CAPITULO 4 PRESENTACION.pdf
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CAPITULO 4CAPITULO 4
DATOS BASICOS DE DATOS BASICOS DE PROYECTO
CATEDRATICO: CATEDRATICO: M CM C RICARDO A CAVAZOSRICARDO A CAVAZOSM.CM.C. . RICARDO A. CAVAZOSRICARDO A. [email protected]@uanl.edu.mx
4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS 4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS Y PERIODO DE DISEÑO
Los elementos del sistema deabastecimiento de agua potable seproyectan con la capacidad prevista paradar servicio durante un lapso futuro despuésdar servicio durante un lapso futuro despuésde su instalación que se denomina periodode diseño.
4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS Y PERIODO DE DISEÑO
Período de diseño:“El número de años durante el cual el sistemaque se proponga será adecuado paraque se proponga será adecuado parasatisfacer las necesidades de una comunidad.”
El periodo de diseño en general es menor que lavida útil o sea el tiempo que razonablemente seespera que la obra sirva a los propósitos sin tenerespera que la obra sirva a los propósitos sin tenergastos de operación y mantenimiento elevadosque hagan antieconómico su uso o querequieran ser eliminadas por insuficientesrequieran ser eliminadas por insuficientes.
La vida útil de las obras depende de últi l f t t l l l á múltiples factores, entre los cuales los más
importantes son los siguientes:
a) Calidad de la construcción y de los materialestili d l j ió d l butilizados en la ejecución de la obra.
b) Calidad de los equipos electromecánicos y decontrolcontrol.
c) Calidad del agua a manejar.d) Di ñ d l i td) Diseño del sistema.e) Operación y mantenimiento.
Por otra parte para definir en forma adecuada el período de diseño es adecuada el período de diseño, es necesario considerar los siguientes factores:factores:
1. La vida útil de las estructuras y equipos tomando en cuenta el equipos, tomando en cuenta el estado en que se encuentran y lo obsoleto que lleguen a ser.
2. La facilidad o dificultad para ampliar las obras existentes o planeadas.p
3. Previsión de los crecimiento urbanos, comerciales o industrialesindustriales.
Por otra parte para definir en forma adecuada el período de diseño es adecuada el período de diseño, es necesario considerar los siguientes factores:factores:
4. Tasas de interés sobre los adeudos.5. Las condiciones propias del crédito en cuanto a la
duración del mismo.6 Comportamiento de 6. Comportamiento de
las obras durante los primero años, cuando no estarán operando no estarán operando a toda su capacidad.
Cuadro 4.1.1 Vida de diversos elementos de un sistemade Abastecimiento de Agua Potable
ELEMENTOS VIDA UTIL (AÑOS)
de Abastecimiento de Agua Potable
( )1. Pozos excavados 302. Pozo perforado sin pantalla (filtro) 203. Pozo perforado con pantalla (filtro) 104. Motor diesel rápido 105. Motor diesel lento 155. Motor diesel lento 156. Bomba tipo pozo profundo 157. Bomba centrifuga, horizontal 188. Bomba de pistón 209. Bomba sumergible 810. Edificio permanente 4010. Edificio permanente 4011. Tanque de almacenamiento de concreto o mampostería
40
Cuadro 4.1.1 Vida de diversos elementos de un sistemade Abastecimiento de Agua Potable
ELEMENTOS VIDA UTIL (AÑOS)
de Abastecimiento de Agua Potable
12. Tubería de concreto reforzada canales de concreto reforzado
40
13. Líneas y tuberías de acero recubiertas y tuberías de t f d
25concreto reforzadas14. Líneas y tuberías de acero sin recubrir 20 15. Tubería de asbesto-cemento. IPVC 2016. Tuberías de fierro fundido secundarias 1517. Equipo de filtración ablandamiento y desinfección sección
15
18. Válvulas de compuerta, globo, etc. 1519. Medidores de agua, instrumentos de medición y accesorios
8accesorios20. Motor eléctrico 2021. Arrancador eléctrico 1522 T d b t i i t d b 20
CUADRO 4 1 2 PERIODO DE DISEÑO CUADRO 4.1.2 PERIODO DE DISEÑO PARA DIFERENTES POBLACIONES
LOCALIDADES PERIODO DE DISEÑO1. Menor de 4,000 hab. 5 años2. De 4,000 a 15,000 hab. 10 años3. De 15,000 a 70,000 hab. 15 años4 M 70 000 h b 20 ñ
En caso de ser posible, el diseño de las obras es
4. Mayor a 70,000 hab. 20 años
conveniente hacerlo por módulos con el fin dediferir las inversiones el mayor tiempo posible, almismo tiempo que se logra disponer demismo tiempo que se logra disponer deinfraestructura con bajos niveles de capacidadociosa en el corto plazo.
