Memoria Tcnica Conduccin de Agua.

1. Introduccin, planteamiento del problemaEl presente documento contempla como alcance principal el diseo de una conduccin de agua, la misma que se encargar de dotar de agua a la poblacin de la Parroquia Checa.Por este motivo, se analizar y disear la manera de conducir agua desde un depsito o zona recolectora hasta el lugar donde se vaya a hacer uso de la misma. Se proceder a estudiar la mejor manera de transportarla a travs de un terreno con una pendiente considerable. El hecho de que el terreno posea pendiente, es un factor importante, ya que proporcionar velocidad al agua que a travs de l sea conducida.2. Descripcin general del Proyecto El dimensionamiento de una conduccin es una combinacin de varios elementos de diseo que incluye el clculo de golpe de ariete, la seleccin de vlvulas y accesorios, diseo de bloques de anclaje y el sistema de drenaje. Adems de un anlisis tcnico econmico que considera diversas alternativas a lo largo del diseo a fin de seleccionar la ms conveniente desde el punto de vista tanto econmico como funcional del sistema.2.1 Caracterizacin del Lugar. La parroquia Checa est ubicada al norte del cantn Cuenca a 12 Km. de distancia, Limita al Norte con la provincia de Caar, al Sur por la parroquia Chiquintad. Checa dispone de 5 instituciones educativas:

Escuela Hiplito L. Mora (Escuela Central)Escuela Abelardo J. Andrade (Sector Corpanche)Escuela Rafael Corral Moscoso (Sector 3 de Mayo)Colegio Nacional Tcnico Checa (Sector La Playa)Centro Ocupacional Particular Checa (Sector La Playa) Checacuenta con temperatura variable entre 7 a 15Cen invierno y 12 a 25C en verano pudiendo decir que goza de un clima primaveral todo el ao. La temperatura promedio es de 15C. Tambin debido a su ubicacin puede experimentar en algunas ocasiones varios cambios de clima y de temperatura durante el transcurso del da.

2.2 Poblacin Actual, crecimiento de la poblacinAntes de empezar con el diseo del sistema de bombeo lo que se debe obtener es el dato de la poblacin actual para, (una vez determinado un periodo de diseo adecuado) poder proyectarla.Segn el censo realizado en el ao 2010 la parroquia Checa cuenta con 2741 habitantes. Los datos obtenidos han sido tabulados y analizados para su aplicacin efectiva en el dimensionamiento. La tabla 2.1 resume los datos obtenidos del INEC de la poblacin.

Figura 2.1 Evolucin de Checa.

AoChecaTasa de crecimiento

19502188

19622167-0.0008

197429600.0260

198232530.0118

199033260.0028

20012698-0.0190

201027410.0018

Tabla 2.2 Resume de la poblacin de Checa.

`Como podemos ver Checa ha tenido cambios en su poblacin en el transcurso del tiempo, esto se debe a las constantes migraciones de las personas hacia la ciudad.2.3 Periodo de diseo.Se denomina periodo econmico del proyecto al nmero de aos para el cual se disea una obra de abastecimiento de agua potable considerando que durante ese periodo se proporcionara un servicio de calidad y eficiente, sin incurrir en costos innecesarios y optimizando la economa del proyecto sin descuidar los elemento tcnicos y de sostenibilidad.El perodo de diseo no deber ser muy largo que obliga a un gran porcentaje del sistema a funcionar por debajo de su capacidad la mayor parte del tiempo, ni tan corto que implique complicaciones y reformas.El perodo de diseo de un sistema de agua potable depende de algunos factores, como la vida til de los materiales, inconvenientes y dificultades de ampliaciones, tendencias de crecimiento de la poblacin, posibilidades de financiamiento, inflacin relativa e incremento de los costos de construccin.El criterio predominante, consisti en considerar el perodo de diseo que establecen algunos de los organismos tcnicos que desarrollan y financian obras de infraestructura sanitaria, adems de considerar un crecimiento de la poblacin moderado; teniendo en cuenta los riesgos de sobredimensionar el sistema y tener costos elevados del proyecto, adems de que una poblacin no puede ser extrapolada con seguridad a ms de 20 aos, pues durante periodos ms largos, podran ocurrir fenmenos de crecimiento que distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adoptar. Por consiguiente, el perodo de diseo considerado es 20 aos, se ha tomado esta opcin ya que las obras pueden ampliarse fcilmente por etapas y la vida til de la mayora de los elementos est comprendida entre (20 y 40) aos.2.4 Proyecciones de la poblacin, Poblacin de diseo.No existe un mtodo nico de proyeccin de poblacin, su eleccin depende de mltiples factores, como son: el tiempo a proyectarse; nivel de estructura social y cultural estructura de edades y sexos de la poblacin; comportamiento de la poblacin, etc.Teniendo en cuenta el reto que supone una proyeccin, se han utilizado tres mtodos distintos para realizar un anlisis sobre el crecimiento en la parroquia Checa.Descripcin de los mtodos usados:

