Sistema De Abastecimiento De Agua Potable

Diseo De Un Sistema De Abastecimiento De Agua PotableAcueductos

Presentado a:I.C. Daniel Antonio Agudelo

Presentado por:Grupo 2. Subgrupo 14Daniel Fernando Gamboa Quiroga cd. 214653 dfgamboaq@unal.edu.co

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL Y AGRCOLAUNIDAD ACADMICA DE SANEAMIENTOACUECDUCTOS 2015938-022014Tabla de contenido

INTRODUCCIN4OBJETIVOS5Objetivo Principal5Objetivos Especficos51.POBLACIN61.1Caudal Medio Diario61.2Dotacin Futura61.3Poblacin Futura61.4Poblacin Inicial72.DISEO DE LA CAPTACIN82.1Capacidad de la Estructura82.2Diseo de la Rejilla82.3Diseo de la Cmara de Derivacin103.DISEO DE LA ADUCCIN113.1Diseo de la Conduccin no Forzada113.2Conduccin Forzada134.DISEO DEL DESARENADOR144.1Zona de Entrada144.2Zona de sedimentacin164.3Zona de lodos184.4Zona de salida185.DISEO DE LA CONDUCCIN215.1 Canal trapezoidal de mxima eficiencia hidrulica seccin ptima215.2 Canal abierto trapezoidal de pendiente fija235.3 Conductos a Presin236.PLANTA DE TRATAMIENTO286.1 Coagulacin286.1.1Cmara de disipacin de energa286.1.2Canaleta Parshall modificada y canal del resalto hidrulico.296.1.3Canal entre la coagulacin y la floculacin356.2 Floculacin366.2.1 Caso I366.2.2 Caso I I416.2.3 Caso I I I456.3Sedimentacin516.3.1Zona de entrada516.3.2Zona de sedimentacin536.3.3Zona de salida546.3.4Zona de lodos546.4 Filtracin576.4.1 Dimensionamiento del Filtro576.4.2 Granulometra y espesor de lechos filtrantes586.4.3 Viguetas para drenaje586.4.4 Clculos para auto lavado586.4.5 Niveles y tasas de filtracin durante la operacin normal596.5 Desinfeccin626.6 Tanques de Almacenamiento636.7 Red de distribucin65RECOMENDACIONES75BIBLIOGRAFA75

INTRODUCCIN

El diseo y la construccin de un sistema de abastecimiento de agua potable junto con el sistema de alcantarillado es la respuesta a las necesidades de saneamiento bsico que deben tener todas las poblaciones, estos sistemas son la base para el desarrollo econmico y social de cualquier urbe. El desarrollo y crecimiento de las poblaciones depende en gran medida de las condiciones de salubridad en la que viven sus habitantes, por lo tanto es muy importante que cuenten con los sistemas antes mencionados. Pero no solo es importante que los usuarios del acueducto cuenten con que el agua llegue a su domicilio, tambin se debe asegurar primordialmente la calidad del agua, ya esta puede llevar bacterias y de esta forma se puede provocar malestar o enfermedades en las personas. Teniendo en cuenta la necesidad de suministrar agua de calidad en Colombia, donde la cobertura de los acueductos es baja y la calidad del agua es regular, este trabajo muestra el desarrollo de un proyecto para la construccin de un Acueducto que suplir las necesidades de agua potable para una poblacin pequea, dentro del cual se incluyen las etapas de estudio y diseo del sistema.

OBJETIVOSObjetivo Principal

Desarrollar las pautas de estudio, clculo y diseo de los componentes de un Acueducto necesarios para atender las necesidades de agua potable de una poblacin, desde el lugar donde se toma el agua hasta la planta de tratamiento.

Objetivos Especficos

Utilizar los conocimientos adquiridos en clase para determinar las obras necesarias del sistema de acueducto.

Determinar la poblacin de diseo del acueducto basndose en la demanda de agua.

Identificar y disear los componentes del sistema de abastecimiento de agua potable desde la zona de captacin hasta la planta de tratamiento.