4.2 POBLACIÓN DE 4.2 POBLACIÓN DE PROYECTO
En general, el diseño de un sistema deabastecimiento de agua potable, se basa eng puna estimación de la población futura a laservirá, denominada población de proyecto;
t ú d h bit t d leste número de habitantes corresponde alque se tendrá al último día del período dediseño que se fijódiseño que se fijó.
MODELO ARITMÉTICOEl modelo aritmético tiene como característica unincremento de población constante parai t d ti i l
MODELO ARITMÉTICO
incrementos de tiempo iguales.
Ka= P2 –P1
P = Población de proyecto
P1= Población penúltimo dato censal
P2 = Población inicialt2 – t1 T = Año de proyecto
t2 = Año población inicial
K Ct I t d bl ióPara un tiempo T cualquiera se tiene la ecuaciónlineal.
Ka = Cte. Incremento de población
P=P2+Ka(T-t2)
Donde el subíndice “2” se considera para los datosiniciales (P2, población inicial en el tiempo t2).
EJEMPLO 4.2.1EJEMPLO 4.2.1
Dados los siguientes datos censales, determinar la población al año 2000:
AÑO POBLACIÓN
población al año 2000:
1970 19,2901980 22,7621990 27,3141990 27,314
MODELO GEOMÉTRICOMODELO GEOMÉTRICO
El modelo geométrico de crecimiento depoblación se caracteriza por tener una
l id d d i i t di t tvelocidad de crecimiento directamenteproporcional al valor de la población en cadainstante de tiempo.
KG= Cte. de crecimiento poblacionalP1= Población penúltimo dato censal t1= Año penúltimo dato censal
KG= Ln P2 –LnP1/(t2-t1)… (4.7 )
p
t1= Año penúltimo dato censalP= Población de proyectoP2= Población último dato censalt Añ últi l
LnP= LnP2 + KG (T- t2)… (4.8)
t2= Año último censalT= Año de proyecto
MODELO GEOMÉTRICO(MÉTODO DE INTERÉS COMPUESTO)COMPUESTO)
La ec. 4.8 puede escribirse de la siguientemanera: Ln P= Ln P0 + KG t donde P0 es lamanera: Ln P Ln P0 + KG t, donde P0 es lapoblación cuando t=0. Tomando antilogaritmosse obtiene:P0=e^KG tSi e^KG se representa como (1+i) entoncesq eda como sig e:
P = Po( 1+i )^t ....(4.10)t
P0 = Población inicialP = Población de proyectoi = Tasa de incremento
queda como sigue:
i = P/P0 - 1i = Tasa de incrementot = Intervalo de tiempo para proyección
de población
EJEMPLO 4.2.2EJEMPLO 4.2.2
A partir de los datos censales del ejemplo 4.2.1, calcular la población para 2010 con el modelo
AÑO POBLACIÓN
calcular la población para 2010 con el modelo geométrico.
1970 19,2901980 22,7621990 27,3141990 27,314
EJEMPLO 4.2.2Solución:Nuevamente se toman los dos últimos censos como datos a sustituir
EJEMPLO 4.2.2
en la ec. (4.7)
Kg (1980-1990) = Ln 27314 – Ln22762 = 0.01823 y de la ec. (4.8)g ( ) y ( )1990 - 1980
EJEMPLO 4.2.2Solución:Nuevamente se toman los dos últimos censos como datos a sustituir
EJEMPLO 4.2.2
en la ec. (4.7)
Kg (1980-1990) = Ln 27314 – Ln22762 = 0.01823 y de la ec. (4.8)g ( ) y ( )1990 - 1980
Ln P1990 + Kg (2010 – 1990)
Ln P2010 = Ln 27314 + 0.01823 (2010 - 1990) = 10.57975Ln P2010 Ln 27314 0.01823 (2010 1990) 10.57975
EJEMPLO 4.2.2Solución:Nuevamente se toman los dos últimos censos como datos a sustituir
EJEMPLO 4.2.2
en la ec. (4.7)
Kg (1980-1990) = Ln 27314 – Ln22762 = 0.01823 y de la ec. (4.8)g ( ) y ( )1990 - 1980
Ln P1990 + Kg (2010 – 1990)
Ln P2010 = Ln 27314 + 0.01823 (2010 - 1990) = 10.57975Ln P2010 Ln 27314 0.01823 (2010 1990) 10.57975
P2010 = e^10.57975 = 39,330 habitantesA b i l (4 8) l (4 10) d l d l Ambas expresiones, la (4.8) y la (4.10) corresponden al modelo geométrico de crecimiento, aunque comúnmente se ha aceptado el referirse a la expresión (4.10) como método de interés compuesto.
