Población y demanda (50 puntos):   Elabore una tabla resumen con base en todos los requerimientos establecidos por el RAS-2000 (títulos A y B) para los parámetros de diseño y construcción según  niveles de complejidad de sistemas de acueducto.   (50 puntos): Determinar los habitantes y el nivel de complejidad de una población para un horizonte de diseño de 20 años utilizando diversos métodos con base en la siguiente información:

        Tprom = 22°C        Grado de industrialización: medio, minería 45%,

agroindustria 35% Comercio 20%        Nivel económico de pobladores: medio

 Censo Población

1938, julio 5 58301951, mayo 9 60201964, julio 15 68501973, octubre

247300

1985, octubre 15

8250

1993, octubre 24

10530

 (50 puntos): Una comunidad ha experimentado el crecimiento en población y el uso de agua mostrado a continuación. Estimar la población, el uso de agua por habitante y el promedio total de la demanda diaria para el año 2010. Estimar la tasa máxima diaria y las tasas máxima y mínima por hora de uso de agua. Qué volumen sería utilizado en la semana de máximos consumos? En el mes de máximos requerimientos? (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGraw-Hill. Bogotá, Colombia, 1999)

 Año 1950 1960 1970 1980 1990

Población 8000 8990 11300 14600 18400Flujo promedio diario,

m32270 2720 3630 4970 6600

 (50 puntos): La población de una comunidad es estimada en 35000 dentro de 20 años. La población actual es de 28000 y el consumo promedio de agua actual es de 16000 m3/día. La planta de tratamiento existente tiene una capacidad de diseño de 19000 m3/día. Suponiendo una tasa aritmética de crecimiento de población, determinar en qué año la planta alcanzará su capacidad de diseño. (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (50 puntos): Dados los siguientes registros de consumo y la información registrada a la salida de la planta de tratamiento de un acueducto municipal, determinar  el porcentaje de fugas en la red de acueducto. (Adaptado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999). 

Año 1998 1999 2000 2001 2002 2003Qplanta promanual (m3/

s)1 1.1 1.2 1.5 1.5 1.6

Qfacturado(Mm3/año) 23,536

26,189

28,343

35,304

35,500

38,257

   

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Bocatomas y captaciones (100 puntos): Diseñar hidráulica y estructuralmente un dique-toma para captar un caudal de 11 l/s de una fuente superficial cuyos valores de aforo son los siguientes:

Qmin= 15 l/sQmedio= 28 l/sQmáx= 1000 l/s

 

La sección de emplazamiento del dique tiene la siguiente forma: 

 Suponga que el lecho de la quebrada en el sitio de emplazamiento del dique es en roca y que aguas arriba se presentan condiciones de sección favorables para generar un remanso de las aguas sobre el dique. (Adaptado de Arocha R., Simón. Abastecimiento de agua: teoría y diseño. Editorial Vega. Caracas, Venezuela, 1978/Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín, Medellín, Colombia, 1993). (100 puntos): Dimensionar una captación de lecho filtrante con la alternativa de captación sumergida para una corriente de agua que presenta las siguientes características: 

Ancho promedio del cauce: 2,30 mCaudal mínimo: 30 l/sCaudal máximo: 1000 l/sCaudal de diseño (QMH): 15 l/s

 (Adaptado de Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín, Medellín, Colombia, 1993). (100 puntos): Diseñar una bocatoma lateral para el sistema de abastecimiento de agua de una localidad con una población de

diseño de 20000 habitantes y una dotación de 230 l/hab-día. El sitio de captación tiene las siguientes características:

Ancho del río: 10 mPendiente del río: 0,01 m/mFondo del río: 1967 msnmNivel de aguas máximo: 1971.45 msnmNivel de aguas mínimo: 1968.80 msnmCaudal máximo: 40 m3/sCaudal mínimo: 1 m3/s

 (Adaptado de Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín, Medellín, Colombia, 1993).  

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Desarenadores 

(50 puntos): Determinar la velocidad de sedimentación de partículas de arena muy fina de  0.0025 mm de diámetro, de gravedad específica 2,65 en un agua cuya temperatura es 14°C. (Adaptado de Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, 1993).

 (50 puntos): Determinar la eficiencia de un sedimentador si se desea retener la totalidad de partículas que sedimentan con velocidades iguales o mayores que 1 cm/s. La distribución de partículas sedimentables en promedio en una muestra de agua se tabula a continuación. (Adaptado de Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, 1993).

 PartículaD (cm)

Númerode partículas

Velocidad deSedimentación (cm/s)

0.0005 12 0.0050.001 15 0.020.005 15 0.30.01 25 20.05 50 80.1 35 400.5 20 701 10 1005 5 300

 (100 puntos): Diseñar y presentar los esquemas de un desarenador convencional (zonas de entrada, remoción, almacenamiento y salida) que remueva partículas de arena (S.G.= 2,5) hasta de 0.008 cm de diámetro para un caudal medio diario de N l/s. Suponga que se cuenta con un terreno cuya topografía permite desarrollar adecuadamente el perfil de flujo. La temperatura del agua oscila entre 7°C y 23°C. Diseñar un desarenador de alta tasa para las mismas condiciones de remoción (0,008cm) y caudal (N l/s) y comparar los resultados. (N representa la suma de los dígitos de su documento de identidad). (Adaptado de Pérez Parra, Jorge Arturo. Acueductos y Alcantarillados. Facultad de Minas. Medellín, Colombia, 1995 y Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, 1993).