1. POBLACIN

Para determinar la poblacin actual y la poblacin futura se emplear el siguiente procedimiento: Hallar el caudal medio diario Calcular la dotacin futura Calculo de la poblacin futura Calculo de la poblacin inicial

1.1 Caudal Medio DiarioA partir del caudal mximo diario dado por el ingeniero de 160 L/s, se puede calcular el caudal medio diario con la siguiente expresin:

Para poblaciones pequeas (menores a 5000 habitantes), el valor de la constante K1 es 1.4, el cual es descartado debido a que los valores despus de un proceso es grande y su variacin presenta picos muy marcados, por lo tanto se decide trabajar con un valor de K1 de 1.1 para poblaciones grandes.

1.2 Dotacin FuturaLa dotacin futura se puede calcular con la dotacin inicial y se puede hacer con la siguiente expresin:

Dnde: D0 es la dotacin unitaria inicial.p es la tasa de crecimiento de la dotacin, vara entre 0.1% y 1 %.n periodo de diseo.Teniendo en cuenta que la dotacin usualmente puede variar entre 150 y 250 L/ hab * da, se toma un valor para el proyecto de 200 L/ hab x da y a una tasa de crecimiento de 0.7%, la dotacin para un periodo a 30 aos es:

1.3 Poblacin Futura

Con la dotacin futura calculada anteriormente y la frmula de caudal medio diario se determina el valor para la poblacin dentro de 30 aos:

1.4 Poblacin InicialFinalmente se calcula la poblacin inicial, correspondiente al ao 2014, con la frmula de crecimiento poblacional.

Dnde: n es el periodo de diseo, 30 aos. r es tasa de crecimiento para la poblacin, la cual vara entre el 2% y el 5%.

Se seleccion una tasa de crecimiento del 4%, por lo tanto la poblacin inicial es:

2. DISEO DE LA CAPTACIN

La captacin en un sistema de abastecimiento de agua, es la estructura que toma el caudal necesario de la fuente de abastecimiento, ya sea un ro, una quebrada, un embalse, un lago, etc. El diseo de la esta estructura se hace dependiendo de la poblacin beneficiada con la construccin, tambin se debe tener en cuenta: La cercana al punto de destino, una menor distancia hace que el sistema sea ms eficiente adems de que implica menos gastos econmicos. La calidad del agua en la bocatoma, entre ms limpia requiere menos tratamiento lo cual disminuye costos. La variabilidad de los niveles del agua en las diferentes pocas del ao, para poder garantizar el suministro de agua. La facilidad en la extraccin y/o captacin lo cual incide en los costos del proyecto. La topografa, influye en el tipo y complejidad de las obras a construir. Para el proyecto, la captacin se har de un rio con las siguientes caractersticas: Ancho del rio: 10.0 m. Fondo del rio: 850 msnm. Nivel mnimo del agua: 851.5 msnm. Nivel mximo del agua: 853.3 msnm. Caudal de captacin: 160 l/s (0.16m3/s). Se determin que la estructura de captacin ser de bocatoma lateral. El nivel de complejidad ser alto debido al periodo de diseo (30 aos).

2.1 Capacidad de la EstructuraLa norma RAS 2000 en el numeral B.4.4.2 establece que para niveles altos de complejidad la capacidad de diseo de las obras de captacin debe ser igual a 2 veces el caudal mximo diario. Por lo tanto para el proyecto el caudal de diseo es:

2.2 Diseo de la RejillaPara disear este elemento es necesario tener en cuenta el tamao de partculas que se quiere retener y el mecanismo de limpieza, la rejilla del proyecto se diseara con barras de acero de dimetro , el espacio entre estas barra ser de 20 mm y la inclinacin de 80, tambin se supone que la velocidad del agua a travs de la rejilla es de 0.50 m/s.

Perdidas de energa de la rejillaPara calcular estas prdidas primero es necesario determinar el coeficiente K:

Donde: es el coeficiente de prdidas para rejillas (varillas circulares=1.79).S es el dimetro de la varilla.b es la separacin entre las varillas. es el ngulo de las rejilla con la horizontal.

Ahora se calcula las prdidas de energa que provoca la rejilla:

Esas prdidas se multiplican por un factor de seguridad entre 2 y 3, ya que la rejilla pude obstruirse con el material particulado que lleva la corriente, para este caso se determin usar un factor de 2.5.