EJEMPLO 4.2.3EJEMPLO 4.2.3
A partir de los siguientes datos censales, calcular la población para 2010 con el modelo geométrico
AÑO POBLACIÓN
población para 2010 con el modelo geométrico (método de interés compuesto).
1970 172,0001980 249,0001990 292,0001990 292,000
Recordando…
P = Po( 1+i )^t ....(4.10)t
P0 = Población inicialP = Población de proyectoi it
i = P/P0 - 1i = Tasa de incrementot = Intervalo de tiempo para proyección
de población
i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000
Esto es, 3.768% anual. Para el siguiente periodo…
i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000
Esto es, 3.768% anual. Para el siguiente periodo…
i80-90 = 10 292000 - 1 = 0.0160249000
Esto es, 1.60 % anual
i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000
Esto es, 3.768% anual. Para el siguiente periodo…
i80-90 = 10 292000 - 1 = 0.0160249000
Esto es, 1.60 % anual
Una tasa promedio anual será
Ianual= (3.768 + 1.60)/2 = 2.684 %
Con estas tasas, se obtiene la población para 2010:
P 292000 (1 0 02684) (2010 1990)P2010= 292000 (1 + 0.02684)^(2010-1990)
P2010 = 495951 hab.
PROYECCIONES DE POBLACIÓN POR LOCALIDAD, CONAPO
4.3 USOS DEL AGUA
Generalmente,las aguas se
CORRIENTE SUPERFICIAL ACUIFERO
TRANSFERENCIADE OTRAS CUENCAS
las aguas seclasifican,según el uso,
TRATAMIENTO
DESCARGA DE AGUAsegún el uso,en aguas deuso doméstico,
USO DOMESTICO
USO PUBLICO
DESCARGA DE AGUA
comercial,industrial,
úbli
USO COMERCIAL
USO INDUSTRIAL
REUSO
público y parala agricultura.
PRIMARIOSECUNDARIATERCIARIODESALACION
TRATAMIENTO Y REUSO DE AGUA
DESCARGA DE LA
CIUDAD
4.3.1 CONSUMOS4.3.1 CONSUMOS
Los consumos de agua varían con los países eincluso con las regiones; así en las ciudades seconsume mayor cantidad que en las zonas rurales.E ífi t l f t d t i lEspecíficamente, los factores que determinan elconsumo son los que se describen a continuación.
Cantidad de agua disponible. Tamaño de la población. Características de la población. Clima. Nivel económico Nivel económico.
4.3.1 CONSUMOS4.3.1 CONSUMOS
Los consumos de agua varían con los países eincluso con las regiones; así en las ciudades seconsume mayor cantidad que en las zonas rurales.E ífi t l f t d t i lEspecíficamente, los factores que determinan elconsumo son los que se describen a continuación.
Existencia de alcantarillado. Clase de abastecimiento. Calidad de agua. Presión en la red. Control de consumo Control de consumo.
4.3.1 CONSUMOS4.3.1 CONSUMOS
CONSUMOS PROMEDIO SEGÚN SU USO (EN L)CONSUMOS PROMEDIO SEGÚN SU USO (EN L)Para bebida, cocina y limpieza De 20 a 30Descarga de muebles sanitarios De 30 a 45
Para baño de regadera De 20 a 30TOTAL De 70 a 105
***A lo anterior se le debe agregar el lavado de coches (20 a 200 L por vehículo), riego de patios y jardines en caso de que se tengan (1 a 7 L por m2) y el uso de aire acondicionado (100 a 500 L por habitante).
4.3.2 DOTACIÓN4.3.2 DOTACIÓN
Se entiende por “dotación” la cantidad de agua que se asigna a cada habitante y que comprende todos los consumos de los servicios que se hacen en todos los consumos de los servicios que se hacen en un día medio anual, incluyendo pérdidas (dotación en L/hab./día).
