Clase de Poblaciones

CONSIDERACIONES y CALCULOS DE

DISEÑO DE SISTEMAS DE

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE:

• Captaciones

• Plantas de Tratamiento

• Líneas de Conducción.

• Reservorios.

• Líneas de Aducción.

• Redes de Distribución.

Es usual elegir un período de vida útil entre 15 y 25 años quedando a criterio del proyectista

tomar esta decisión, dependiendo esto de:

una vida útil de estructuras,

posibilidad de ampliaciones,

incremento o decrecimiento poblacional. Período de Diseño: 20 años

a) Determinación del Período de Diseño

¿Calcular la población futura para la APV San Isidro, del

Distrito del Cusco si se tiene los siguientes datos:

Censo (año) Población

1990 800

2001 1200

2015 1550

Población Futura 2035 ?

b) Estimación de la Población de Diseño Esta población es la futura, calculada en base a la población actual y período de diseño optado.

r2 = 1550 – 1200 = 25.00

14

r1 = 1200 – 800 = 36.36

11 r = Pa − Pi

n

Método Aritmético:

Donde:

r = Crecimiento anual promedio (hab/año).

Pa = Población actual ( la del ultimo censo ).

Pf = Población futura (en función al periodo de diseño).

N = Años transcurrido entre el primer censo y el de calculo.

Pf = Pa + rN

Donde:

r = Crecimiento anual promedio.

Pa = Población actual (la del ultimo censo).

Pi = Población del primer censo.

n = Años transcurrido entre el primer censo y el último.



1990 800

2001 1200

2015 1550


rp = 30.68

Pf = 1550 + 30.68 (20)

Pf = 2163.6 = 2164

Método Geométrico Se considera que la población crece en forma semejante a un capital puesto a

interés compuesto

Se emplea cuando la población esta en sus inicios o en saturación, mas no en

crecimiento sostenido.

r = (Pa/Pi) - 1 1/(ta-ti)

( tf- ta)

Pf = Pa *(1+ r) Donde:

Pf = Población Futura

Pa = Población actual

Pi = Población inicial

r = Factor de cambio o tasa de crecimiento anual

tf = Tiempo futuro

ta = Tiempo actual

ti = Tiempo inicial


1990 800

2001 1200

2015 1550


Pf = 2693

1/11 r1 = 1200 -1 = 0.0375

800

Método Geométrico:

r2 = 1550 -1= 0.0184

1200

rp = 0.0279

Pf = 1550 (1 + 0.0279)

1/14

20

Método de Interés Simple

Se considera que la población de una localidad, tiene la

tendencia al crecimiento similar a una tasa de interés simple

Pf= Pi (1 + r(tf- ti))

Donde;

Pf = Población Futura

Pi = Población inicial

r = Razón de crecimiento

tf = Tiempo futuro (ti+1)

ti = Tiempo inicial


1990 800

2001 1200

2015 1550


Método Interés Simple:

r1 = 1200 -800 = 0.0454

800(2001-1990)

r2 = 1550 – 1200 = 0.0208

1200(2015-2001)

rp = 0.03314

Pf = 1550 (1 + 0.03314 (20))

Pf = 2578.00

1) Calculamos la Población Futura:

• Periodo de Diseño = 20 años (P. Urbana).

• Calculo de Población Futura.


r1 = 1200 – 800 = 36.36

11

r2 = 1550 – 1200 = 25.00

14

rp = 30.68

Pf = 1550 + 30.68 (20)

Pf = 2163.6 = 2164.00

Método Geométrico:

r1 = 1200 -1 = 0.0375

800

r2 = 1550 -1= 0.0184

1200

rp = 0.0279

Pf = 1550 (1 + 0.0279)

Pf = 2693.00

1/11

1/14

20

Método Interés Simple:

r1 = 1200 -800 = 0.0454

800(2001-1990)

r2 = 1550 – 1200 = 0.0208

1200(2015-2001)

rp = 0.03314

Pf = 1550 (1 + 0.03314 (20))

Pf = 2578.00

Consumo Promedio Anual?

c) Determinación del Consumo y Demanda de Dotación.

Consumo: Es la determinada cantidad de agua que se asigna a

cualquier uso.

Demanda de Dotación (MINSA).