Se va a asumir una carga de 0.40 m sobre el vertedero, por lo que el nivel del agua al interior de la cmara de derivacin ser de 0.40m-0.05m=0.350m encima de la cresta del vertedero. El vertedero trabajara sumergido por lo tanto se utilizara la frmula de Vilemonte, pero antes hay que hallar la sumergencia la cual se determina as:

Ahora con la ecuacin de Vilemonte, despejada para hallar el valor Q1:

Dnde: Q es el caudal que se requiere captar (320 l/s). Q1: Caudal captado si el vertedero fuera libre. S: Sumergencia.

Con el caudal que se acab de hallar y utilizando la ecuacin de Francis para vertederos de pared delgada y a flujo libre se halla la longitud efectiva de la rejilla:

Numero de espacios:

Numero de varillas: # espacios 1 = 69 varillas de Longitud de la rejilla:

Vista lateral

Vista de Planta

2.3 Diseo de la Cmara de DerivacinEsta cmara tendr unas dimensiones de 3.0m * 2.0m, esto con el fin de facilitar el manejo de las vlvulas y las acciones de mantenimiento.Hay que determinar la cota de la cresta del vertedero, la cota mxima y mnima de la lmina de agua en el interior de la cmara de derivacin: Cota cresta vertedero=nivel mnimo de agua -carga sobre el vertedero=851.5m - 0.4m = 851.1m. Cota mxima al interior de la cmara = nivel mximo del agua H = 853.3m - 0.05m = 853.25m. Cota mnima al interior de la cmara = nivel mnimo del agua H = 851.5m - 0.05m = 851.45m.

3. DISEO DE LA ADUCCIN

Para eldiseo de esta parte del acueducto se tienen las siguientes consideraciones iniciales: Caudal de Diseo: 160 l/s Nivel minimo en la cmara de derivacin: 851.45 msnm Nivel mximo en la cmara de derivacin: 853.25 msnm Cota clave de llegada al desarenador: 845.0 msnm Longitud sobre el terreno: 100m Adicion por topografa y accesorios: 3% Longitud total de aduccin: 100m*(1+0.03) = 103m

3.1 Diseo de la Conduccin no ForzadaPara hallar el dimetro se utiliza la ecuacin de Manning:

Dnde: N el coeficiente de Manning, depende el tipo de material. So: pendiente longitudinal de la conduccin. La pendiente longitudinal se calcula de la siguiente forma:

Reemplazando los valores en la ecuacin para hallar el dimetro se tiene:

D=0.2238m = 8.81 in, por lo tanto el dimetro de la tubera ser de 10in = 0.254m para que la tubera tenga una capacidad adicional.

Pendiente:

Velocidad en el conducto lleno:

Caudal en el conducto lleno:

Relacin de caudales:

Relacin de velocidades:Se obtiene a partir de grficas adimensionales teniendo en cuenta como dato de entrada la relacin de caudales.

Relacin de dimetros:Igual que el anterior se obtiene a partir de grficas adimensionales teniendo en cuenta el dato de entrada la relacin de caudales.

Estos datos se pueden obtener de la siguiente figura:

Figura 1. Relacin de dimetros y caudales. Tomado de Ven Te Chow, hidrulica de canales.

Velocidad en conducto parcialmente lleno:

Prdidas de energa:Coladera: 4.5Entrada: 1Velocidad: 1Total: 6.5

As, las prdidas de energa son:

Cota clave de salida recalculada:

Se vara Xi = Xi + 1, con un proceso iterativo el cual se resume en la siguiente tabla:Xi (m)SV (m/s)Q (m3/s)q/Qv/Vd/Dv (m/s)hf (m)Xi+1 (m)

851.450.06264.430.2240.70.70.73.101.164850.362

850.3620.05214.040.2040.70.70.72.820.968850.558

850.5580.05404.110.2080.70.70.72.881.003850.523

850.5230.05364.100.2080.70.70.72.870.997850.529

850.5290.05374.100.2080.70.70.72.870.998850.528

850.5280.05374.100.2080.70.70.72.870.998850.528

Tabla 1. Calculo de cota clave de salida.La cota clave de salida al desarenador ser 850.528 msnmProfundidad: 851.45m 850.258m = 0.922m

3.2 Conduccin ForzadaTubera de PVC de 10Nivel mximo del agua al interior de la cmara de derivacin 853.25 msnm Nivel del agua en el desarenador 845 msnmh =853.25m 845m = 8.25 mCon la Ec. Hazen-Williams se calcula la pendiente en trminos del caudal como se muestra a continuacin:

