÑO................................................................................................
- FUTURA) 1.3. ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN (DETERMINACIÓN DE LA POBLACIÓN
- 1.2.1. MÉTODO ARITMÉTICO
- 1.2.2. MÉTODO GEOMÉTRICO
- 1.2.3. MÉTODO DE INTERÉS SIMPLE
- 1.2.4. MÉTODO DE INTERÉS COMPUESTO
- 1.4. DOTACIÓN
- 1.4.1. NORMA IS. 010 - INSTALACIONES SANITARIAS (RNE)
- 1.5. EXPANSIÓN FUTURA
- 1.5.1. CÁLCULO ÁREA DE EXPANSIÓN FUTURA:
- 1.5.2. CÁLCULO DEL ÁREA DE EXPANSIÓN
- 1.6. VARIACIONES DE CONSUMO
- 1.7. CAUDAL DE DISEÑO
- 1.7.1. CAUDAL MEDIO (Qm)
- 1.7.2. CAUDAL MÁXIMO DIARIO (Qmd)................................................................
- 1.7.3. CAUDAL MÁXIMO HORARIO (Qmh)
- 1.8. ANEXOS.....................................................................................................................
- CAPTACIÓN DE AGUA DE MANANTIAL. CAPÍTULO 2:
- 2.1. INTRODUCCIÓN
- 2.2. CAPTACIÓN
- 2.3. DTERMINACIÓN DEL CAUDAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
- AGUA DE MANANTIAL. 2.4. CONSIDERACIONES PARA ELABORAR UN PROYECTO DE CAPTACIÓN DE
- PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS CAPTADAS DE UN RIO. CAPITULO 3:
- 3.1. CRITERIOS DE DISEÑO: DESARENACIÓN.
- 3.1.1. ZONA DE ENTRADA
- 3.1.2. ZONA DE DESARENACIÓN
- 3.1.3. ZONA DE SALIDA
- 3.2. TRATAMIENTO DE AGUA
- 3.3. AFORO
- 3.4. MEZCLA RÁPIDA.....................................................................................................
- 3.5. MEZCLA LENTA (Floculadores)
- 3.5.1. FLOCULADORES HIDRÁULICOS
- 3.5.2. FLOCULADORES MECÁNICOS
- 3.6. DECANTADOR
- 3.6.1. ZONA DE ENTRADA
- 3.6.2. ZONA DE SEDIMENTACIÓN
- 3.6.3. ZONA DE SALIDA
- 3.6.4. ZONA DE RECOLECCIÓN DE LODOS
- 3.7. FILTRO
- 3.7.1. FILTROS RÁPIDOS...........................................................................................
- 3.7.2. FILTROS LENTOS
- LINEA DE CONDUCCIÓN CAPITULO 4:
- 4.1. INTRODUCCIÓN
- 4.2. OBJETIVOS
- 4.2.1. OBJETIVO GENERAL:
- 4.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
- 4.3. LINEA DE CONDUCCIÓN
- 4.3.1. CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD
- 4.3.2. COMBINACIÓN DE TUBERÍAS:
- 4.4. CONSIDERACIÓN DE DISEÑO:
- RESERVORIO CAPITULO 5:
- 5.1. INTRODUCCIÓN
- 5.2. OBJETIVOS
- 5.2.2. OBJETIVO GENERAL
- 5.2.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- 5.3. INFORMACIÓN BÁSICA
- 5.4. ALMACENAMIENTO (RESERVORIO)
- 5.4.1. FUNCIONES
- 5.4.2. CLASIFICACIÓN
- 5.4.3. CAPACIDAD......................................................................................................
- SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN CAPITULO 6:
- 6.1. INTRODUCCIÓN
- 6.2. COMPONENTES
- 6.2.1. LINEA DE ADUCCIÓN
- 6.2.2. RED DE DISTRIBUCIÓN
- 6.2.3. REDES DE DISTRIBUCIÓN MALLADAS O CELLADAS
- MÉTODO HARDY CROSS
- CONCLUSIONES
- BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
INTRODUCCIÓN
Cada vez más se hace difícil la disponibilidad de agua para consumo humano, toda
población necesita siempre de un sistema de abastecimiento de agua, y para su
implantación se requiere de métodos complejos.
El sistema de abastecimiento de agua es el conjunto de obras, equipos y servicios
destinados al abastecimiento de agua potable de una comunidad para fines de consumo
doméstico, servicios públicos, consumo industrial y otros usos. Esa agua suministrada
por el sistema deberá ser siempre que sea posible, una cantidad suficiente y de la mejor
calidad desde el punto de vista físico, químico y bacteriológico.