Mtodo Aritmtico.Consiste en considerar que el crecimiento de una poblacin es constante, es decir asimilable a una lnea recta, es decir que responde a la ecuacin:

Mtodo geomtrico.El mtodo geomtrico consiste en suponer que el crecimiento de la comunidad es en todo instante proporcional a su poblacin, es decir que responde a la ecuacin:

Mtodo de ajuste por mnimos cuadrados.Consiste en crear una regresin lineal a partir de los datos dados, llevando el error al mnimo posible.La tabla 2.2 resume las proyecciones obtenidas.MtodoAritmticoGeomtricoAjuste

TasaproyeccinTasaProyeccinProyeccin

4.782855.670.0022858.943376.23

Tabla 2.3 Proyecciones de la Poblacin.

La mejor manera para adoptar una poblacin de diseo, es el encontrar un mtodo que se ajuste bien con la historia de crecimiento de la poblacin, adems de incorporar a ello diferentes caractersticas del medio en donde estamos realizando el estudio. Checa es una parroquia que hoy en da se est consolidando y est creciendo con rapidez. Teniendo en cuenta esto, no sera apropiado el tomar las proyecciones con los mtodos aritmtico y geomtrico ya que estos no consideran la historia de la poblacin y solo se limitan a los ltimos dos aos, (es por ello la proyeccin baja obtenida). De esta manera concluimos que un ajuste matemtico es la mejor opcin, ya que observamos un crecimiento razonable para un periodo de 20 aos que est acorde a los datos que se disponen.Para poder definir completamente la poblacin de diseo habra que analizar otros consumos que se dan en el lugar tales como restaurantes, centros tursticos, lugares de trabajo, escuelas, etc., esta poblacin se la conoce como flotante. Teniendo en cuenta que Checa es una parroquia rural en crecimiento se descarta poblacin flotante debida a turistas, restaurantes, lugares de trabajo, ya que est a una distancia considerable de la ciudad y no alberga lugares tursticos en especial. Lo nico que nos quedara por analizar es escuelas, colegios y lugares educativos.Como se mencion anteriormente Checa dispone de 5 instituciones educativas relativamente pequeas, considerando esto se asumi un total de 100 personas que asisten por institucin, adoptando posibles ampliaciones de las escuelas y colegios, cabe resaltar que a estas instituciones se les considero por separado y se les dio una dotacin en especial.Figura 2.4 Pirmide poblacional de Checa.

2.5 DotacinEl consumo de agua es funcin de una serie de factores inherentes a la propiedad localidad que se abastece y vara de una ciudad a otra, as como podr variar de un sector de distribucin a otro, en una misma ciudad. Para determinar la dotacin de agua de una poblacin, es necesario analizar estos factores; entre los principales tenemos: Clima, nivel de vida de la poblacin, costumbres de la poblacin, sistema de provisin, calidad del agua suministrada, costo del agua (tarifa), presin en la red de distribucin, consumo comercial, consumo industrial, consumo pblico, perdidas en el sistema, existencia de red de alcantarillados y otros factores.Se realiz un anlisis para el consumo de agua de nuestra poblacin requerida, obteniendo un caudal de 165 litros/persona/da. La tabla 2.3 muestra el detalle del consumo considerado.Checa tiene 5 instituciones educativas para las cuales tambin se realiz un anlisis y se determin de igual manera la dotacin. La tabla 2.4 muestra el detalle.Consumo domsticolitros/persona/da

