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UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR Facultad de Ingeniería Licenciatura en Ingeniería Civil Administrativa “ PROPUESTA DE REDISEÑO DE LA RED DE ABASTECIMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA ALDEA LOS MIXCOS “ TESIS Presentada al Consejo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Rafael Landívar Por PEDRO PABLO GALINDO MORALES Previo a conferírsele el Título de Ingeniero Civil Administrativo En el grado Académico de LICENCIADO GUATEMALA, MAYO DEL 2,000

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UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR Facultad de Ingeniería

Licenciatura en Ingeniería Civil Administrativa

“ PROPUESTA DE REDISEÑO DE LA RED DE ABASTECIMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DE AGUA

POTABLE DE LA ALDEA LOS MIXCOS “

TESIS

Presentada al Consejo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Rafael Landívar

Por

PEDRO PABLO GALINDO MORALES

Previo a conferírsele el Título de

Ingeniero Civil Administrativo

En el grado Académico de

LICENCIADO

GUATEMALA, MAYO DEL 2,000

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AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR

Rector: Lic. Gonzalo de Villa, S.J. Vicerrector General: Licda. Gillerma Herrera Peña Vicerrector Académico: Dr. Charles Beirne, S.J. Secretario General: Lic. Renzo Lautaro Rosal Director Administrativo: Arq. Victor Paniagua Subdirector Administrativo: Arq. Mario Humberto Gabriel Director Financiero: Ing. Carlos Vela Schippers

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AUTORIDADES DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

Decano: Ing. Jorge Lavarreda Grotewold Vicedecano: Ing. Federico Salazar Rodríguez Secretario: Ing. Carlos Álvarez Galindo Director del Departamento de Ingeniería Civil Administrativa: Ing. José Carlos Gil Rodríguez Director del Departamento de Ingeniería Mecánica Industrial: Ing. Edwin Rodolfo Guerra Tezén Director del Departamento de Ingeniería Química Industrial: Ing. Luis Vicente Chávez de León Director del Departamento de Ingeniería Industrial: Ing. Jorge Edgar Nadalini Lemus Director del Departamento de Ingeniería Informática y de Sistemas Ing. Mario Enrique Sosa Castillo Coordinador de Carreras Técnicas: Ing. Carlos Eugenio Alvarado Representante de Catedráticos: Ing. Carmín Paz Ing. Eduardo Barrios Bathen Representante Estudiantil Titular: Bachiller Yara Argueta Bachiller Mario Montenegro

TRIBUNAL EXAMINADOR

Ing. José Carlos Gil Ing. Carlos Roberto Cobos

Ing. Elsego Edwin Orozco Fuentes

ASESOR

Ing. Gustavo Cáceres

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DEDICO ESTE ACTO DE GRADUACIÓN:

- A Dios y a la Virgen María: por iluminarme y guiarme en todo momento en el sendero de mi vida.

- A mis padres: Herman Osbaldo Galindo Noriega Maura Morales López de Galindo

por ser mi mejor ejemplo de trabajo y dedicación. - A mi esposa:

Karla Lorena De León de Galindo por su cariño, apoyo y comprensión a lo largo de mi carrera.

- A mis hijas: María Gabriela Galindo María Paula Galindo

por ser la fuerza que necesito para alcanzar las metas de mi vida.

- A mis hermanos: Jorge Oswaldo Galindo Mayra Giovanna de Fajardo Herman Alberto Galindo Juan Carlos Martínez

- A mis cuñados: Carlos Guillermo Fajardo Flor De María de Galindo Claudia Lissette de Galindo

- Al Ing. Mauricio Cojulún: Por el gran apoyo y empuje que me brindó en la realización de este trabajo de tesis.

- Al Ing. Nahaman Herrera: Por su valioso aporte y colaboración en el desarrollo de este trabajo de tesis.

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INDICE

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Resumen Ejecutivo 1 Abreviaturas 2 Marco I: Introducción

1.1 Introducción 3 1.2 Lo escrito sobre el tema en Guatemala 4 1.3 Marco Teórico 5 1.3.1 Agua Potable 5 1.3.2 Almacenamiento 5 1.3.3 Caja de Distribución de Caudales 5 1.3.4 Conducción 5 1.3.5 Cuenca 5 1.3.6 Dotación 5 1.3.7 Desinfección 5 1.3.8 Dureza 6 1.3.9 Línea de Conducción 6 1.3.10 Línea de Distribución 6 1.3.11 Material de Construcción 6 1.3.12 Pérdida de Carga 6 1.3.13 Período de Diseño 7 1.3.14 Población 7 1.3.15 Población al Año de Diseño 7 1.3.16 Red de distribución 7 1.3.17 Sistema de Distribución 7 1.3.18 Sistema de Bombeo 8 1.3.19 Sistema de Gravedad 8 1.3.20 Tanque de Distribución 8 1.3.21 Tipos de Tanques de Distribución 8 1.3.22 Volumen de Almacenamiento 9 1.3.23 Potabilidad de la Fuente 9 1.4 Situación Actual de la Población 11

Marco: II Planteamiento del Problema 2.1 Introducción 13 2.2 Objetivos 13 2.2.1 Objetivo General 13 2.2.2 Objetivos Específicos 13 2.3 Hipótesis 13 2.4 Variables 14 2.4.1 Variables Dependientes 14 2.4.2 Variables Independientes 14 2.5 Definición de Variables 14 2.5.1 Topografía 14 2.5.2 Costo de Construcción 14 2.5.3 Costo de Mantenimiento 15

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2.5.4 Mano de Obra 15 2.5.5 Materiales del Lugar 15 2.5.6 Facilidad de Construcción 16 2.5.7 Vida Útil 16 2.6 Alcances 16 2.7 Limitaciones 17 2.8 Aportes 17 2.8.1 A la Sociedad 17 2.8.2 A la Comunidad 17 2.8.3 A la Universidad 17