Tambin se aplica la ecuacin de continuidad para calcular la velocidad en trminos del caudal:

Ahora se puede calcular la cabeza de energa en trminos del caudal. Con h = he + hf = 8.25m

El caudal para aduccin forzada con un tubo de PVC de 10 es: 0.188 m3/s = 188 l/s

4. DISEO DEL DESARENADOR

Para economizar dinero en el tratamiento del agua y hacer que el sistema sea ms eficiente, el acueducto hace un pre-tratamiento al agua captada, donde se busca remover partculas en suspensin con la gravedad, de esta forma se evita transportar material o partculas en la conduccin y as que no lleguen al tanque de almacenamiento, planta de tratamiento y red de distribucin; la ubicacin de esta estructura debe estar a una distancia entre 50 y 300 m de la captacin, con el fin de evitar el transporte me partculas a grandes distancias, lo cual es innecesario; el funcionamiento de esta estructura se basa en la reduccin de la velocidad con que viene el agua de la aduccin, permitiendo la formacin de los lodos producto de la sedimenten de partculas grandes, para luego ser retiradas fcilmente.

Se construye dos desarenadores longitudinales, cada uno debe tener la capacidad para evacuar el caudal mximo de captacin a travs de los vertederos laterales, ya que si uno deja de funcionar o se encuentra en mantenimiento ser necesario suspender en totalidad su suministro, de esta forma el caudal llegara al otro vertedero que como ya se dijo debe operar con el caudal mximo de captacin y caudal mximo diario. A los desarenadores se les debe disear las siguientes zonas: Zona de entrada Cmara de aquietamiento Zona de sedimentacin Zona de lodos Zona de salida

Consideraciones de diseo: Qmax diario: 160 l/s Qmax captacin: 188 l/s Temperatura: 14C Arena:S =2.65d = 0.05mmR = 87.5%

4.1 Zona de EntradaEsta zona est entre la cmara de aquietamiento y el tabique de entrada, la distancia entre estos 2 elementos debe ser de 0.6m 1.0m. para el proyecto ser de 1m.

Vertedero Lateral de RebosePara determinar la longitud del vertedero se hace con la ecuacin para vertederos de pared delgada:

Teniendo en cuenta que la altura de la lmina de agua sobre la pared del vertedero debe estar entre 0,05 m y 0,2 m, tomamos Hv = 0.2m

Redondeando por razones constructivas se toma un valor de L = 1.2m, y se calcula el nuevo Hv

Valor que se encuentra en el rango admisible.

Calculo del rea de Paso para los Orificios del TabiqueTeniendo en cuenta que la velocidad de paso del agua a travs del vertedero debe estar entre 0.05 y 0.25, se seleccion una velocidad de paso Vp= 0.2m/s, con este valor, reemplazamos en la ecuacin de continuidad para obtener el rea efectiva en el tabique o pantalla.

Seleccin de la Forma y Tamao de los OrificiosPara este tabique se seleccionaron orificios circulares de 4 pulgadas de dimetro.

Clculo del rea de cada OrificioPara este caso simplemente se usa la ecuacin del rea de un crculo.

Clculo del Nmero de Orificios del Tabique:

Distribucin de orificios en filas y columnas: Sabiendo que la profundidad til (H) vara entre 1.5 y 4.5m, se asume un valor de 4m, y una altura efectiva del tabique (H) de 3.6m y un borde libreen los muros de 0.2 m, como se muestra en la siguiente figura.

Norificios= f*c 200=1.33*f2

Aunque se aproxim por debajo el nmero de columnas an se conserva la cantidad mnima de orificios con 221 de estos

Tabique del desarenador

4.2 Zona de sedimentacinDebe ser lo suficientemente larga para garantizar que las partculas puedan llegar al fondo a lo largo de la profundidad til de sedimentacin Calculo de la velocidad de sedimentacin crtica terica

Verificar el nmero de Reynolds para flujo laminar

Escoger la profundidad tilEsta profundidad debe estar entre 1.5m4.5m, para este caso se seleccion una profundidad de 4m

Calcular el tiempo de retencin terico

Clcular el tiempo de retencin realt= F*toCon t entre 0,5 y 4 horas, y teniendo en cuenta la calidad del deflector y el porcentaje de remocin seleccionado, tenemos un F= 2.75, es decir:

Clculo del volumen til

Clculo del rea superficial til

Clculo del ancho del tanqueTeniendo en cuenta que la relacin L/B tiene valores entre 3 y 5, se asume una relacin de 5.