Lavarse las manos5

Baarse40

Lavado de ropa50

Sanitario30

Preparacin de alimentos15

Aseo vivienda25

Total165

Consumo Estudiantillitros/persona/da

Limpieza15

Sanitario15

Bebida5

Aseo personal5

Total40

Tabla 2.6 Consumo Estudiantil.Tabla 2.5 Consumo Domstico.

Para la determinacin de los consumos se utilizaron recomendaciones con rangos establecidos para cada actividad.

Una vez definida la poblacin de diseo y la dotacin para la misma lo que se debe realizar es el clculo del Caudal medio diario de la poblacin. Para ello aun es necesario definir otro parmetro involucrado en el clculo; las fugas en el sistema. Se tom un 25% de fugas en la red, considerando que en la ciudad de Cuenca las fugas estn en ese orden.De esta manera queda completamente definido el Caudal medio (Qm) de Checa:

Para el diseo de la lnea de conduccin se requiere el caudal mximo diario, para ello aun es necesario analizar las variaciones de consumo.

2.6 Variaciones de ConsumoEl consumo no es constante durante todo el ao, inclusive se presentan variaciones durante el da, para suplir estas demandas mximas, se debe incrementar el valor del caudal medio, multiplicando por los denominados coeficientes de variacin diaria y horaria.Coeficiente de variacin Diaria (K1)Este coeficiente esta en funcin el clima y la distribucin de las lluvias durante el ao. Flucta entre el 120 y 130%, siendo menor en climas uniformes. En poblaciones pequeas la variacin es ms notoria, puede llegar al 200%.Para nuestra poblacin por tratarse de una poblacin pequea y con clima variable tomamos un valor de 1.5De esta manera podramos definir nuestro caudal mximo diario, y con este el caudal de diseo de la conduccin.

2.7 Caudales de diseo.

Caudal Mximo diario

Para el diseo de la conduccin se debe asegurar un caudal igual a:

3. Trazado de la red.

3.1 Trazado en plantaAl realizar el trazado de las conducciones se debe tomar en cuenta aspectos funcionales relacionados con los criterios hidrulicos as como los aspectos econmicos, estos limitan tanto el trazado en planta como en perfil. Para el caso del trazo en planta se ha considerado lo siguiente: Se tender a la menor longitud de conducciones, para lo cual se buscar en lo posible trazos rectos. Se evitarn los codos, tratando de conseguir largas alineaciones. Trazados paralelos a caminos existentes facilitan la accesibilidad y minimizan el dao ambiental. Los cambios de direccin se intentarn mediante la desviacin permitida por la tubera, o se colocarn codos de acuerdo a las piezas existentes en el mercado.

3.2 Trazado VerticalLos criterios para el trazado vertical son los estrictamente hidrulicos adems de los criterios de pendientes mnimas. Entre los primeros el principal es que la lnea piezomtrica de la conduccin no debe cortar la tubera. Deber disponer slo de tramos ascendentes o descendentes (con pendientes no menores al 0,5%). La longitud de tramos con pendiente menor al 1% no ser menor a 200 m.Adems de ello se consider un recubrimiento mnimo de 80 cm y una profundidad mxima de excavacin de 4.5 m. A pesar del amplio rango, se tuvo problemas al momento del trazado por la irregularidad del terreno, por lo que se opt por el uso de accesorios para los cambios de direccin.4. Criterios para el Diseo.