Marco III : Método 3.1 Sujeto 18 3.1.1 Muestra 18 3.1.2 Descripción del Ambiente 18 3.1.3 Características de la Población 18 3.2 Instrumentos 18 3.2.1 Diseño de la Red de Agua Potable 18 3.2.2 Levantamiento Topográfico 19 3.2.3 Planos de Detalles Topográficos y de Construcción 19 3.2.4 Recopilación de Datos 19 3.2.5 Estudios de Potabilidad del Agua 19 3.3 Procedimiento 19 3.4 Diseño 20

Marco IV : Presentación de Resultados 4.1 Justificación para el Diseño 24 4.2 Bases de Diseño 24 4.3 Tabla de Diseño 24 4.4 Diseño del tanque de Almacenamiento 25 4.5 Análisis y Discusión de Resultados 25

Marco V : Conclusiones 27 Marco VI : Recomendaciones 28

Marco VII : Referencias Bibliográficas 29

Anexos Anexo I: Planos de Ubicación y Curvas de Nivel Anexo II: Normas Coguanor Anexo III: Guía para el Diseño de Abastecimiento de Agua Potable a Zonas Rurales Anexo IV: Diagrama Pertt de Actividades Anexo V: Presupuesto de la Red de Distribución Anexo VI:Tabla de Diseño Anexo VII: Tabla de Resultados Anexo VIII: Planos

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RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo de tesis se titula “ Propuesta de Rediseño de la Red de Abastecimiento y Distribución de Agua Potable de la Aldea Los Mixcos “. Esta región está ubicada a 34 Km de la ciudad capital. Dichos kilómetros están constituidos en: 20 km. de la carretera CA-9 que va desde la ciudad capital al municipio de Palencia, 9 km de la ruta departamental y 5 km de la carretera 18N que va desde Palencia a la aldea Los Mixcos. Esta investigación tiene como objetivo principal diseñar un sistema de distribución que abastezca eficientemente de agua potable a la población de dicha región por un período de 20 años, eliminando el déficit del sistema existente de agua potable. Se calculó el incremento poblacional en base al último censo realizado en 1995, y para tal aspecto se utilizó el método de la tasa de incremento poblacional. En el diseño hidráulico del sistema de distribución de agua potable se utilizó el método de Hardy Cross, el cual tomando como base un diámetro propuesto, la cota del terreno y el caudal acumulado en cada uno de los tramos, permite calcular una pérdida de carga y la cota piezométrica de cada estación.

El sistema de distribución de agua potable tendrá dos fuentes de agua: un nacimiento ( El Berral ) a 7 km. de distancia de la aldea y un pozo mecánico a 500 m de distancia de la aldea, actualmente en construcción.

Se diseñó el tanque de almacenamiento para que su capacidad fuera de un

volumen equivalente al 35% del caudal máximo horario (QMD).

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Abreviaturas

cm Centímetros m Metros Km Kilómetros Plg Pulgadas m^2 Metros cuadrados m^3 Metros cúbicos Ha Hectárea hab Habitantes F Población presente P Población futura i Tasa de incremento poblacional n Período de vida útil mca Metros de columna de agua Psi Medida de presión lt Litros lt/s Litros por segundo lt/hab/día Litros por habitante por día Q Caudal d Diámetro L Longitud c Coeficiente de tubería ∆ Factor de corrección Hardy Cross seg Segundos qmd Caudal medio diario CMD Consumo máximo diario cmd Consumo medio diario CMH Consumo máximo horario

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Marco I:

Introducción

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1.1 Introducción

El proceso de desarrollo de un país requiere de un aprovechamiento racional de sus recursos naturales, especialmente el agua. A pesar que en Guatemala existen los recursos naturales suficientes para transformarlos en servicios, se utilizan de forma desmedida e inapropiada, a pesar de las limitaciones económicas en la que vive el país.

La conservación y el uso racional de este recurso es requisito indispensable para mejorar las condiciones de salud de la población, mejorar el nivel de vida de la misma y, por lo tanto, contribuye de manera directa en el desarrollo social y económico del país. Por tal motivo es imprescindible escoger dentro de las alternativas de un proyecto, la más adecuada y económica.

Esta propuesta se ha desarrollado con el propósito de evaluar los aspectos

técnicos, de un sistema de abastecimiento de agua potable en la población de la aldea de los Mixcos del municipio de Palencia, Municipalidad de Guatemala. En esta población es de gran necesidad la realización del proyecto con el fin de proporcionar a los habitantes la solución de problemas derivados de la escasez de agua. El Rediseño del proyecto de agua de la comunidad, tiene como fin el mejoramiento de las condiciones de vida de la población.

La amplia colaboración de las autoridades municipales de ese lugar, así como

el aporte docente y científico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Rafael Landívar, han hecho posible la realización de este trabajo.

En este trabajo de tesis se desarrollará el rediseño y ampliación de la red de agua potable para que tenga una vida útil de 20 años.

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1.2. Lo escrito en Guatemala sobre el tema López (1974) escribió la tesis: “Demandas de Agua Potable en las Aldeas: Xejolón, Patzún - Chimaltenango; y Lo De Bran, Mixco - Guatemala”. Su objetivo principal fue estudiar las demandas de agua en el área rural de Guatemala, con el fin de proporcionar datos reales sobre las mismas, y de esa forma diseñar redes de distribución de agua eficientes. Para llevar a cabo la investigación se utilizaron 42 casas en Xejolón, Patzún - Chimaltenango, y 261 en Lo De Bran, Mixco - Guatemala, obteniéndose una población de 227 y 1,665 habitantes respectivamente, con un período de diseño de 10 años (1973 - 1984). Se estudiaron sistemas ya construidos, con el fin de comparar la demanda futura con que fueron diseñadas y la demanda futura real. Se llevó a cabo un estudio del consumo actual (1973) de ambas aldeas y se proyectó, utilizando tanto el método de crecimiento aritmético como el geométrico, la población futura (1984) y sus demandas futuras. Palma (1991) desarrolló la tesis: “Obras de Toma”, en la cual se estudian las tomas de aguas meteóricas y tomas a partir de ríos y lagos. Se estudian así mismo las obras de toma a partir de una presa y las tomas para riego, como tomas para canales y tuberías de baja presión. Entre los objetivos del trabajo figuran el darle importancia a las tomas de agua meteórica o de lluvia, así como proporcionar una herramienta para el área de la hidráulica, a través de la descripción de las estructuras y finalidad de las obras de toma. Vides (1980 ) escribió la tesis “Consideraciones Sobre el Diseño y Construcción del Sistema de Abastecimiento de Agua Potable en la Aldea Media Cuesta”. En este trabajo de investigación se desarrollo del diseño de la red de introducción de agua potable a la aldea Media Cuesta, así como el estudio de factibilidad de la misma. Se utilizó una población de diseño de 1,130 habitantes con un período de diseño de 20 años. La investigación fue realizada en la aldea Media Cuesta, perteneciente al municipio San Rafael Las Flores, departamento de Santa Rosa. Se diseñaron las obras de captación, conducción, almacenamiento, tratamiento y distribución del agua.