Para la implantación de un sistema de abastecimiento público de agua, se hace necesaria
la elaboración de cálculos teniendo en cuenta muchos factores que intervienen en la
población que va a ser abastecida.
El consumo de agua es función de una serie de factores inherentes a la propiedad localidad
que se abastece y varía de una ciudad a otra, así como podrá variar de un sector de
distribución a otro, en una misma ciudad.
El trabajo escalonado está conformado de cuatro partes, tratándose en el presente informe
la primera parte. En esta primera parte se realizará el cálculo de los diferentes parámetros
de diseño de una ciudad ficticia tales como: tasa de crecimiento, población actual,
población futura, expansión futura, caudal medio de consumo de la población, etc. que
nos permitirán diseñar el conjunto de estructuras destinadas a la conducción, tratamiento,
distribución, etc. que se necesitan para realizar el abastecimiento de agua potable de dicha
ciudad.
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ANTECEDENTES
Ciudad ficticia compuesta de 30 hectáreas solamente de viviendas, distribuidas de la
siguiente forma: (Por exigencia del docente).
7.5 Ha, de manzanas de 60x60 m
7.5 Ha, de manzanas de 80x80 m
7.5 Ha, de manzanas de 100x100 m
7.5 Ha, de manzanas de 120x120 m
Además, área adicional para usos complementarios (Educación, recreación, comercio,
salud, instituciones públicas, otros).
Debe tenerse en cuenta que la ciudad tendrá expansión urbana solamente en lo
relacionado con viviendas.
JUSTIFICACIÓN
El presente informe nos servirá de gran ayuda para el diseño de un sistema de
abastecimiento de agua potable para una población.
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CAPÍTULO 1:
CAUDAL DE DISEÑO DE UNA
CIUDAD FICTICIA.
1.1. POBLACIÓN
La población para el presente año 201 9 (Población Actual) y la población futura (para el
periodo de diseño), se determinarán haciendo uso del siguiente cuadro que nos da a
conocer datos de los últimos censos:
1.2. PERIODO DE DISEÑO
Este parámetro es probablemente uno de los más importantes para todo tipo de proyecto.
Se lo define como el tiempo que dicho proyecto cumplirá eficientemente con su objetivo
en un 100%, para lo cual es necesario una serie de alcances, los cuales se cimientan en el
conocimiento del aspecto socioeconómico de la población beneficiaria del proyecto.
El alcance económico es inherente a la zona de estudio con sus posibles planes de
desarrollo y se complementa con impactos que el mismo generará.
Para la cuantificación de dicho parámetro, teniendo en cuenta el aspecto socio-
económico, se conoce algunos alcances dados cuando no se dispone de información, entre
otros tenemos.
➢ Lo vertido en el RNE
➢ Lo alcanzado en algunos textos.
DATOS POBLACIONALES
CENSOS
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1.2.4. MÉTODO DE INTERÉS COMPUESTO
Considera que el crecimiento poblacional es igual al crecimiento de un capital al interés
compuesto, cuyo aumento tiene la forma de una curva exponencial.
Donde:
r : Tasa de crecimiento poblacional.
1.4. DOTACIÓN
Las dotaciones estarán dadas de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones
(RNE).
Domestica (Dado por el RNE y es posible determinarlo en una investigación)
Pública (Dado por el RNE)
Otros Usos (Dado por el RNE)
1.4.1. NORMA IS. 010 - INSTALACIONES SANITARIAS (RNE)
Dotaciones:
Las dotaciones diarias mínimas de agua para uso doméstico, comercial, industrial, riego
de jardines u otros fines, serán los que se indican a continuación:
c) Los establecimientos de hospedaje: deberán tener una dotación de agua, según la
siguiente tabla.
d) La dotación de agua para restaurantes estará en función de los Comedores, según
la siguiente tabla:
Tipo de establecimiento Dotación diaria
Hotel, apart – hoteles y hostales. 500L por dormitorio.
Albergues
25 L por 𝑚^2 de área destinado a
dormitorio.
Área de los comedores en 𝑚^2 Dotación
Hasta 40 2000 L
41 a 100 50 L por 𝑚^2
Más de 100 40 L por 𝑚^2
𝑃𝑓 = 𝑃𝑖 = ( 1 + 𝑟)𝑇𝑓−𝑇𝑖^ 𝑟^ =^ √
𝑇𝑓−𝑇𝑖
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f) La dotación de agua para locales educacionales y residenciales estudiantiles , según
la tabla:
g) Las dotaciones de agua para locales de espectáculos o centros de reunión , cines,
teatros, auditorios, discotecas, salas de baile y espectáculos al aire libre y otros similares,
según la siguiente tabla:
h) Las dotaciones de agua para piscinas y natatorios de recirculación y de flujo
constante o continuo, según la siguiente tabla.