Clculo del largo del tanque

Verificacin de la velocidad horizontal

Esta velocidad cumple con el requisito, el cual es que sea menor a 5*10-3 m/s.

Clculo de la carga superficial real

Se cumple con el rango que dice que debe de estar entre 15 y 80. Verificacin de la relacin

Se cumple con el rango que dice que debe de estar entre 5 y 25. Velocidad de sedimentacin real

Clculo del dimetro de la partcula real

Verificar el nmero de Reynolds

4.3 Zona de lodosLa conforman la profundidad til de la zona de sedimentacin y la profundidad del tanque, adems tiene pendientes longitudinal y transversal hacia la tubera de lavado o drenaje, el valor de esta pendiente debe estar entre 1% y el 8%, el valor asumido en este caso es de 8%; la profundidad de la zona de lodos debe estar entre los valores de 0.3m y 0.6m, se toma de 0.6m.

4.4 Zona de salidaEsta zona se encuentra totalmente tapada para evitar la posible contaminacin exterior, y se compone por un tabique sumergido, el vertedero de salida y el canal de recoleccin.

Altura de la alamina de agua sobre el vertedero de salida:

Calculo de la distancia entre el vertedero y el tabique de salida:Esta distancia debe estar entre 15 y 20 veces la altura de la lmina de agua sobre el vertedero.

Se elige un D = 0.8 m.

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5. DISEO DE LA CONDUCCIN

Las estructuras de conduccin son usadas para transportar por gravedad o por bombeo las aguas crudas o tratadas desde los sitios de captacin, hasta las plantas de tratamiento y/o desde las plantas de tratamiento a los tanques de almacenamiento o entre tanques de almacenamiento, sin que existan derivaciones para consumo sobre ellas. Para diseo de redes de tuberas que trabajan a presin deben definirse los siguientes parmetros que inciden en la seleccin de material de tubera: Rango de presiones y velocidades en que va a trabajar la tubera Calidad de agua que va a transportar la tubera Perdidas de carga por friccin Posibilidad de la presencia de efectos de cavitacin, golpe de ariete Condiciones de instalacin Facilidades para rehabilitacin y reparacin Facilidades de suministro de accesorios Caractersticas de suelo

5.1 Canal trapezoidal de mxima eficiencia hidrulica seccin ptimaPara el diseo de la conduccin se tendr un canal en tierra sin revestimiento de arcilla con algo de grava, con una longitud de 3.0 km desde el desarenador hasta la planta de tratamiento, el talud del canal m=1.5, su coeficiente de rugosidad es N=0.027, la infiltracin I=2.5m3/ (da*m2), el agua lleva en suspensin lodo arenoso. Velocidad mxima del agua en el canal:

Velocidad media del agua en el canal:

rea til de la seccin del canal:

Base de la seccin del canal:

Profundidad til del agua en la seccin del canal:

Permetro mojado de la seccin del canal:

Caudal de infiltracin:

Borde libre del canal:Para Qt600 l/s b=H/3 = 0.5802/3= 0.1934m, pero bmin=0.2m entonces se busca que H+b de una medida constructiva.H + b = 0.8m b = 0.2198m

Velocidad mnima del agua en el canal:

Ancho en la superficie libre del agua en el canal

Profundidad hidrulica de la seccin del canal:

Numero de Froude:

Ancho total dela excavacin para el canal:

rea total de la excavacin de la seccin del canal:

Volumen total de excavacin para el canal:

Radio hidrulico de la seccin del canal:

Pendiente del canal:

5.2 Canal abierto trapezoidal de pendiente fijaCaractersticas del canal: S=0.0009, N=0.027, mxima eficiencia m= Profundidad til:

Base del canal:

rea de la seccin:

Permetro mojado:

5.3 Conductos a Presin

Para este caso la longitud ser de 3000m y una diferencia de altura entre el desarenador y la planta de tratamiento de agua de 100m.La tubera tendr 3 quiebres durante el recorrido en los cuales se tendrn que colocar 1 ventosa y dos vlvulas de purga. Cota desarenador: 845msnm Cota planta de tratamiento: 745msnm Caudal de diseo: 160l/s Longitud: 3000m Material tubera: PVC con un C=150.Clculos: Perdidas por friccin y accesorios:Se debera aumentar la longitud de la tubera entre 1% y 4%, para este caso se utilizara un factor de 3%.