Una lnea de conduccin debe aprovechar al mximo la energa disponible para conducir el caudal captado, por ello se debe seleccionar el dimetro de tubera adecuada que permita por capacidad las menores perdidas de carga posibles. En el diseo se debe tener en cuenta los siguientes criterios: La diferencia de cotas entre los extremos (altura esttica) La clase de tuberas disponibles y comerciales Dimetros disponibles y comerciales Velocidades admisibles Anlisis golpe de ariete Estructuras complementarias (vlvulas, accesorios, cajas rompe presin, otros) Anclajes

Una vez realizado el trazado vertical y en planta de la conduccin, se debe tomar la longitud de la conduccin y la diferencia de cotas para poder tomar decisiones acerca de la mejor tubera (tipo y clase). La tabla 4.1 muestra las cotas de los puntos al inicio y final. Longitud (m)859.20

Cota terreno inicio (m)1499.77

Cota tubera inicio (m)1498.39

Cota terreno final (m)1487.38

Cota tubera final (m)1486.58

Tabla 4.1 Cotas del Proyecto.

4.1 Diseo de Tuberas

Para el diseo se utiliz la ecuacin de Hazen Williams:

Donde:hf: Perdida de carga en m. L: longitud del tramo en m. C: coeficiente de transporte. Q: caudal a transportar en l/s. D: dimetro de la tubera en mm.La diferencia de cotas es de 11.81 metros, para el dimensionamiento se considera una prdida de 6.81 teniendo en cuenta que, se recomienda que la lnea piezomtrica llegue por lo menos 5 metros arriba de la tubera.El coeficiente C tomado como primera aproximacin es de 140, ya que lo ms probable es que se utilice PVC para la conduccin debido al caudal bajo que se tiene.Realizando una primera aproximacin se tiene un dimetro terico de 131.77 mm Como se haba supuesto anteriormente la mejor opcin a utilizar es PVC, debido a: Es la ms econmica y eficiente para dimetros pequeos y bajas presin. Est disponible para los dimetros que se requiere. No va a estar sujeto a mucha carga, y se evitar la cristalizacin profundizndole como mnimo 80 cm. Es fcil de instalar y liviano.El dimetro comercial a utilizarse debe ser de 160 mm, como esto no representa un diseo eficiente se realiza una segunda aproximacin realizando una combinacin de dimetros de 110 mm y 160 mm.Antes de tomar las longitudes definitivas de los dos dimetros se debe analizar el golpe de ariete en la tubera para de esta manera obtener la clase de tubera de PVC a usar. La ecuacin 4.1 define el aumento de presin en metros debido al golpe de ariete.

En donde , representa el cociente del mdulo de elasticidad del agua y de la tubera respectivamente, D representa el dimetro interno de la tubera y e el espesor de la misma.Realizando para una tubera de 1 MPa se tiene:Dimetro Interno (mm)Dimetro Externo (mm)V (m/s)Q (l/s)L(m)hf (m)Longitudes adoptadas (m)hf (m)

Tubera 1104.60110.001.6113.8859.26.81166.202.74

Tubera 2152.00160.000.76693.004.06

Tabla 5.1 Dimensionamiento de la conduccin.

6.80

Anlisis Golpe de Ariete

Espesor Tubera 1 mm2.70a, velocidad de onda 1262.60Ha (golpe de ariete) 1

Dimetro Interno Tubera 1 mm104.60V, velocidad en la tubera 11.6143.00

Espesor Tubera 24.00a, velocidad de onda 2265.07Ha (golpe de ariete) 2

Dimetro Interno Tubera 2152.00V, velocidad en la tubera 20.7620.56

Ka0.80Mdulo del material de la tubera a usar kg/m^2281300000

Tabla 5.2 Anlisis Golpe de Ariete.

Observando los resultados de las tablas 5.1 y 5.2 podemos concluir que el diseo es el correcto ya que la presin a soportar incluyendo el golpe de ariete; no superar 1 MPa, pero estar por encima de los 0.8 MPa. Las velocidades estn dentro del rango para PVC (mximo 4.5 m/s y mnimo 0.45 m/s). Con esto; el diseo de la conduccin estara casi completo el ltimo punto a analizar son las estructuras complementarias (vlvulas de aire, los desages, anclajes, tanque rompe presin).