Para el cálculo de la población futura se utilizaron tanto el método de crecimiento aritmético como el de crecimiento geométrico. En el cálculo hidráulico se utilizó la fórmula de Darcy - Weisbach (en el diseño de la línea de conducción), y en el diseño de la red de distribución se utilizó el método de Hardy - Cross.

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1.3. Marco Teórico 1.3.1. Agua Potable :

Agua adecuada para beber, cuya ingestión no ocasiona efectos nocivos a la salud. 1.3.2. Almacenamiento : Para satisfacer las variaciones de demanda durante cada día se requerirá de tanques compensadores que compensan los excesos de consumo con el almacenamiento de las aguas sobrantes durante un período de bajo consumo. 1.3.3. Caudal : Es el volumen de agua que pasa, por unidad de tiempo por un determinado punto de observación en un instante dado. Sus expresiones más usuales son litros por segundo, metros cúbicos por segundo y paja de agua. 1.3.4. Conducción : Las aguas captadas deben ser conducidas al sitio de consumo, para lo que se necesita de las líneas de conducción, pudiendo ser éstas por gravedad o por bombeo, dependiendo de la topografía del lugar. Debido a las condiciones socio económicas de la población rural, es recomendable que la conducción y distribución se lleven a cabo por gravedad, evitando en lo posible el bombeo. 1.3.5. Cuenca : Area que comprende la fuente como elemento principal y medio ambiente que la circunda. Curso Hidrología. 1.3.6. Dotación : Es el agua utilizada en cualquier lugar, ya sea de usos domésticos, industriales u otros. Viene a constituir lo que comúnmente se llama consumo de agua. Está en proporción directa al número de habitantes, al mayor o menor grado de desarrollo de la población, al clima y factores sociales. 1.3.7. Desinfección : Es la destrucción de la mayor parte ( pero no necesariamente de la totalidad ) de los microorganismos dañinos o perjudiciales, que se encuentran en un medio, por la acción de agentes físicos o químicos.

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1.3.8. Dureza: Es una característica del agua, debida principalmente a su contenido en carbonatos y sulfatos, y ocasionalmente a los nitratos y cloruros de calcio, magnesio y hierro que hace que el jabón forme grumos en el agua,lo que proboca que se consuma más jabón. Generalmente se determina a partir del contenido de calcio y magnesio en el agua y se expresa como carbonato de calcio equivalente. 1.3.9. Línea de Conducción : Se define así al conducto que une la estructura de captación con el tanque de almacenamiento. 1.3.10. Línea de Distribución : Es el sistema de tubería que lleva el agua desde el tanque de almacenamiento hasta las conexiones domiciliares, es decir, comprende la línea de distribución desde el tanque hasta la red y la red misma. 1.3.11. Material de Construcción : El tipo de material debe adaptarse a las facilidades de obtención y los precios de los mismos en el área pueden clasificarse en :

1.3.11.1 Mampostería de Piedra :

Muy utilizado en nuestro medio debido a la facilidad de obtención; se usa en superficiales, semienterrados y enterrados. 1.3.11.2. Concreto Reforzado : Se usan en todo tipo de tanque, ya sea elevados, superficiales, semienterrados y enterrados. 1.3.11.3. Acero : Tienen la ventaja de una gran facilidad para la construcción de tanques.

1.3.12. Pérdida de Carga : Es la disminución de la carga hidráulica o columna de agua, o presión entre dos puntos.

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1.3.13. Período de Diseño : Es el lapso de tiempo comprendido entre la puesta de servicio y el momento en el que su uso sobrepase las condiciones establecidas en el diseño, por falta de capacidad de prestar un buen servicio. Chur (1982) 1.3.14. Población : Cantidad de habitantes que componen una comunidad. 1.3.15. Población al Año de Diseño : Habitantes que se estima utilizarán el sistema en el año de diseño. 1.3.16. Red de Distribución : Línea de tubería entre el tanque de distribución y las viviendas de la población. 1.3.17. Sistemas de Distribución : Para llevar el agua a los diferentes sectores y distribuirla a los consumidores se requiere un sistema de conductores a presión que tengan la capacidad necesaria para suministrar cantidades suficientes y dentro de ciertas normas para cada zona en particular. La clasificación más adecuada e importante para acueductos en el área rural, según Vides, es : 1.3.17.1. Por la Conducción : Dependiendo de las condiciones topográficas del lugar se pueden clasificar en: - Acueductos por gravedad : Sistemas en los que el agua puede conducirse desde la fuente hasta el

consumidor por su propio peso. Son aquellos en los que la fuente se encuentra a una altura mayor que la población. - Acueductos por bombeo : Sistemas en los que se hace necesario utilizar equipos para conducir el agua

de la fuente hacia la población. Se presenta cuando la población se encuentra a una altura mayor que la fuente de abastecimiento.