Pendiente longitudinal de la conduccin:

Calculo del dimetro requerido:Despejando la ecuacin de Hazen-Williams se obtendr el dimetro.

Como este dimetro no se fabrica comercialmente, se har la conduccin con 2 dimetros diferentes de tuberas, de 8 y de 10 pulgadas.Para esto es necesario calcular la pendiente para cada dimetro.

Para 8:

Para 10:

Ahora hay que calcular la longitud de cada tubera con un sistema de dos ecuaciones.

Resolviendo este sistema se tienen las siguientes longitudes:L8 = 341.77mL10 = 2748.23mAhora se calcularan las velocidades:

Como la velocidad en la tubera de 8 es muy alta y supera la permitida para el PVC, solo se trabajara con la tubera de 10.

GOLPE DE ARIETEEn caso de ocurrir el fenmeno de golpe de Ariete, se analiza la velocidad de la onda de Sobrepresin:

Dnde: K es el mdulo de elasticidad del aguae es el espesor de la tuberaE es el mdulo de elasticidad de la tuberad es el dimetro de la tubera

Se tomaron los siguientes datos para determinar la velocidad.Mdulo de elasticidad del agua "K" (N/m2)2027700000

Mdulo de elasticidad del material (PVC) "E" (N/m2)3080300000

Dimetro de la tubera "d" (m)0,254

Espesor de la tubera "e" (m)0,0093

Peso especfico del agua (N/m3)9798

Gravedad "g" (m/s2)9,8

ACCESORIOS DE LA CONDUCCIN Vlvulas de purga:Los dimetros de las vlvulas de purga para distintos dimetros de tubera son los siguientesDimetro de la tuberaprincipal en pulgadasDimetro de la vlvula depurga en pulgadas

3-102

12-143

16-204

24-306

32.388

40 y mayor10

Tabla 2. Dimetros de vlvulas recomendados respecto a la tubera.

Las 2 vlvulas de purga que se van a colocar sern de 2 pulgadas, las cuales se ubicarn en los puntos ms bajos de la tubera.

Vlvula de ventosa: Permiten la salida de aire con lo cual se logra evitar presiones inferiores a la presin atmosfrica, con lo cual se controla posibles efectos de cavitacin en la tubera. Se ubican en los puntos altos de la conduccin. El dimetro se selecciona de acuerdo a la siguiente expresin:

Dnde: d= Dimetro de la tubera principal (pulg). e= espesor de la tubera (pg). S= pendiente de la tubera aguas abajo.

Codos: Con la trayectoria en perfil de la conduccin, se establecen los sitios donde es necesario ubicar codos:

Hay que hallar las tres pendientes existentes de los tramos marcados:

Despus de obtener la pendiente de cada tramo se realiza la suma o diferencia de pendientes en los tramos segn el caso y se seleccionan el o los codos que sean necesarios.

6. PLANTA DE TRATAMIENTO

6.1 CoagulacinLa coagulacin es un proceso unitario el cual consiste en neutralizar la carga, por lo general electronegativa de los coloides presentes en el agua, quedando estos en condiciones de formar flculos. Este proceso se consigue introduciendo en el agua un producto qumico denominado coagulante. Durante la coagulacin se realiza la desestabilizacin de las partculas suspendidas y coloidales por medio de la remocin de las fuerzas que las mantienen separadas (por estabilidad se entiende la propiedad de las partculas a permanecer en dispersin durante mucho tiempo, mientras que la inestabilidad expresa la tendencia de las partculas a flocularse siempre que entren en contacto entre s).

MEZCLA RAPIDAEn la coagulacin se pretende mezclar el agua con sustancias coagulantes que permitan desestabilizar la electricidad de los coloides presentes, para posteriormente retirarlos y desecharlos mediante un sistema de floculacin. A continuacin se presenta una el diseo de esta parte de la planta de tratamiento para un caudal de 160 L/s, que consta principalmente de tres partes:

1. La cmara de disipacin de energa (Aquietamiento). 2. Canaleta Parshall modificada y canal del resalto hidrulico. 3. Canal entre la coagulacin y la floculacin

6.1.1 Cmara de disipacin de energa Escoger el tiempo de retencin (t): Este tiempo debe estar entre 30 y 60 segundos, por lo que tomaremos t=30s.