ÚNÚMERO DE HABITANTES
CLIMACálido Templado Frío
2,500 a 15,000 150 125 10015,000 a 30,000 200 150 10030,000 a 70,000 250 200 175
70,000 a 150,000 300 250 200Mayor de 150,000 350 300 250
4.3.3 VARIACIONES
COEFICIENTES DE VARIACIÓN
4.3.3 VARIACIONES
COEFICIENTES DE VARIACIÓN
Se derivan de la fluctuación de la demanda Se derivan de la fluctuación de la demanda debido a los días laborables y otras actividades. Los requerimientos de agua para
i t d di t ib ió t t un sistema de distribución no son constantes durante el año, ni durante el día, sino que la demanda varía en forma diaria y horaria. y
4.3.3 VARIACIONES
COEFICIENTES DE VARIACIÓN
4.3.3 VARIACIONES
COEFICIENTES DE VARIACIÓN
El Instituto de Tecnología del Agua propone El Instituto de Tecnología del Agua propone los siguientes valores:
CONCEPTO VALORCoeficiente de Variación Diaria
(CVD)1.40
(CVD)Coeficiente de Variación Horaria
(CVH)1.55
(CVH)
4.3.3 VARIACIONES4.3.3 VARIACIONES
COEFICIENTES DE VARIACIÓNCOEFICIENTES DE VARIACIÓN
De acuerdo a los lineamientos Técnicos de la CNA, seC ,tienen los siguientes valores de los coeficientes devariación:
CONCEPTO VALORCONCEPTO VALORCoeficiente de Variación Diaria
(CVD)1.20-1.45
Los valores comúnmente usados para proyecto en la
Coeficiente de Variación Horaria (CVH)
1.50-2.00
Los valores comúnmente usados para proyecto en laRepública Mexicana son: CVD = 1.2 y CVH = 1.5
4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑO
VOLUMEN MEDIO ANUALVOLUMEN MEDIO ANUALVma = D*P*365/1000
Donde:Vma = Es el consumo medio anual en m3D = Es la dotación en L/hab/día yD Es la dotación en L/hab/día yP = Es el número de habitantes
4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MEDIO DIARIO ANUAL
4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MEDIO DIARIO ANUALQm= D*P/86,400 (L/s)Donde 86 400 son los segundos que tiene unDonde 86,400 son los segundos que tiene undía.
4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑOVOLUMEN MEDIO DIARIO ANUALVOLUMEN MEDIO DIARIO ANUAL
El consumo medio diario anual (Vmd) en m3,es por consiguiente:es por consiguiente:
Vmd = D* P/1000 (m3/día)
Donde:Vmd = Es el consumo medio diario anual en m3Vmd = Es el consumo medio diario anual en m3D = Es la dotación en L/hab/día yP = Es el número de habitantes
4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MÁXIMO DIARIO
4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MÁXIMO DIARIOEntonces el gasto máximo diario quedaría:QMD = Qm*CVDQMD = Qm CVDDonde: CVD = Coeficiente de VariaciónDiaria.
GASTO MÁXIMO HORARIOEl gasto máximo horario sería:QMH = Qm*CVD*CVHQ QDonde: CVH = Coeficiente de VariaciónHoraria.
4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑO
Los gastos de diseño para los componentesde un sistema de abastecimiento de aguade un sistema de abastecimiento de aguapotable se indican en la figura 4.5
Figura 4.4.1 Componentes del sistema de
2'
4
523
abastecimiento y sus gastos de diseño
Ciudad
12'2
COMPONENTES GASTOS DE DISEÑO
1 Fuente y obra de QMD1. Fuente y obra de captación
QMD
2. Conducción QMD
2’ Conducción QMD QMH2 . Conducción(alimentación)
QMD-QMH
3. Potabilizadora Qm-QMD
4 Tanque de regulación QMD4. Tanque de regulación QMD
5. Red de distribución QMH
Ejemplo 4.4.1Determine el gasto medio, máximo diario y máximohorario que demandará una localidad con unapoblación actual de 15000 habitantes, que hapresentado una tasa de crecimiento de tipogeométrico de 4.5% anual. La localidad se ubicageométrico de 4.5% anual. La localidad se ubicaen una región de clima templado. El periodo dediseño es de 15 años.
Qm = ?QMD = ?QMH = ?
SOLUCIÓN:
Pob. actual = 15,000 hab. De la ecuación 4.10, se tiene:
P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.
SOLUCIÓN:
Pob. actual = 15,000 hab. De la ecuación 4.10, se tiene:
P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.
Y si consideramos…Dotación = 150 I/hab./día, que corresponde a un clima templado,a partir de las ecuaciones anteriores tenemos que:
Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s
SOLUCIÓN:
Pob. actual = 15,000 hab. De la ecuación 4.10, se tiene:
P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.
Y si consideramos…Dotación = 150 I/hab./día, que corresponde a un clima templado,a partir de las ecuaciones anteriores tenemos que:
Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s
QMD = 1.2*50.40 = 60.48 L/s
SOLUCIÓN:
Pob. actual = 15,000 hab. De la ecuación 4.10, se tiene:
P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.
Y si consideramos…Dotación = 150 I/hab./día, que corresponde a un clima templado,a partir de las ecuaciones anteriores tenemos que:
Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s
QMD = 1.2*50.40 = 60.48 L/s
Q 1 2*1 5*50 40 90 72 L/QMH= 1.2*1.5*50.40 = 90.72 L/s