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7/25/2019 Calculo de Las Estructuras
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Dotacin total acorde a la literatura
Ducha 27.6 l/hab/da
Sanitario 35.67 l/hab/da
Lavado de manos 6.02 l/hab/da
Lavado de platos 27.88 l/hab/daAseo y vivienda 21.17 l/da
Consumo propio 6 l/hab/da
Lavado de ropa 45.89 l/hab/da
Consumo en la vivienda 170.23 l/hab/da
Para el consumo en el sitio de trabajo se descuenta lo correspondiente a lo siguiente
Ducha 27.6 l/hab/da
Aseo vivienda 21.17 l/hab/daLavado de ropa 45.89 l/hab/da
Suma 94.66 l/hab/da
Consumo de las personas
permanentes en el sitio de trabajo
considerando restaurante en el mismo
75.57 l/hab/da
SISTEMA DE ACUEDUCTO
PARQUE INDUSTRIAL COPACABANA
MUNICIPIO DE COPACABANA
MEMORIAS DE CLCULO HIDROSANITARIO
DOTACIN
Para la dotacin adoptaremos el siguiente anlisis; al llegar al parque industrial las
personas ya han realizado las actividades bsicas (uso de la ducha, del inodoro, etc.)que requieren consumo de agua en sus viviendas. Entonces se halla la dotacin
para el proyecto restando de la dotacin total percapita que se halla en los textos,
el consumo de las actividades bsicas de las personas.
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Para las personas transitorias 47.69 l/hab/da
Poblacin permanente 200 personas permanente
Poblacin transitoria 300 personas transitorias
Dotacin poblacin permante 75.57 l/persona/da
Dotacin poblacin transitoria 47.69 l/persona/daCaudal para procesos industriales 100000 l/s
Caudal medio diario Q medio (l/s) = 1.50 l/s
Caudal mximo diario QMD(l/s) = 1.80 l/s
1. Diseo de los vertederos
2.00 m
Qmax de la fuente 400.00 l/s
Qmedio de la fuente 32.00 l/s
Qminimo de la fuente 18.00 l/s
1.1 Diseo del vertedero central o de aguas medias
Qmedio 32.00 l/s
H 0.04 mH 4.23 cm
1.00 m
Velocidad con que fluye el agua sobre
el vertedero0.76 m/s Aceptable
Datos de campo de la fuente superficial
El caudal ha usar en la expresin es el caudal medio
Se adopta el ancho del vertedero de aguas medias
Ancho de fuente en el sitio de captacin
Clculo de la lmina de agua
Se usa la siguiente expresin (Frmula de Francis)
CAPTACIN
=
1.84
=
=
1.84
=
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H1 0.10 m
L1 1.00 m
Capacidad de descarga del vertedero
223.33 l/s
1.2 Clculo de la carga de diseo
Se usa
Qdiseo 1.50 l/s
Hdiseo 0.0087 m
Hdiseo 0.87 cm
1.3 Clculo de la carga asociada al caudal mnimo
Se usa
Qmnimo de la fuente 18.00 l/s
Hmnimo 0.0457 m
Hmnimo 4.57 cm
Condicin que garantiza la captacin
del caudal de diseocumple
1.4 Diseo del vertedero de crecientes
Entonces la capacidad de descarga del vertedero es:
Se definen como medidas para el vertedero las siguientes
La carga que el caudal mnimo de la fuente superficial crea
sobre la cresta del vertedero ser:
El ancho del vertedero se asume menor al ancho de la fuente
superficial
La carga que el caudal requerido crea sobre la cresta del
vertedero ser:
<
= 1.84
= 1.84
=
1.84
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L2 1.60 m
Q2 176.67 l/s
H2 0.1533 m
H2 0.20 m
H2 0.20 m
L2 1.60 m
2. Clculo del rea de captacin
Ecuacin de un orificio sumergido
Cd 0.61
Hdiseo 0.8719 cmQc 1.50 l/s
Ac 59.37 cm2
El caudal de descarga sobre el vertedero es la diferencia entre
el caudal mximo de la fuente y el caudal de descarga en el
vertedero de aguas medias
Entonces la carga sobre el vertedero es
Se escoge el siguiente valor por razones prcticas de
construccin
Se definen como medidas para el vertedero las siguientes
Con base en la ecuacin de un orificio sumergido puede
deducirse el valor del rea de captacin "Ac"
Para definir las dimensiones de la rejilla de captacin se
procede asi:;
= 2 = 2
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0.30 m0.20 m
0.10 m
1.27 cm = 1/2"
1.05 cm
10.00 cm
10.50 cm2
Nmero de espacios 5.65 espacios
Se redondea a 7 espacios
Nmero de barras, "Nb" 6 barras
Longitud de la rejilla,"L" 14.97
30 cm
Se verifica que la longitud de la rejilla
sea menor que el ancho del vertedero
de aguas medias
cumple
2.1 rea neta de captacin