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1.3.17.2. Por la Distribución : De acuerdo al tipo de servicio, el cual a su vez depende de la concentración e importancia de la población y situación de las viviendas , existen los siguientes tipos de acueductos: - Distribución por conexión domiciliar : Este tipo de servicio consiste en llevar el agua a cada vivienda de la

población pudiendo el vecino conectar el servicio al interior de su vivienda. Este tipo de servicio es recomendable para una población numerosa, bastante concentrada y con calles definidas. - Distribución por chorro público : Este sistema se utiliza generalmente para poblaciones dispersas y

pequeñas. Consiste en dotar de agua al usuario mediante llena - cántaros o pilas públicas situadas en lugares de fácil acceso para toda la población. - Distribución por sistema mixto : Este sistema es una combinación de los dos sistemas anteriores. Se utiliza

cuando una parte de la población es concentrada y la otra dispersa. 1.3.18. Sistema por Bombeo : Sistema en el cual se utiliza energía potencial del agua con la diferencia que para llevarla a ese nivel de energía se utiliza un equipo de bombeo que proporcione la energía necesaria (energía mecánica) para elevar el nivel natural de la fuente a un nivel aprovechable. Paiz (1983) 1.3.19. Sistema por Gravedad : Sistema en el cual se utilizó energía potencial del agua sin intervención de máquinas y / o equipos para aprovechar el nacimiento de agua. Paiz (1983) 1.3.20. Tanque de Distribución : Recipiente de mampostería de piedra o tanque de almacenamiento metálico o de concreto reforzado que se utiliza como reserva para acumular agua y así prever la escasez que debido a la demanda pueda darse. Hardenbergh & Rodie 1.3.21. Tipos de Tanques de distribución. Los tanques deben estar situados a una altura tal que proporcionen presiones adecuadas a la red de distribución; siendo este factor el que determina la posición del tanque. Pueden clasificarse en :

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- Elevados : Se encuentra sobre el nivel del terreno por medio de una estructura (comúnmente una torre), dándose la altura requerida para obtener presiones adecuadas a la red de distribución. Se usa cuando no existe en el lugar un punto alto que proporcione a la red las presiones adecuadas de servicio. - Superficiales : Se encuentra directamente sobre el nivel del terreno. Es utilizado en lugares donde existe una altura adecuada para proporcionar a la red la presión necesaria de servicio, y el suelo soporta el peso del tanque. - Semienterrados : Se encuentra parcialmente enterrado. Se usa cuando existe una cota adecuada para lograr presiones aceptables. - Enterrados : Se encuentra totalmente dentro de la tierra. Se emplea cuando existe una altura adecuada.

1.3.22. Volumen de Almacenamiento : El tanque para el almacenamiento de agua debe diseñarse para que supla las demandas máximas horarias esperadas en la red de distribución. De esta forma se mantiene una reserva adecuada para el caso en el que se interrumpa la distribución de las líneas o fuente de abastecimiento, y para casos de incendio. El volumen total del tanque debe ser igual a la suma de los requerimientos anteriores. El caudal de agua que llega a los tanque es prácticamente constante, por lo que puede almacenarse agua en los períodos en que el consumo es menor para cubrir los de mayor consumo. 1.3.23. Potabilidad de la Fuente :

El agua debe llenar normas en cuanto a condiciones:

- Físicas : Debe ser clara, transparente, fresca, inodora e insípida. Temperatura: No mayor de 5° C a la del medio ambiente. Color: Por debajo de 20 ppm., en la escala estándar platino-cobalto. Turbiedad: Por debajo de 20 ppm., en la escala sílice. Olor: Inapreciable. Sabor: Inapreciable.

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- Bacteriológicas :

Una muestra normal estará constituida por 5 porciones iguales de 10 ml.

Grupo coliforme: Es el definido en los métodos normales para los

exámenes de agua de la A.P.H.A. que incluye todos los bacilos aeróbicos o anaeróbicos facultativos, gramnegativos, no esporógenos, que fomentan la lactosa en formación de gas dentro de las 48 horas a 35°C.

Requisitos: De todas las porciones normales examinadas, no más del

10% podrá mostrar la presencia de organismos del grupo coliforme. Ocasionalmente: 3 ó más de las 5 porciones de 10 ml podrá mostrar la

presencia de E. Coli.

- Químicas : En la tabla 1 se presenta los límites de concentración que no deben

observar las sustancias químicas en el agua. ( Según Vides 1980 ) Tabla 1

Tóxicos ppm Plomo 0.1 Arsénico 0.05 Selenio 0.01 Mercurio Total 0.001 Cianuro 0.05 Cadmio 0.01 Otras sustancias químicas: Detergentes aniónicos 0.2 Aceite mineral 0.01 Dureza total 100.00 Calcios 75.00 Cloruros 200.00 Cobre 0.05 Hierro 0.1 Manganeso 0.05 Sulfato 200.00 Zinc 5.00 Alcalinidad No debe contener

alcalinidad cáustica ph No menor de 7 ni mayor

de 8.5

10.

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1.4. Situación Actual de la Población.

La aldea los Mixcos está ubicada en el municipio de Palencia. El número de habitantes es de 2390 y está constituida por 315 viviendas.

Está ubicada a 34 Km de la ciudad capital. De estos 34 km, 20 km son de la

carretera CA-9 desde la ciudad capital al municipio de Palencia, 9 km de la ruta departamental y 5 km de la carretera 18N desde Palencia a la aldea Los Mixcos. ( Ver Anexo 1 ).

La región está conformada por habitantes de escasos recursos y según datos

del último censo realizado en esa población, aproximadamente la mitad de la misma son hombres y la otra mitad son mujeres; el mayor porcentaje de la población ( 48 % ) tiene una edad comprendida entre los 15 a 64 años y el menor porcentaje ( 10% ) tiene una edad mayor de los 65 años.

Actualmente cuenta con los siguientes servicios: escuela primaria, energía

eléctrica y un sistema ineficiente de agua potable. En la actualidad no cuenta con un sistema de alcantarillado. Dicho diseño del sistema esta siendo desarrollado por el estudiante de Ingeniería Civil Mauricio Estuardo Cojulún. Para la evacuación del agua pluvial, en la población hay zanjones naturales a lo largo de las calles, que permiten evacuarla a barrancos o al río con facilidad.

La región presenta un clima templado y las lluvias son regulares en la época de

invierno. Esto permite que el manto acuífero se abastezca regularmente a lo largo del año.

Desde hace varios años ha existido un déficit en el servicio de agua potable,

ya que en la actualidad se está abasteciendo únicamente al 50% de la población, según informes del comité local del agua. Incluso, en algunas áreas, el servicio de agua es prácticamente nulo.