5. Estructuras Complementarias.

5.1 Vlvulas de aireDependiendo de su funcin, estas permiten la eliminacin del aire acumulado en el interior de la tubera en el flujo a presin (bolsas de aire que pueden llegar a impedir totalmente el flujo del agua) y a la vez la admisin de aire cuando la presin en el interior es menor que la atmosfrica; en el caso de que se produzca una rotura de la tubera y un vaciado violento, se producir una presin negativa, que puede llegar a colapsar el tubo, siendo necesario prever la entrada de aire. El dimetro necesario se obtiene en base a las curvas de funcionamiento de las vlvulas.Criterios para la colocacin.Los criterios para la colocacin de vlvulas de aire son los siguientes: Se colocarn en todos los puntos altos de la red es decir en donde exista cambio de pendiente de positiva a negativa (creciente a decreciente). En los puntos semi-altos donde la pendiente pase de una ascendente a una ascendente menor o cuando pase de una pendiente descendente a una descendente mayor se colocarn ventosas cuando la variacin sea de ms del 10%. En tramos con pendiente continua en intervalos menores a 800m. Junto a las vlvulas principales de la instalacin para facilitar el vaciado de la tubera.

5.2 Desages.

Los desages se emplean para el vaciado y limpieza de la tubera, estos debern colocarse en los puntos bajos a lo largo de toda la conduccin es decir donde la pendiente pase de negativa a positiva. Se deber instalar un by Pass para la operacin del desage ya que resulta complicado la apertura de la compuerta debido a la gran presin.Se utilizaron desages de 2 pulgadas para la tubera de 110 mm y de 4 pulgadas para la de 160 mm, el criterio para el dimensionamiento se bas en los datos obtenidos de la tabla 5.2

Dimetro tubera (pulgadas)Dimetro descarga (Pulgadas)

22

42

64

84 6

106

Tabla 5.3 Dimetros de descarga para desages

5.3 Vlvulas de corte.

Permiten operar y mantener el sistema. Se ubican al inicio y fin de la lnea de conduccin y en puntos importantes de ella. Permite aislar dichos tramos para eventuales reparaciones. Permiten tambin controlar tanto el llenado como el vaciado de la tubera.Se colocarn vlvulas de compuerta ya que se tienen dimetros pequeos.

Para la colocacin de las vlvulas de corte se establecen los siguientes criterios:

Se instalar vlvulas delante de las vlvulas de aire y en los desages. Se colocarn con el criterio de distancia a no ms de 1500 metros, se procurar que estas se ubiquen donde haya una ventosa o un desage. Si la vlvula est situada en un tramo ascendente deber ir una ventosa antes de la vlvula y un desage luego de la vlvula, si la vlvula se encuentra en un tramo descendente se colocar un desage antes de la vlvula y una ventosa despus de la vlvula.

5.4 Anclajes

En los sistemas de abastecimiento que trabajan bajo presin se producen fuerzas no equilibradas tanto de origen esttico como dinmico, estas pueden generarse en los cambios de direccin, en las derivaciones, en los codos de reduccin de seccin y en los extremos finales de la tubera. Estos empujes debern ser contenidos mediante estructuras de anclaje a fin de evitar desplazamientos que puedan poner en riesgo la estanqueidad de las juntas o la estructura de la tubera.Se sabe que para pequeas tuberas, de hasta 10 a una presin de hasta 100 m, no se requieren bloques de anclajes (Arocha), sin embargo se coloca por seguridad anclajes en los cambios de direccin en el trazado en planta.

6. Presupuestos7. Operacin y Mantenimiento8. Bibliografa

http://www.mdgfund.org/es/publication/manual-de-administraci-n-operaci-n-y-mantenimiento-de-sistemas-de-agua-potable-y-saneamihttp://www.avina.net/esp/wp-content/uploads/2013/03/MODULO-5-OK.pdfhttp://sachayaku.org/Compressed%20technical%20manual.pdfhttp://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/3038/1/tag285.pdfhttp://www.jmcprl.net/ntps/@datos/ntp_362.htmhttp://galeon.com/elregante2/npsh.html