Acaptacin 0.0140 m2
3. Dimensionamiento del canal recolector
3.1 Ancho del canal
Ancho o dimetro de la barra
Espacio entre barras
Longitud de las barras
rea (espacio) entre barras, "a"
Clculo del nmero de espacios requeridos
Se coloca una rejilla con 14 espacios de 1.05 cms y 12 barras
de 1/2"
Se define el ancho de la corona de los vertederos
Definido el ancho de la corona de los vertederos se puede
adoptar un ancho para la rejilla
Se define un ancho de rejilla
Se definen las caracteristicas de los barrotes:
Se adopta una longitud "L", por razones prcticas
Se define el ancho de la corona del dique
>
=
= 1
= +
>
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Donde
Vr
xs
Vr 0.57 m/s
H 0.0087 m
xs 0.27 m
Donde
xi
xi 0.15 m
B 0.30 m
3.2 Profundidad del canal
he 0.0136 m
El ancho del canal de aduccin se calcula a partir de las
ecuaciones del alcance parablico de un chorro
La profundidad depende de los niveles de agua aguas arriba y
aguas abajo del canal
Nivel aguas abajo del canal
Velocidad sobre la rejilla
Distancia mxima horizontal de proyeccin
del chorro
Distancia mnima horizontal de proyeccin
del chorro
Se define las siguiente dimensin para el ancho B, del canal de aduccin
= 0,36 + 0,60 /
= 0,18 + 0,74/
= =
/
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Donde
Lc Longitud del canal
i Pendiente del canal
Lc 1.15 m
i 2.80 %
Reemplazando
ho -0.00195 m
0.10 m
Altura del canal aguas arriba 0.09805 m
Altura del canal aguas abajo (se
incrementa lo que baja por la
pendiente)
0.13 m
Altura del canal de aduccin
Se deja un borde libre de
La pendiente se adopta segn lo recomienda la literatura para
lograr la autolimpieza de arenas y material particulado grueso
Nivel aguas arriba del canal
La longitud del canal considerando la geometra del sistema
de captacin es: El ancho de la fuente es de 2,0 metros, es
decir, del eje de la fuente a la orilla donde se hubicar la caja
de derivacin hay 1,0 metro, y a ese metro se le suma lamitad de la longitud de la rejilla, es decir, del eje de la rejilla al
lado opuesto de la orilla donde se ubicar la caja de
derivacin; con estas consideraciones la longitud del canal de
derivacin es:
= 2 +
3
/
2
3
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Borde libre 0.07 m
Altura del canal de aduccin 0.20 m
3.1 Velocidad del agua al final del canal de aduccin
Ve 0.37 m/s
Ve Cumple
4. Clculo de la altura de los muros de contencin
Garganta vertedero de aguas mximas 0.20 m
Garganta vertedero de aguas medias 0.10 m
Garganta vertedero de caudal de
diseo0.01 m
Altura para el canal de aduccin 0.20 m
Altura requerida para ubicar el tubo de
desage del dique. Se asume un tubode 6"
0.15 m
Altura de los muros 0.66 m
Se adopta 0.70
5. Diseo de la cmara de recoleccin
5.1 Distancia mxima horizontal de proyeccin del chorro
La altura de de los muros del dique estn en funcin de las
Para el dimensionamiento tambin se usan las ecuaciones del
tiro parablico, pero se usa la velocidad al final del canal de
aduccin, y el valor de H es el de he
La velocidad debe estar entre 0,3 m/s y 3,0 m/s
Por lo anterior el canal de derivacin se puede conformar con
=
= 0,36 + 0,60 /
=
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xs 0.24 m
5.2 Distancia mnima horizontal de proyeccin del chorro
xi 0.13 m
5.3 Altura de la cmara de derivacin
Tirante de agua en la cmara 0.30 m Adoptado
H 0.73 m
Longitud 0.50 m
Ancho 0.50 m
Altura de la cmara 0.73 m
6. Clculo del caudal de excesos
Para efectos prcticos se adopta las siguientes dimensiones
para la cmara
El clculo del caudal de excesos no se hace con el caudal
mximo de la fuente superficial, ya que cuando este se
presenta es una condicin espordica. Por lo tanto se calcula
con el caudal medio
En la cmara de derivacin la altura del tirante de agua debe
ser tal que venza las prdidas en la tubera que de la cmara
va al desarenador, tubera de aduccin; en este caso en
particular el desarenador estar adyacente a la cmara de
derivacin, por lo tanto las prdidas son menores. Se adoptaun valor de 30 centmetros para el tirante de agua y luego se
verifica que s cumpla la condicin.