1. De recirculación Dotación
Con recirculación de las
aguas de rebose.
10 L/d por 𝑚^2 de proyección
horizontal de la piscina.
Sin recirculación de las
aguas de rebose.
25 L/d por 𝑚^2 de proyección
horizontal de la piscina.
2. De flujo constante Dotación
Públicas 125 L/h por 𝑚^3
Semi – públicas (clubes,
hoteles. Colegios, etc)
80 L/h por 𝑚^3
Privada o residenciales 40 L/h por 𝑚^3
La dotación de agua requerida para los aparatos sanitarios en los vestuarios y cuartos de
aseo anexos a la piscina, se calcularán adicionalmente a razón de 30 L/d por 𝑚^2 de
proyección horizontal de la piscina. En aquellos casos que contemplen otras actividades
recreacionales, se adicionará proporcionalmente esta dotación.
Tipo de local educacional Dotación diaria Alumnado y personal no residente 50 L por persona Alumnado y personal residente 200 L por persona
Tipo de establecimiento Dotación Diaria Cines, teatros y auditorios 3 L por asiento Discotecas, casinos y salas de baile y similares 30 L por m2 de área Estadios, velódromos, autódromos, plazas de toros y similares 1 L por espectador
1 L por espectador más la dotación requerida para el mantenimiento de animales
Circos, hipódromos, parques de atracción y similares
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s) La dotación de agua para locales de salud como: hospitales, clínicas de
hospitalización, clínicas dentales, consultorios médicos y similares, según la siguiente
tabla:
u) La dotación de agua para áreas verdes será de 2 L/d por m2. No se requerirá incluir
áreas pavimentadas, enripiadas u otras no sembradas para los fines de esta dotación.
1.5. EXPANSIÓN FUTURA
1.5.1. CÁLCULO ÁREA DE EXPANSIÓN FUTURA:
Densidad Actual:
Donde:
✓ Da: Densidad Actual
✓ Pa: Población Actual
✓ Aa: Área Actual
Según el RNE, las viviendas pueden tener una categoría del tipo uni o multi
familiar (Limbo 330 per/ha)
1.5.2. CÁLCULO DEL ÁREA DE EXPANSIÓN
Donde:
✓ Pf: Población futura
✓ Pa: Población actual
✓ Df: Densidad (hab/Ha)
✓ A: Área de expansión
1.6. VARIACIONES DE CONSUMO
K 1 = 1. 3
K 2 = 1. 8 (Pobl. > 10 000 hab. )
- 5 (Pobl. < 10 000 hab. )
Local de salud Dotación Hospitales y clínicas de hospitalización 600 L/d por cama. Consultorios médicos 500 L/d por consultorio Clínicas dentales 1000 L/d por unidad dental
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1.7. CAUDAL DE DISEÑO
1.7.1. CAUDAL MEDIO (Qm)
El caudal medio Qm, es el caudal calculado para la población proyectada (Población de
diseño) y la dotación Per Cápita, expresado en L/seg.
𝑄𝑚 = 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 ∗ 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑃𝑒𝑟 𝐶á𝑝𝑖𝑡𝑎
1.7.2. CAUDAL MÁXIMO DIARIO (Qmd)
El caudal máximo diario, se define como el consumo máximo registrado durante 24 horas
en un periodo de un año, dicho caudal es utilizado para diseñar Captaciones, Línea de
Conducción y Plantas de Tratamiento:
Q (^) máx. d = Qm K 1
Donde:
Qm : Caudal medio
K1 : Coeficiente de variación diaria
1.7.3. CAUDAL MÁXIMO HORARIO (Qmh)
El caudal máximo horario, se define como el consumo máximo registrado durante una
hora en un periodo de un año, dicho caudal es utilizado para diseñar la Línea de Aducción,
Línea de Distribución, Redes de Alcantarillado.
3
2 . Q K
Q K Q DA
DA
máxh^ ,^3
K = k K
K3 para Viviendas Unifamiliares
K2 para Viviendas Multifamiliares
K 3 = K 2 (Densidad poblacional multifamiliar )
K 1 ∗ K 2 (Densidad poblacional multifamiliar )
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Fotografía N°4: Medidor de agua, fecha: 21/09/19, hora 1:00 pm, día
Sábado.
Fotografía N° 5 : Medidor de agua, fecha: 22/09/19, hora 1:00 pm, día
Domingo.