Actualmente el agua se toma del nacimiento EL BERRAL, el cual como ya se dijo anteriormente, es insuficiente para suplir las necesidades básicas de la población.

En 1990 se realizó un diseño que contemplaba suplir de agua dicha aldea

hasta el año 2006 pero no se concretó, dejando en la misma situación a la población. En 1994 la sección de estudios y diseños efectuó posteriormente otro estudio de captación de agua en el nacimiento el Calaguar, el cual supliría las necesidades, pero tampoco se concretó, debido a que la tubería de conducción pasa por la aldea Los Tecomates. Esto ocasionó un conflicto entre los pobladores de ambas aldeas por la obtención del preciado líquido.

La aldea de Los Mixcos cuenta actualmente con una red de distribución de

agua potable, la cual fue estudiada y llevada a cabo por UNEPAR hace

11.

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aproximadamente 7 años. Actualmente dicha red aunque fue diseñada para que tuviera una vida útil de 20 años, es insuficiente para la cantidad de población que existe actualmente. La municipalidad de Palencia desea que se realice un nuevo estudio de la red de distribución con sus respectivas ampliaciones para mejorar dicho servicio.

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Marco II : Planteamiento del Problema

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2.1. Introducción.

La comunidad cuenta con un servicio de agua potable muy deficiente. Tiene una fuente de abastecimiento, que es un nacimiento a 7 Km. de distancia de la aldea. El agua la transportan por tuberías PVC. hasta un tanque de almacenamiento, el cual no cumple su función debido a que el caudal de la fuente de donde proviene el agua es muy bajo en relación a la demanda actual de la población.

Debido a ello, la población ha comprado un nuevo nacimiento de agua, el cual

dista aproximadamente 10 km. y del cual se pretende captar el agua y conducirla hacia la aldea. Asimismo se está perforando un pozo de aproximadamente 500 pies de profundidad y un nuevo tanque de almacenamiento y distribución con el fin de tener suficiente agua para su consumo.

Por lo tanto, el problema a resolver será : ¿ Qué red de conducción y

distribución de agua potable debe diseñarse para que funcione eficientemente con el incremento de la población durante un período de 20 años ?. 2.2. Objetivos. 2.2.1 Objetivo General :

Diseñar un sistema de distribución que abastezca eficientemente de agua potable a la población Los Mixcos por un período de 20 años.

2.2.2 Objetivos Específicos :

- Proporcionar un sistema de distribución que permita optimizar los costos de ejecución. - Proponer un tanque de abastecimiento de agua potable, cuya construcción requiera una inversión permisible dentro de los límites presupuestarios del proyecto.

- Realizar un presupuesto del sistema de distribución de agua potable.

2.3. Hipótesis.

No existe una hipótesis a comprobar, por ser un trabajo de tipo descriptivo.

13.

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Variables.

2.4.1 Variables Dependientes:

- Demanda de la Población - Pendiente Hidráulica

- Altura de Presión

- Caudal de la Fuente ( suficiente para proveer de agua a cada vivienda ).

2.4.2. Variables Independientes:

- Topografía - Población de Diseño

- Vida Útil del Proyecto

2.5. Definición de Variables

2.5.1. Topografía : - Definición Conceptual :

Es la ciencia matemática que nos permite construir una figura geométricamente semejante y que represente, de una manera completa, una porción de la superficie de la tierra que, sin error sensible, se pueda suponer plana. Brambilia (1958). - Definición Operacional :

Es toda la obtención de los niveles de las cuencas, desde la toma hasta la población. Se utilizará para determinar el recorrido más eficiente de la red de distribución, así como para localizar un área adecuada para la construcción de la obras de captación.

2.5.2. Costo de Construcción :

- Definición Conceptual :

Se refiere al costo económico total de realizar el proyecto.

14.

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- Definición Operacional :

Dependiendo del tiempo y el diseño del proyecto, se integrarán los distintos rubros que implique construir la red de distribución. En el costo se incluyen los materiales, transporte, alquiler de cualquier equipo mecánico, herramienta y mano de obra. El costo de construcción sería en sí la inversión inicial que se realizaría para ejecutar el proyecto. De este costo depende si el proyecto es factible a corto, mediano o largo plazo, dependiendo de la facilidad con que se obtengan los fondos.

2.5.3. Costo de Mantenimiento :

- Definición Conceptual :

Se refiere al costo económico total de mantener el proyecto en condiciones operables. - Definición Operacional :

Este costo incluye todos los gastos en que se incurrirá con el fin de mantener la red operando; se incluyen los gastos de energía eléctrica para la operación de las bombas hidráulicas para elevar el agua desde la fuente hasta el tanque. Este costo es el más importante de determinar ya que un proyecto puede ser económico en su inversión inicial pero muy costoso en su mantenimiento, por lo que se hace necesario tomar en cuenta la capacidad económica de la entidad que se hará cargo del mantenimiento de la obra.

2.5.4. Mano de Obra :

- Definición Conceptual :

Todo el personal que será necesario utilizar para la construcción de la red de distribución. - Definición Operacional :

Debido a la lejanía de la población, se hará necesario contratar mano de obra local, por lo tanto, habrá que evaluar si es necesario capacitar al personal. El maestro de obra puede ser de la capital.

2.5.5. Materiales del Lugar :

- Definición Conceptual :

Toda materia prima que se extrae de la zona donde se realiza el proyecto.

15.

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- Definición Operacional :

Se realizará una investigación en la zona para determinar si es posible obtener materiales del lugar para la construcción de la red con el fin de reducir los costos de transporte de los materiales.

2.5.6. Facilidad de Construcción :

- Definición Conceptual :

Se refiere a la viabilidad de realizar lo descrito en el diseño, tomando en cuenta la productividad y rendimiento del proceso constructivo. - Definición Operacional :

Debido a la ubicación del proyecto se tendrá que evaluar qué tan fácil será la construcción de las obras de toma y la red de conducción hasta el tanque de distribución, tomando en cuenta los recursos del lugar (mano de obra y materiales). Esto lo determina el lugar de la construcción ya que se debe determinar qué tan fácil es el acceso a los materiales de construcción, la energía necesaria para su realización, los obreros de la región (si son capacitados o es necesario llevar obreros de otros lugares), los derechos de paso de la red de distribución (si los dueños de los terrenos están conformes con que la tubería pase por sus propiedades).