Con el tirante de agua adoptado y la altura de los vertederos
de aguas medias, de aguas mximas, y la altura aguas abajo
del canal de derivacin se obtiene la profundidad total H de la
cmara de derivacin
= 0,18 + 0,74/
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Lmina de agua sobre la garganta para
el caudal medio
0.07 m
Caudal captado Qcaptado
Cd 0.61
Aneta 0.0140 m2
Qcaptado 9.8006 l/s
Caudal de excesos
Qexcesos 8.30 l/s
Longitud de vertedero de excesos, L,
definida en las dimensiones adoptadas
para la cmara de derivacin
0.50 m
Hexcesos
Hexcesos 0.0433 m
Vexcesos
Vexcesos 0.38 m3/s
Las condiciones en el vertedero de excesos sern:
=
1.84
= 2
=
=
=
1.84
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xs 0.29 m
Por lo tanto el ancho en la direccin
del flujo de la fuente superficial de la
cmara recolectora del caudal de
excesos es de
0.30 m
Las dimensiones finales de la cmara
son:
Longitud 0.80 mAncho 0.50 m
Altura de la cmara 0.73 m
1. Parmetros de diseo
Caudal de Diseo, Q 1.50 l/s
Remocin mxima tcnica adoptada 87.50% %
Dimetro de partculas a remover adoptada 0.005 cm
Temperatura promedio del agua en C 22oC
2. Calculo de la velocidad de sedimentacin = Vs
Donde :
g = Gravedad (cm/s) 981 (cm/s)
Ws = Peso especifico de las partculas 2.65 gr/cm
W = Peso especifico del agua 1 gr/cm
= Viscosidad cinemtica del agua centgrado 0.00957
d = Dimetro de las partculas 0.005 cm
La pared aguas abajo despus del vertedero de excesos se
ubica segn la dimensin calculada con la ecuacin de tiro
parbolico
DESARENADOR
=
18
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0.235 cm/s
3. Clculo del perodo de retencin
3.1 Profundidad til
3.2 Tiempo de caida
Vs = H / t
Donde :
H = Profundidad til 70 cm
t = Tiempo que tarda la partcula para tocar fondo (s)
3.3 Tiempo de retencin
t = H/Vs = 297.87 segundos
4. Capacidad del desarenador, C
Relacin a/t
Donde :
a = Perodo de retencin
Para desarenadores con buenos
deflectores se escoge a/t =2.75
De donde al reemplazar se obtiene
a 819.14 seg
a 0.23 horas
Entonces la capacidad del desarenador es:
C = 1.227 m
Segn Flinn-Weston & Bogert, para desarenadores con buenos deflectores y con
porcentaje de remocin de partculas de 87,5 % la relacin a/t es 2,75
Se adopta una profundidad til de 1.2 m (mnimo recomendado para no producir
perturbaciones)
=
18
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5. Superficie del desarenador
Area superficial = As
As = C / H
As = 1.75 m
6. Clculo de las dimensiones del desarenador
Llamamos
x = ancho
y = largo
Luego se tiene
y = 4 * x
0.66 m
Por lo tanto las dimensiones del desarenador son :
Ancho 0.66 m
Largo 2.65 m
Altura til 0.7 m
Borde libre 0.2 m
Altura para almacenamiento de lodos 0.3 m
Altura total 1.2 m
7. Carga hidrulica superficial
La carga hidrulica superficial de este tanque es:
73.95 m3/m2/d
15 < q < 80 CUMPLE
8. Velocidad de traslacin vs. Velocidad permitida
Velocidad de traslacin = Vt
Experimentalmente se ha encontrado que la mejor relacin largo ancho es de 4:1
=
4
=