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CAPÍTULO 2:
CAPTACIÓN DE AGUA DE
MANANTIAL.
2.1. INTRODUCCIÓN
Las principales fuentes de abastecimiento de agua son el agua de superficie y el agua
subterráneas. En el pasado, las fuentes de superficie incluían solo el agua dulce natural,
como los lagos, ríos y arroyos, pero con la expansión demográfica y el uso aumentado de
agua por persona en relación con estándares de vida más altos, se deben tener también en
cuenta la desalineación y el aprovechamiento de aguas residuales.
2.2. CAPTACIÓN
Viene a ser una estructura que sirve para reunir adecuadamente una cierta cantidad de
agua con fines de aprovechamiento. Siendo usual y económico para un sistema de agua
potable en una ciudad pequeña y ubicada en la sierra.
2.3. DTERMINACIÓN DEL CAUDAL
Es necesario aforar continuamente por largos periodos de tiempo y determinar el tipo de
suelo que existe en dicha afloración.
En el caso que no se tenga datos hidrológicos, que el lo más lógico, y además no contar
con aforos continuos se recomienda aflorar lo mas que se pueda e informarse con, los
pobladores de la zona.
2.4. CONSIDERACIONES PARA ELABORAR UN PROYECTO DE CAPTACIÓN
DE AGUA DE MANANTIAL.
Permanencia del afloramiento o gasto del manantial.
Posibilidad de aumentar la producción con trabajos convenientes.
Probable descubrimiento de otros afloramientos.
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3.2. TRATAMIENTO DE AGUA
3.2.1. CALIDAD DEL AGUA
La calidad del agua se determina por tres parámetros: Físicos – Químicos –
Bacteriológicos.
De los tres, los aspectos físicos y bacteriológicos se pueden mejorar con procesos de
filtros y desinfección.
Los aspectos químicos no se pueden modificar por tanto son los de mayor cuidado.
3.3. AFORO
3.3.1. PARSHALL
Estructura que se encarga de controlar los caudales de llegada, la forma en que se
determina el caudal es muy directa; solo basta medir el tirante de agua en la garganta del
mismo y aplicando una formula nos da a conocer el caudal; en algunos casos esta misma
estructura se usara para realizar la mezcla rápida del floculante con el agua, aprovechando
el resalto que en este se produce. Su diseño esta en función del caudal con que se diseña,
estas dimensiones son estándares y se encuentran en tablas.
3.4. MEZCLA RÁPIDA
Generalmente se compone de una estructura a donde llegan las tuberías de conducción
del caudal a tratar; lo que genera una fuerte turbulencia al igual que el Aforador Parshall,
este régimen es aprovechado para realizar la mezcla del coagulante y el agua cruda.
La dosificación del floculante cualquiera que sea utilizado, sea Sulfato de Aluminio o
Sulfato de Fierro esta en función de la turbidez y del caudal a tratar. En algunos casos
solo será necesario aplicar Sulfato de Cobre para matar las algas y los microorganismos
que el agua lleva consigo; esto se realiza en épocas de verano donde las aguas no llevan
material en suspensión excesivo. El análisis de la turbidez se realiza por el método de
jarras y haciendo uso del Turbidímetro.
3.5. MEZCLA LENTA (Floculadores)
El agua y el elemento químico reaccionan y las partículas de limo y arcilla se agrupan
para formar el FLOC. Los floculadores se clasifican en:
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3.5.1. FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Están compuestos por una serie de pantallas cuya separación esta en función del caudal y
la velocidad de viaje del agua. Estos floculadores a su vez pueden ser:
Horizontales.
Verticales.
3.5.2. FLOCULADORES MECÁNICOS
Pueden ser:
Rotatorios.
Recíprocos.
Estos floculadores necesitan de energía para su funcionamiento lo que lo hace más
costosos.
3.6. DECANTADOR
Estructura encargada de retener los flóculos formados al añadir al agua elementos
químicos. Sus partes son:
3.6.1. ZONA DE ENTRADA
Permitirá la distribución uniforme del flujo dentro del decantador: vertedero y pantalla de
orificios.
3.6.2. ZONA DE SEDIMENTACIÓN
Conformada por una estructura rectangular con volumen y por consiguiente con
longitudes adecuadas para la sedimentación de los flóculos. Existe estructuras
convencionales y las de alta velocidad (placas o conductos).
3.6.3. ZONA DE SALIDA
Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad
de recolectar al afluente sin perturbar la sedimentación de las partículas.
3.6.4. ZONA DE RECOLECCIÓN DE LODOS
Zona conformada por una tolva, una tubería y una válvula.