Calcular el volumen til de agua con el caudal de diseo:

Dnde: Q es el caudal de diseo (mximo diario) = 160 L/s = 0,16 m3/s t: Tiempo de retencin = 40 s

Escoger la velocidad media de ascenso (Va): Esta velocidad debe estar entre (0,04 0,10) m/s, se tomar el valor de 0,04 m/s.

Calcular el rea superficial a partir de la velocidad de ascenso:

Dnde: A es el rea superficial de la cmara de disipacin de energa (m2). Va es la velocidad media de ascenso (m/s). Calcular la profundidad til de la cmara:

Dnde: h es la profundidad til de la cmara, en la que se determina un valor inferior a lo recomendado (1.5m), de tal manera que se disponga de un borde libre para este caso de 0,3 m.

Dimensionar los lados de la cmara: para esto se suponen valores de L y B, los cuales deben cumplir con el rea y que sean medidas constructivas, cumplir adems la relacin (1L/B10000042

Posteriormente y con el fin de calcular el volumen necesario para incendios, se utiliza un tiempo de duracin del incendio Tincendio=3.73 horas, aunque este tiempo es un poco alto segn la recomendacin, garantizamos una mayor seguridad en caso de un incidente de grandes dimensiones.

3) Volumen necesario para incendio:

4) Determina el volumen total del tanque de almacenamiento:

5) Profundidad total del tanque de almacenamiento incluyendo el borde libre: Como se van a disear 2 tanques con el mismo volumen, el volumen de diseo ser 1137.5m3

El valor de K se seleccion de la siguiente tabla:Volumen total (m3)K (m)

0-3002

400-6001,8

700-9001,5

1000-13001,3

1400-16001

6) Borde libre:

7) Profundidad til:

8) rea superficial del tanque:

9) Dimensionar los lados del tanque:

Con L/B=1.0028

10) Pendiente del tanque hacia el desage: se escogi una pendiente del 2%

11) Dimetro de la tubera de desage: D=12 pulgadas

12) Calcular la longitud equivalente total de la tubera de desage con base en el dimetro: los valores que se van a presentar fueron obtenidos con base en una tabulacin existente de acuerdo al tipo de accesorio y dimetro de la tubera de desage.

13) Coeficiente de descarga total:

14) Tiempo de desage: este tiempo debe estar entre 2 y 4 horas

Tambin se colocar una tubera de rebose para cuando el agua llegue al mximo nivel permitido. Esta tubera se conectara con la tubera de desage por medio de un accesorio tipo t.

6.7 Red de distribucinDespus de realizar la potabilizacin del agua y de su almacenamiento en el tanque, hay que calcular la red de distribucin, para esto el objetivo ser determinar la distribucin de los Q por cada uno de los tramos de tubera para abastecer a la poblacin por medio del mtodo de Hardy-Cross. A continuacin se presenta un esquema general de la red con sus longitudes en metros (en negro) y nomenclatura de los nodos, (en rojo). Tambin se pueden observar las disposiciones de las tuberas de relleno (en negro) y sus tapones, las tuberas principales (en rojo).

Red de distribucinPara el implementar el mtodo de Hardy Cross y el diseo ptimo de la red de distribucin, es necesario conocer el caudal mximo horario, y el caudal total, que para este caso corresponde al mximo horario ms el caudal de hidrantes para incendios y el caudal de uso industrial. Igualmente para el presente proyecto se ha dispuesto utilizar tuberas de PVC en su totalidad. A continuacin se muestran estos datos de entrada:L/sm3/s

Caudal medio diario1600.16

Caudal mximo diario2240.224

Caudal mximo horario380.80.3808

Caudal de hidrantes150.015

Caudal industrial80.008

Caudal Total403.80.4038

Caudal unitario (l/s*m)0.0525965.2597E-05

Coeficiente H.W. PVC150

Longitud total de la red (m)7240

Para hallar del caudal mximo diario, se us un coeficiente de 1.4, mientras que para la el caudal mximo horario se us un coeficiente de 1.7.