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Vt = Q/Atransversal 0.00324 m/s
La velocidad mxima permitida es de 20 veces la velocida de asentamiento
Velocidad mxima permitida =20*Vs 0.047 m/s
Luego se cumple que:Vt < velocidad mxima permitida
9. Zona de entrada
Velocidad a traves de los orificios
(asumida) 0.2 m/s
Area requerida de orificios 0.0074896 mDimetro de los orificios adoptado 0.5 pulg
Area por orificio 0.0001267 m
No de orificios 59
Separacin entre ejes de orificios 0.04 m
Nmero de orificios por hilada 16.5
Nmero de hiladas requerida 3.58
Se adoptan 4 hiladas
Nmero de orificios totales 66
Por facilidad constructiva se usa cuatro filas de 18 de 1/2" orificios cada una
10. Calculo de la zona de salida :
hv 1.15 cm
donde
h = espesor de lamina vertiente
El vertedero de salida se disea utilizando la formula de Francis, para vertederos de
cresta ancha
El vertedero de salida se ubicara en forma tal que la direccin de flujo se invierta.
Se utilizar una canaleta con perforaciones tal que la velocidad de paso, a travs de
ellos sea menor o igual a 0,2 m/s
=
1.84
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L = ancho del desarenador
Velocidad sobre el vertedero 0.20 m/s
Ancho de la canaleta de salida, xs
Para su calculo se usa la ecuacin del alcance parablico
0.17 m
Se adopta un ancho igual a 0.2 m
11. Zona de lodos
Se usar una tolva de doble pendiente en el sentido longitudinal
V tolva 0.24 m
rea mayor 1.75 m2
rea menor 0.01 m2
Altura de la tolva 0.38 m
12. Lavado y rebose :
Se usara tubera pvc unin mecnica RDE 26 = 2 pulgadas
Poblacin permanente 200 personas permanente
Poblacin transitoria 300 personas transitorias
Dotacin pobl permante 75.57 l/persona/da
Dotacin pobl transitoria 47.69 l/persona/da
Caudal para procesos industriales 100000 l/s
Se deja en el fondo de la tolva un ancho de 0.1 m para instalacin de la tubera de
evacuacin de lodos, por lo tanto la tolva sera trapezoidal con las siguientes
dimensiones
El volumen de la tolva de lodos debe ser como mnimo 0.20 veces el volumen de la
zona de sedimentacin
BOMBEO Y CONDUCCIN
=
= 0,36 + 0,60 /
=
3 + +
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Q medio (l/s) = 1.50 l/s Caudal medio diario
QMD(l/s) = 1.80 l/s Caudal mximo diario
Hss(m) = 1.5 Altura esttica de la succin
Hsi(m) = 30 Altura esttica de la impulsin
LTs(m) = 1.5 Longitud de la tubera de succin
LTi (m) = 377.96 Longitud de la tubera de impulsin
1. CALCULO DEL DIMETRO DE LA SUCCIN
Segn el RAS, las velocidades mximas en la succin dependen del dimetro segn la siguie
tabla
(pulg) v (m/s)
2 0.75
3 1.00
4 1.30
6 1.45
De la ecuacin de continuidad se tiene:
Con Q (l/s) 0.00
Adoptando diferentes velocidades ajustamos el dimetro:
V (m/s) (m) (pulg)
0.75 0.06 2.17
1.00 0.05 1.88
1.30 0.04 1.65
1.45 0.04 1.56
Se adopta un dimetro de 3", con lo que la velocidad queda de:
VQ
**4
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3 pulgadas
V 0.33 m/s
2. CALCULO DEL DIMETRO DE LA IMPULSIN
Segn el RAS la velocidad en las tuberas de impulsin deben de estar entre 1.0 y 3.0 m/s.