2.5.7. Vida Útil :

- Definición Conceptual :

Es el período de funcionamiento normal de la estructura a realizarse. - Definición Operacional :

Dependiendo de la vida útil que se le quiera dar al proyecto, se tomarán en cuenta los períodos de renuencia de precipitaciones máximas en el área, el programa de mantenimiento, etc. Además, es necesario considerar el tiempo de vida útil de las bombas hidráulicas.

2.6. Alcances

El presente trabajo abarcará el del diseño de la red de distribución de agua potable y el diseño del tanque de almacenamiento, para una vida útil de 20 años.

16.

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2.7. Limitaciones

Una de las principales limitaciones de este proyecto es la falta de límites topográficos en las calles y perímetros de las propiedades, lo que ocasiona problema para la ubicación de la tubería.

Otra limitación importante es la desinformación referente a las futuras

construcciones de vivienda. Esto impide seleccionar los lugares prioritarios donde deben instalarse las tuberías.

También se tiene la restricción de la obtención de fondos debido a la

problemática que existe entre la aldea los Tecomates y la de los Mixcos referida a la línea de conducción del agua de uno de sus afluentes a la población.

2.8. Aportes 2.8.1 A la sociedad:

Al llevarse a cabo la remodelación de la red de distribución de agua potable se permitirá que el líquido llegue a un número mayor de pobladores, lo cual redundará en una mejor calidad de vida.

2.8.2 A la comunidad:

El beneficio más importante proporcionado a la comunidad es el mejoramiento de la salud de los habitantes al mejorar la calidad y la cantidad de agua que es proporcionada.

2.8.3 A la Universidad:

El proyecto servirá de referencia para los estudiantes y profesionales que pretendan estudiar o realizar proyectos similares.

17.

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Marco III :

Método

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3.1. Sujeto. 3.1.1. Muestra:

El sujeto del trabajo de investigación es la población Los Mixcos, constituida por 2390 habitantes. Se utilizará, como muestra, todas las casas que tendrán acceso a la red de distribución de agua potable dentro de la población, es decir, 315 viviendas de las que está constituida la población actualmente. 3.1.2. Descripción del Ambiente:

La topografía es bastante accesible, la aldea está ubicada a aproximadamente 2 km de la municipalidad de Palencia, camino en el cual se esta realizando los trabajos de pavimentación. Dicha población cuenta con servicio de energía eléctrica. La mayoría de las calles no están delimitadas y son de terracería, incluso algunas son inaccesibles en vehículo. No cuenta con ninguna red de alcantarillado ni drenajes sanitarios y pluviales.

La comunidad cuenta con un servicio de agua potable muy deficiente. Tienen

una fuente de abastecimiento que es un nacimiento a 7 km de distancia de la aldea. El agua la transportan por tuberías PVC hasta un tanque de almacenamiento , el cual no cumple su función debido a que el caudal de la fuente de donde proviene el agua es muy bajo en relación a la demanda actual de la población. Dentro de la aldea, se está perforando actualmente un pozo de aproximadamente 500 pies de profundidad y un nuevo tanque de almacenamiento.

3.1.3. Características de la Población

Está constituida por habitantes de escasos recursos y según el último censo realizado en esa población, aproximadamente la mitad de la misma son hombres y la otra mitad mujeres; el mayor porcentaje de la población 48% tiene una edad comprendida entre los 15 a 64 años y el menor porcentaje 10% tiene una edad mayor de los 65 años; de los habitantes el 45% tienen educación primaria y sólo un mínimo que es el 10 % llega a la educación media y superior; por último la población está constituida por habitantes ladinos el cual es del 100% y la mayoría de los habitantes son alfabetos.

3.2. Instrumentos 3.2.1. Diseño de la Red de Agua Potable:

En el diseño de la red de agua potable se utilizarán los siguientes instrumentos:

- Método de tasa incremental, del cual se obtiene la población futura de diseño con muy buena aproximación.

18.

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- Método de Hardy Cross. Dicho método se utiliza para solucionar problemas de redes de tuberías, ya que con tres iteraciones o ajustes puede obtenerse suficiente precisión de los resultados. Davis (1956) - Normas de agua potable COGUANOR NGO. (Ver Anexo 2) - Guía para el diseño de abastecimientos de agua potable para zonas

rurales. (Ver Anexo 3)

3.2.2. Levantamiento Topográfico :

Se utilizó un teodolito y un nivel, así como cinta métrica y estadal para realizar el levantamiento topográfico y la nivelación del área.

3.2.3. Planos de Detalles Topográficos y de Construcción: Para realizar los planos finales, se utilizará software especializado en dibujo, es decir software tipo CAD ( Auxiliar de dibujo por computadora ).

3.3 Procedimiento 3.3.1. Visitar el área y realizar un recorrido de reconocimiento, desde la fuente hasta la población. 3.3.2. Realizar un levantamiento topográfico y nivelación del área. 3.3.3. Elaborar un plano donde muestre todos los niveles de la población. 3.3.4. Realizar el diseño de la red de distribución y tanques de almacenamiento. 3.3.5. Elaborar de planos de la red de distribución y localizar el tanque de

almacenamiento. 3.3.6. Planear y programar la construcción de la red de distribución, desglosando

las actividades. (Ver Anexo 4) 3.3.7. Elaboración del presupuesto total de la obra. ( Ver Anexo 5 ) 3.3.8. Presentación de resultados. 3.3.9. Conclusiones y recomendaciones.

19.

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3.4. Diseño 3.4.1. Datos Preliminares:

Debido a factores económicos para la realización del levantamiento topográfico, no se pudo obtener un plano demográfico de la población, por lo que para el cálculo del número de habitantes por tramo, se calculó la densidad de población por unidad de área en base a los datos del último censo y el área total de la población. Luego se multiplicó por el área de consumo de cada uno de los tramos para obtener la población de consumo en el mismo. No se utilizó el método de unidades de consumo para el cálculo de la demanda debido a lo anterior.