HARDY-CROSSPrimero se determinaron los dimetros de las tuberas con la ecuacin de Hazen-Williams y como se conocen las alturas de los nodos, es fcil determinar la pendiente en funcin de la diferencia de alturas y la longitud de las tuberas. Se han elegido tuberas de PVC para la red de distribucin y el coeficiente de Hazen-Williams es de 150. Para establecer los dimetros iniciales de las tuberas de la red principal mediante la ecuacin ya dicha, se ingresa con los caudales supuestos inicialmente para el mtodo de Hardy-Cross. A continuacin se puede observar una muestra de clculo para la determinacin de los dimetros iniciales y los respectivos resultados en la tabla, adems se muestran las cotas de los respectivos nudos y la distribucin de caudales supuesta inicialmente:

El clculo de cada tubera se hizo como el ejemplo que se muestra a continuacin para el tramo 1-2Calcular el Hdisponible=50m 48.8m = 1.2mCalcular la pendiente S:

Calcular el dimetro por Hazen-Williams:

Este valor se acerca a la tubera comercial ms cercana por arriba, que para este caso ser de 14.Esto se hace con todos los otros tramos de la red.

Ahora es necesario conocer el consumo de cada nodo de la red, para determinar el caudal de salida en cada uno de ellos. A continuacin se presenta una muestra de clculo para el tramo 1-2, la determinacin de este consumo y los resultados para todos los nodos:

La longitud total es la suma de la longitud de tubera principal y de la longitud de tubera de relleno.

Adicionalmente se tiene que los nodos 16, 22 y 24, consumen 5L/s para hidrantes y el nodo 10 un caudal de 8L/s para industria.

Para iniciar las iteraciones por Hardy-Cross, es necesario suponer una disposicin inicial de caudales en la red de distribucin. Para este caso se han supuesto los caudales de forma analtica, interpretando una posible aproximacin a la distribucin real de caudales. Hay que tener en cuenta que para el mtodo, los caudales vienen acompaados de un signo positivo o negativo, dependiendo del sentido de circulacin del agua, para caudales que van en sentido horario, su signo es positivo mientras que para caudales en sentido anti-horario, su signo es negativo. A continuacin se ilustra la disposicin de los caudales supuestos inicialmente y los consumos en cada nodo:

Ahora es posible iniciar el mtodo conocidos los caudales iniciales y el consumo en cada nodo, dadas las longitudes de las tuberas, los dimetros hallados previamente, y los caudales iniciales para cada tubera, se calcular la pendiente de la lnea piezomtrica. El clculo de la pendiente se desarrolla en base a la ecuacin de Hazen-Williams:

Conocido el valor de la pendiente piezomtrica para cada tubera, se calcular las prdidas de carga que estarn acompaadas del mismo signo asignado al caudal de la tubera correspondiente.

Donde S es la pendiente piezometrica y L la longitud de la tubera, luego se calcular la relacin H/Q de cada tubera, que permitir hacer las correcciones debidas para cada iteracin.

Para este caso se determina un factor de correccin de caudal para cada red principal. Los nuevos caudales se corrigen de la siguiente manera:

Para tramos comunes

Se asume que el sistema converge cuando la sumatoria de las prdidas tiende a 0. A continuacin se muestran las tablas resultantes de aplicar el mtodo de Hardy-Cross a la red planteada:

Despus de nueve iteraciones el las perdidas mximas son de 0.001, por lo que podemos decir que el sistema ya convergi y sus caudales se muestran a continuacin en L/s.

RECOMENDACIONES

Las plantas de tratamiento de agua potable son estructuras que son muy importantes para una poblacin por lo que hay que mantenerlas en buen estado y hacerles mantenimiento constantemente, ya que sin sistemas de acueducto y alcantarillado las sociedades actuales no podran existir.Tambin es necesario revisar las redes de distribucin, pues muchas veces hay perdidas del este lquido por tuberas deterioradas.

BIBLIOGRAFA

CHOW, Ven Te. Open Channel Hydraulics. Primera edicin. Editorial Mc Graw Hill. New York, 1994.

CORCHO ROMERO, Freddy Hernn. Acueductos, Teora y Diseo. Editorial Universidad de Medelln, 1993.

LPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseo para acueductos y alcantarillados. Segunda edicin; Editorial Escuela Colombiana de Ingeniera. Colombia, 2003.

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONMICO (2000). Reglamento Tcnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Bsico (RAS 2000).