De la ecuacin de continuidad se tiene:
Q (l/s) = 1.80
Se adopta una velocidad de 1.00 m/s, para calcular el dimetro
V (m/s) = 1
(pulg) = 1.88
Se aproxima el dimetro de la impulsin a 2" y se verfica la velocidad.
(pulg) = 2.00
V (m/s) = 0.74
3. CLCULO DEL NPSH DISPONIBLE.
ALTURA DINMICA DE SUCCIN
Prdidas locales en los accesorios
Coeficiente para prdidas locales
La velocidad es men
establecida en el RAS.
La velocidad esta muy prxima al ni
dado por el RAS, se puede aceptar
La bomba proyectada es una bomba centrifuga, con cabeza de succin de 1.50 m y una rejillacoladera
V
Q
*
*4
V
Q
*
*4
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Accesorios (pulg)
Rejilla con coladera 3 20
Codo de 90o
3 2.1
Sumatoria de coeficientes 22.1
Cabeza de velocidad, V2/(2*g) =
V /(2*g) = 0.006hls(m) = 0.12
Prdidas por friccin en las tuberas.
C = 140
(pulg) = 3
Sf(m/m) = 0.002
Longitud tuberia 1.5
Hfs(m) = 0.00278357
Cabeza dinmica de la succin
Prdidas en accesorios (m) = 0.12
Prdidas en tuberas (m) = 0.00278
Cabeza de velocidad, V /(2*g) = 0.006
Altura esttica de succin = 1.5
Cabeza dinmica de la succin Hds(m) = 1.63
Altura snm= 1600 Altura sobre el nivel del mar de la lo
PA/=
Pv/= Presin de vapor a la temperatura del sitio consid
Presin baromtrica en el sitio (10.33 - 1.2/100
metro sobre el nivel del mar del sitio considerado)
54.01
63.2**2785.0
C
QSf
8.136.0 dsVA HPP
NPSH
54.01
63.2**2785.0
C
QSf
8.136.0 dsVA HPP
NPSH
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Hds= Cabeza dinmica de succin
0.36 = Factor para corregir posibles depresiones barom
1.8 = Factor para corregir posibles vacios imperfectos d
Pv/(T20o) = 0.26
NPSH (m)= 4.36
4. ALTURA DINMICA DE IMPULSIN
La bomba a disear es una bomba centrifuga
Prdidas locales en los accesorios
Coeficiente para prdidas locales
Accesorios (pulg) Cant idad k Total
Vlvula retencin 1 1 3.2 3.2
Vlvula compuerta 1 1 0.2 0.2
Codo de 90o
1 4 0.8 3.2
Codo de 45o
1 6 0.4 2.4
Tee paso directo 1 1 0.5 0.5
Tee salida lateral 1 1 1.7 1.7
Sumatoria de coeficientes 11.2
Cabeza de velocidad, V /(2*g) =
V /(2*g) = 0.028
hls(m) = 0.31
Prdidas por friccin en las tuberas.
C = 140
(pulg) = 2.00
Sf(m/m) = 0.019
Longitud tuberia 377.96
Hfs(m) = 7.08
54.01
63.2**2785.0
C
QSf
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Cabeza dinmica de la impulsin
Prdidas en accesorios (m) = 0.31
Prdidas en tuberas (m) = 7.08
Cabeza de velocidad, V2/(2*g) = 0.028
Altura esttica de impulsin = 30.00
Cabeza dinmica de la impulsin Hds(m) = 37.42
5. CABEZA DINMICA TOTAL
Es la suma de las cabezas dinamicas de la succin ms la impulsin.
HDT (m) = 39.05
6. POTENCIA DE LA BOMBA.
P (HP) = 1.40
Se especifica una bomba con una potencia de 2.0 caballos de fuerza.
75
*HQP
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