   

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Conducciones (50 puntos): Diseñar una línea de aducción de 50 m de longitud para el sistema de abastecimiento de agua de una localidad cuya población de diseño es de 15000 habitantes con

una dotación de 210 l/hab-día. Determinar las cotas clave y batea de la tubería en la cámara de derivación y en el sedimentador. La aducción parte de una cámara de derivación de una bocatoma de fondo con las cotas indicadas en el esquema. (Adaptado de Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, 1993). 

  (25 puntos): Determinar el diámetro y el tipo de tubería que se requiere para transportar un caudal de 0.24 m3/s entre el desarenador y la planta de tratamiento cuyas cotas hidráulicas se indican en el esquema.

 

 (20 puntos): Una tubería de metal dúctil de 8” de diámetro de clase 2 tiene un DI de 8,39” (213 mm). Cual será la pérdida por

fricción en 300 m de esta tubería llevando agua a 24°C cuando el caudal es de 0,15 m3/s? Para esta tubería e= 0,00015 plg. (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (20 puntos): Una tubería de acero de 10” de diámetro, schedule 40 tiene un DI de 10,02” (255 mm). Cuanto caudal puede llevar la tubería si la pérdida de cabeza admisible es de 5 m en una longitud de 250 m? E= 0,00015 plg (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (20 puntos): Una tubería de concreto de 36” de diámetro tiene un DI de 36” (914,4 mm). Determinar el flujo que esta tubería llevará con una pérdida de cabeza de 1 m en 250 m. E =0,003 plg. (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (20 puntos): Un caudal de 0,22 m3/s va a ser transportado entre dos tanques con una pérdida en la tubería (debida a la fricción y a un K de accesorios de 1,5) de 1 m en 30 m. ¿Qué tamaño de tubería de acero se requiere? La tubería de acero schedule 40 tiene diámetros reales de 15.00, 13.124, 11.938 y 10.020 plg. (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (40 puntos): Una tubería de acero con un diámetro nominal de 24” un DI de 22,624” (575 mm) y un espesor de pared de 0,688” (17,5 mm) lleva un caudal de 28 pie3/s (794 l/s). La tubería hace un giro de radio corto de 90°. Cual es la fuerza desarrollada en un anclaje en la curva? ¿Qué esfuerzo sería desarrollado en la tubería por este cambio en dirección si no existiera el anclaje? (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999) (40 puntos): ¿Cuál es el máximo esfuerzo que podría ser producido en una tubería de acero con un diámetro nominal de 24” un DI de 22,624” (575 mm) y un espesor de pared de 0,688” (17,5 mm) que lleva un caudal de 794 l/s como resultado de un cierre repentino de una válvula en la tubería? (K para el agua es aproximadamente un 10% del valor de E para el

acero). (Tomado de McGhee, T. Abastecimiento de agua y alcantarillado. McGRaw-Hill. Bogotá, 1999)  

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Tanques de almacenamiento (80 puntos): Determinar la capacidad de almacenamiento del tanque de regulación para un sistema de abastecimiento (1) por gravedad  y (2) alimentado por bombeo, de una localidad cuyos registros del día de mayor consumo son los siguientes: 

Horas Consumo(l/s)

Horas Consumo(l/s)

00.00-1 18 12-13 551-2 17 13-14 57+N2-3 19 14-15 553-4 20 15-16 524-5 22 16-17 505-6 56 17-18 426-7 60+N 18-19 407-8 62 19-20 408-9 52 20-21 40

9-10 48 21-22 3010-11 49 22-23 2211-12 47 23-00.00 19

 N es el último dígito de su documento de identidad (Adaptado de Arocha Ravelo, Simón. Abastecimiento de agua: teoría y diseño. Ediciones Vega. Caracas, Venezuela y Corcho, Freddy H. Acueductos: teoría y diseño. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, 1993).  

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Redes de distribución (80 puntos): Determinar los diámetros de la red de distribución abierta que se muestra en la figura si la diferencia de nivel entre el plano de la red y el tanque de alimentación es de 30 mca. Tenga presente que en el extremo derecho de la red se requiere un caudal de 2,5 l/s a una presión de 15 mca (es posible que además de la selección de los diámetros requiera algún otro tipo de solución para cumplir estos requerimientos). 

 (100 puntos): Determinar los diámetros de la siguiente red abierta de distribución de agua cumpliendo requerimientos de caudal y presión. El material de las tuberías es concreto (puede usar programas de cálculo como EPANET). (Adaptado de Saldarriaga, Juan. Sistemas de Acueducto. Curso PAVCO. Uniandes, Bogotá, 2002) 

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(100 puntos): Determinar los diámetros de la siguiente red cerrada de distribución de agua cumpliendo requerimientos de caudal y presión. El material de las tuberías es PVC (puede usar programas de cálculo como EPANET). (Adaptado de Saldarriaga, Juan. Sistemas de Acueducto. Curso PAVCO. Uniandes, Bogotá, 2002) 

 

   

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Equipos de bombeo (80 puntos): Determinar los diámetros de la tubería de succión y descarga y las características del equipo de bombeo (curva característica, de potencia, eficiencia y NPSH) que se requiere para impulsar un caudal de (10+N) l/s a una altura de (30+N) m,

donde se encuentra un tanque de regulación de un acueducto para una comunidad de 7000 personas. (N representa el último dígito de su documento de identidad). 

  

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