Después se realizó un levantamiento topográfico del área donde su ubicó la red de distribución del agua potable y tanque de almacenamiento. Dicho levantamiento se realizó utilizando teodolito, nivel, estadal y una cinta métrica. Después se realizaron los planos topográficos en base al levantamiento.

3.4.2. Cálculo de la Población Futura:

Para el cálculo de la población futura, se utilizó el método de la tasa de incremento poblacional, cuya fórmula es:

F = P ( 1+ i ) ^n F = Población futura P = Población presente I = Tasa de incremento poblacional n = Número de año, ( período de diseño ) La tasa de incremento poblacional se toma entre los valores de 3 a 4% según la guía para el diseño de abastecimiento de agua potable ( Ver Anexo 3 ). 3.4.3. Período de Vida Útil: Se diseñó el sistema de distribución de agua potable para un período de 20 años.

3.4.4. Densidad de Población: Este valor se obtuvo dividiendo la población futura entre el área total a diseñar.

3.4.5. Dotación Diaria de Agua:

Se asignó una dotación de agua potable por habitante, tomando como base los valores en la tabla 2, según Hardenberg Y Rodie ( Ver Tabla 2 ).

20.

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Tabla 2

Condición de la vivienda Dotación Rural primario ( bebida y alimento ) 20 lt/hab/día Rural facilidades mínimas 50 lt/hab/día Rural ( anteriores + baños y cocina ) 100-190 lt/hab/día Semi urbano (jardines y autos) 200-350 lt/hab/día Urbano 350-500 lt/hab/día

Debido a que el área del diseño es un área rural con varios servicios, se seleccionó una dotación de 150 lt/hab/día.

3.4.6. Consumo Medio Diario (cmd): A falta de registro, el consumo medio diario será el producto de la dotación adoptada, por el número de habitantes que se estimen al final del período de diseño. 3.4.7. Consumo Máximo Diario (CMD): A falta de registro, el consumo máximo diario (CMD) será el producto de multiplicar el consumo medio diario por un factor que oscile entre 1.2 y 1.5 para poblaciones futuras mayores de 1,000 habitantes. Según Guía para el abastecimiento de agua potable a zonas rurales ( Ver Anexo 3 ). 3.4.8. Consumo Máximo Hora (CMH): El consumo máximo horario se determina multiplicando el consumo medio diario por el coeficiente 2.0 a 3.0 para poblaciones futuras menores de 1,000 habitantes y 2.00 a 2.5 para poblaciones futuras mayores de 1,000 habitantes. La selección del factor es función inversa al tamaño de la población a servir. Se utiliza en el cálculo de la red de distribución. Según Guía para el abastecimiento de agua potable a zonas rurales ( Ver Anexo 3 ). 3.4.9. Coeficiente de Tubería “C”: El coeficiente de rugosidad depende del tipo de material que se utilice. En este caso se utilizó el coeficiente de tubería para tubos hechos de material PVC. Según V. Streeter (1981).

21.

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3.4.10. Presiones: En consideración a la menor altura de las edificaciones en medios rurales, la presión mínima es de 10 m. Según guía para el abastecimiento de agua potable a zonas rurales ( Ver Anexo 3 ). 3.4.11. Cálculo Hidráulico: El método de Hardy – Cross se utilizó para el cálculo hidráulico, admitiéndose para el cierre de los circuitos una aproximación no mayor de 1% del caudal total que entra en la red. Para estimaciones preliminares en distribuciones abiertas se empleó el método de secciones. En todo caso se consideró la optimización de los resultados. Según guía para el abastecimiento de agua potable a zonas rurales ( Ver Anexo 3 ). 3.4.12. Caudal Acumulado (Q): Dicho valor se obtuvo de la suma de los puntos de consumo de cada tramo. 3.4.13. Diámetro: Se escogió un diámetro de tubería de tal forma que la presión mínima de agua se mantuviera en los diferentes puntos del área diseñada, así como también para garantizar el caudal que debe pasar por el tramo. 3.4.14. Valor de K´ : Dicho valor se obtuvo de la siguiente fórmula K´=1,750,000 / (Q^1.85 * d^4.87)

Q = Caudal acumulado d = Diámetro

3.4.15. Valor de K : Dicho valor se obtuvo de la siguiente fórmula K=K¨*L/1,000

L = Longitud del tramo.

21.

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3.4.16. Factor Delta ( ∆ ) Factor de corrección para los caudales en circuitos cerrados, el cual no permite ser mayor del 1%. 3.4.17. Tanque de Distribución: Todos los tanques de almacenamiento o distribución de concreto, deben cubrirse con losa de concreto reforzada, provista de un orificio con tapa sanitaria, para efecto de inspección y reparación. Todo tanque de distribución debe tener instalaciones para ventilación, rebalse y limpieza. Según guía para el abastecimiento de agua potable a zonas rurales ( Ver Anexo 3 ). El tanque de distribución se diseñó para un volumen equivalente al 35% del caudal máximo horario (CMH).

- V = 0.35 CMD [m^3/día]

23.

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Marco IV :

Presentación de Resultados

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4.1. Justificación para el Diseño Los Mixcos tiene un sistema de distribución de agua insuficiente y no tiene sistema de alcantarillado. Por tanto las autoridades de dicha aldea decidieron realizar un nuevo diseño de agua potable y un diseño de red de alcantarillado. Este último fue desarrollado por el estudiante de ingeniería civil Mauricio Estuardo Cojulún. Con el nuevo diseño de la red de distribución de agua potable se mejorará el nivel de vida de los habitantes y se reducirán los problemas ocasionados por la escasez de la misma. 4.2. Bases de Diseño 4.2.1. Período de diseño: Para el actual proyecto se tomó como período de vida útil 20 años. 4.2.2. Cálculo de la población futura:

Para el cálculo de la población futura, se utilizó el método de la tasa de incremento poblacional, cuya fórmula es:

F = P ( 1+ i ) ^n Por tanto, F = 2390 ( 1+ 0.0035 )^20 F = 5096.00 hab. El anterior valor se utiliza para el cálculo de la red de distribución de agua. 4.2.3. Densidad de población: P / Ha = 5096.00 hab. / 42.46 Ha. = 120 hab/Ha 4.3. Tabla de Diseño La tabla de diseño de la red de distribución de agua potable se realizó de la siguiente forma: Primero se definieron los tramos de la tubería del sistema. Después se obtuvo el caudal que salía de cada uno de los nodos así como el caudal acumulado en cada uno de los tramos. Hecho esto se procedió a calcular la pérdida de carga y la cota piezométrica utilizando la fórmula de Hardy Cross . Dichos valores conjuntamente con la cota del terreno se utilizaron para calcular la presión de servicio de la tubería, definiendo de esta forma el diámetro de las tuberías. La tabla de diseño se presenta en el Anexo 6, y la tabla de resultados se presenta en el Anexo 7.