La dotación es variable de acuerdo a usos y costumbres de cada localidad según la

norma del MINSA, se tiene:

Costa : Norte 70 L/h/d Sur 60 L/h/d

Sierra: Más de 1500 m.s.n.m. 50 L/h/d

Menos de 1500 m.s.n.m. 60 L/h/d

Selva : 70 L/h/d

Esta dotación está en función al grado de cultura, actividad económica y

condiciones de saneamiento de la localidad.

d) Cálculo de Caudales de Diseño y Variaciones de Consumo

- Consumo Promedio Anual

Pf x Dot

Qp = --------------- = (... lps) Fc = 1.2

86,400

- Consumo Máximo Diario:

Se calcula con el 130% del consumo promedio anual sirve para diseñar

tuberías y estructuras antes del reservorio e incluso el volumen del

reservorio.

Qmd = K1Qp donde K1 = 1.3

e) Consumo Máximo Horario:

Se estima como: 200% del consumo máximo diario nos sirve para diseñar

tuberías y estructuras después del Reservorio e incluso es tomado en cuenta

para diseño de red de alcantarillado cuando corresponda.

Qmh = K2 Qp

donde K2= 1.8 a 2.5 zonas urbanas

K2= 2.0 zonas Rurales

Qmh = 2.0 Qp

FUENTES DE AGUA. CLASIFICACION DE LAS FUENTES DE

AGUA SEGÚN SU ORIGEN SE

CLASIFICAN EN :

a) AGUA METEÓRICAS (Lluvia, Nieve,

Granizo).

b) AGUA SUPERFICIAL (Ríos, Lagos,

Presas).

c) AGUA DE MAR (Mares, océanos).

d) AGUA DE MANATIAL (Agua

Superficial).

CAPTACIONES DE AGUA

Fuentes de Agua:

• Superficiales: De ríos, canales, lagunas, represas.

• Subterráneas: Manantes, galerías, pozos, napas freáticas, aguas subálveas.

• Atmosféricas: Lluvias, humedad ambiental.

Tipos de sistemas de agua de abastecimiento:

• Por Gravedad

• Por bombeo

CAPTACIONES DE AGUA DE MANANTES:

¿Que son los Manantes?

Recomendaciones para su uso:

Son aguas subterráneas que afloran naturalmente a la superficie

de la tierra.

• No alterar la calidad del agua, garantizando el libre escurrimiento

hacia la cámara de toma.

• Limpiar las capas superficiales de tierra y barro encima del manante.

• Proteger el área de captación con cercos o muros. Delimitar el área

de captación

• Construir zanjas de coronación para evacuación de aguas

superficiales.

Tipos de manantes:

Tipo Ladera Tipo Fondo

1.- Por su ubicación:

• De ladera.

• De fondo.

2.- Por su forma de afloramiento:

• Concentrados.

• Difusos.

Consideraciones de diseño:

Calidad del Agua (ser apta para el consumo humano).

Cantidad de agua (medición de caudal en época de estiaje y en máximas).

Qminf > Qmd

Evaluación del Acuífero (Rendimiento del acuífero o fuente cada mes).

Derechos de usos de agua y disponibilidad:

o Cuotas de captación y uso otorgado por el ANA.

o Caudal ecológico

Población, Dotación, Caudal de diseño.

Prevención de riesgos.

DISEÑO DE CAPTACIONES DE AGUA

Diseño de la captación de un Manante:

Es necesario conocer:

• Caudal mínimo de la fuente (Qminf) : 3.6 lps

• Caudal máximo diario (Qmd) : 28.71 lps

• Qminf < Qmd Buscar otra o mas fuentes

• Caudal máximo de la fuente (Qmaxf) : 8.6 lps

• Asumir un Diámetro del orificio de entrada (D) = 2”

• Calcular el Q ingreso a la captación (Qicap)

• Q=AV (considerar V <= 0.6 m/seg.)

• V = Cd 2gh = 0.81 2gh

• h = 1.52 V² /2g = 0.0278m. Recomendado asumir h = 0.50 m.

• Entonces Qicap =

Qicap: Para D = 2” = 0.0518m y h = 0.50 m

Q= pi D² Cd 2gh = 0.00535 m³/seg. = 5.35 lps.

4

Q = m³/seg

D = m.

Cd = 0.81 orificios de pared gruesa

g = 9.81 m/seg.

h = m. (0.4m recomendado).

Qicap < Qmaxf

5.35 < 8.6 se aumentara el numero de orificios.

Q=0.60 A 2gh Q=0.81 A 2gh

Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda

ho

Hf H

L

1 2


ho

Hf H

L

Q1 = Q2

Cd x A1 x V1 = Cd x A2 x V2

Siendo: A1 = A2

V2 = Velocidad de pase

(Valores menores iguales a 0.6 m/s).

Cd = Coeficiente de Descarga (0.6 – 0.8).

ho = Distancia de Carga en afloramiento.

hf = Perdida de Carga

1 2

Hf = 0.3*L

H = ho + hf

V = V2 = {2gh/1.52}½


Asumiendo: H = 0.50 m

V = 0.55 m/seg.

ho = 1.52 V² / 2g =

ho = 0.0234 m

Donde hf = H – ho = 0.50 – 0.0234

hf = 0.4766

L = hf / 0.3 = 1.59 = 1.60 m

L = Distancia entre el afloramiento y la

Cámara húmeda (m).

ho

Hf H

L

Calculo del ancho de la pantalla:

Determinación del diámetro del orificio asumido = 2” (recomendado).

Calculo del numero de orificios (Na).

Qmaxf = AV = pi r² Cd (2gh)

dc = 4 Q = 4 A = 0.06252 m., para Qmaxf = 8.6 lps y h = 0.40 m.

pi 2gh Cd pi

Si dc > D (diámetro asumido) entonces: necesitamos + orificios

Na = Área del diámetro calculado + 1 ó (d/D)² + 1 = 2.2 a 2.5

Área del diámetro asumido

Tomamos 3 orificios de 2”

Calculo del ancho de la pantalla (b).

b = 2(6D) + Na D + 3D (Na + 1)

b = ancho de la pantalla

Na = Número de orificios

D = diámetro asumido

b = 1.3986 = 1.40 m.

b

Altura de la Cámara húmeda. Ht = A + B + H + D + E

Altura de Captación

H = 1.52 V²/2g = 0.028m para V= 0.6m/seg

H = 1.52 V²/2g = 1.52 Qmd²/ 2gA²

H = 1.52 (0.0086)² = 0.2755 m.

2 (9.81)(pi (0.0381)²)²

H = 27.55 cm. = 30 cm. Recomendable

Ht = 0.10 + 0.0762 + 0.30 + 0.05 + 0.30

Ht = 0.8262 asumir = 1.0 m. min. a 1.50 m.

Dimensionamiento de la canastilla:

Dcanastilla = 2 D tubería de salida.

Dcanastilla = 2 (3”) = 6”

Área total de ranuras >= 2 Área tubería de la línea de conducción.

Área total de ranuras = 2 ( pi r²) = 0.00912 m²

3Dc < L < 6 Dc

9” < L < 18”

L = 18”

Tubería de rebose y limpia:

Las pendientes de las tubería deben ser de 1 a 1.5 %.

Su diámetro D será:

D = 0.71 Q

S

D = pulgadas.

Q = lps.

S = m/m.

Para C = 140 (PVC)

D = 4.23” = 5”

0.38

0.21

ESQUEMA DE ABASTECIMIENTO A LA CIUDAD DEL CUSCO

AL 31DE JULIO DEL 2,007

POBLACION SERVIDA

67,325 hab.

SISTEMA PIURAY

POBLACION SERVIDA

13,536 hab.

SISTEMA SALKANTAY

POBLACION SERVIDA

18,991 hab.

SISTEMA

JAQUIRA

Q=9.76 l/s

POBLACION SERVIDA

19,022 hab.

SISTEMA KOR-KOR

Q= 23.50 l/s

R. Arco.

R. V. Maria

R. Independencia

LAGUNA

PIURAY

MANANTES

KORKOR

R. Tambillo

JAQUIRA

Q=299.87 Lts/Seg

Q=290.70 l/s

Q=15.47l/s

R. JAQUIRA

PLANTA

POTABILIZADORA

SANTA ANA

1000 m3

PLANTA

JAQUIRA

300 m3

POBLACION SERVIDA

121,318 hab.

SISTEMA

VILCANOTA

Q=279.09 l/s

R 12

4,500 m3

EB 3 EB 2 412 l/s 412 l/s 412 l/s

P1 P2 P3 P4

R. Hatun Huaylla.

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