24.

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4.4. Diseño del Tanque de Almacenamiento Para el diseño del tanque se tomaron los siguientes parámetros: Dotación: 150 lt/hab/día Factor de día máximo: 2.5 Con dichos parámetros se obtiene el caudal medio diario que 8.85 lt/seg. Ya que el volumen del tanque debe ser igual al 35% del caudal medio diario, se obtiene que el volumen requerido es: 267.55 m^3. Tomando una profundidad de 2.5 m se obtiene que el área del tanque requerida es de 107.02 mt^2 por lo tanto se pueden tomar los siguientes valores: Largo del tanque: 10 m. Ancho del tanque: 11 m. Por tanto, el volumen obtenido por estos valores es de 275 m ^3. 4.5. Análisis y Discusión de Resultados

El resultado que se obtuvo de la población futura refleja con mucha certeza

la tendencia que tendrá el crecimiento poblacional. Pero puede profundizarse más en el cálculo si se toman en cuenta las futuras áreas de recreo, lotes que se utilizarán para la siembra y las calles y avenidas de mayor plusvalía.

Respecto al valor de la dotación de agua potable, puede observar que se

tomó un valor de 150 lt/hab/día por ser aldea rural. Sin embargo dicho valor puede variar hasta 70 lt/hab/día según lo requieran las condiciones locales. Los diámetros que se obtuvieron en el sistema de distribución tuvieron un rango entre 1.5 plg y 4 plg. En el cálculo de estos valores se tomó en cuenta el caudal requerido en cada tramo y la presión mínima requerida. ( 10 mca ).

Para el cálculo de un sistema de distribución de agua potable, el método de Hardy Cross permite con mucha versatilidad obtener los parámetros necesarios requeridos en dicho sistema.

Las presiones que ocurren cerca del tanque son bajas ( 3.34 mca ). Esto no representa ningún problema, ya que dicha área tiene escasa probabilidad de que sea habitada en el futuro, debido a sus condiciones topográficas.

La ubicación del tanque de abastecimiento del agua potable se eligió

tomando en cuenta que fuera el punto más elevado posible en relación al punto más lejano de la población y el más cercano a las fuentes de distribución.

25.

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Por último debido a que en la población existe un tramo asfaltado, se optó por colocar dos tuberías en paralelo en las orillas aledañas al camino asfaltado.

26.

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Marco V :

Conclusiones

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1. Un sistema de distribución de agua potable eficiente en áreas rurales permite que haya un incremento en el desarrollo social y económico, el cual también mejora la salud y el nivel de vida de los habitantes.

2. Es conveniente en este sistema de distribución de agua potable, la

utilización de tubería PVC a 112.67 mca (160 psi), ya que con dicha presión se deja un margen de seguridad para la presión máxima obtenida, la cual es de 96 mca.

3. Para la mejor ubicación del tanque de distribución debe tomarse en cuenta

la ubicación topográfica más alta del área considerada, la ubicación de viviendas próximas al tanque y su cercanía con las fuentes de agua.

4. Es importante que la Facultad de Ingeniería continúe participando en las

soluciones de estos proyectos ya que los estudios muchas veces no están al alcance económico de las comunidades, tal como se presentó en este caso. De esta forma la Facultad de Ingeniería se proyecta en estudios útiles y reales a nuestras comunidades rurales.

5. La dotación de agua potable puede variar entre 70 lt/hab/día a 150

lt/hab/día, dependiendo de las circunstancias locales en la aldea y el costo económico del proyecto total.

27.

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Marco VI :

Recomendaciones

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1. Se recomienda efectuar análisis químico y bacteriológicos, para comprobar la calidad del agua de las fuentes de abastecimiento cuando entren en funcionamiento y un programa de control de calidad del agua posterior.

2. Se recomienda la supervisión técnica de la construcción del sistema.

3. El sistema debe de dejarse con contadores de agua para medir el consumo de cada uno de los domiciliares.

4. Capacitar a un fontanero, para la operación y mantenimiento del sistema que se esta dejando.

5. Se recomienda que cuando la empresa perforadora del pozo termine con éste, se le dé un buen desarrollo al pozo, así como que dicha empresa presente a la municipalidad un perfil detallado del pozo.

6. Se recomienda un sistema de clorado, en el tanque de distribución para asegurarse la potabilidad del agua.

7. Se recomienda la limpieza periódica del tanque de almacenamiento y distribución. Para esto el volumen total del cisterna tiene que estar dividido en dos partes, es decir, en dos cisternas en paralelo, cuando se tenga que limpiar una, la demanda sea suplida por la otra ( Ver Anexo 8 ).

8. Se recomienda que cuando se esté construyendo la red, se realice una prueba de presión ( 125 mca (178 psi), durante 24 horas ), antes de que se entierre la tubería, para prevenir fugas por golpes en tubería.

9. Se recomienda capacitar a los pobladores de la aldea para que utilicen el agua de manera racional evitando desperdicios, así como que protejan el nacimiento de agua de posibles contaminaciones provocadas por letrinas.

28.

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Marco VII :

Referencias Bibliográficas

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29.

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30.

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Anexo I

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Anexo II

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Anexo III

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Anexo IV

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Anexo V

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Anexo VI

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Anexo VII

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Anexo VIII