Date post: | 16-Apr-2017 |
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Nombre y apellido: GARY ALEX HURTADO VEIZAGA
Determinación de número: (G=7 + H=8 ; SUMA =15 - 9 = 6 PAR)
Densidad de población = 250hab./hect.
T= 20 años
Area=3 (100m∗100m)+4 (80m∗100m )=62000 m2∗1ha
10000m2
Area=6.2ha
DOTACION: VALLE
DENSIDAD DE CRECIMIENTO: 3.2%.
OBRA DE CAPTACION: DIQUE
ADUCCION: GRAVEDAD
TRATAMIENTO O FILTRADO: Filtro rápido
SISTEMA DE BOMBEO
TANQUE ALTO O BAJO
RED DE DISTRIBUCION
CON TANQUE
SEDIMENTACION
pág. 1 sanitaria 1
DISENO DE SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
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=Sedimentadores =filtros =tanque
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1. INTRODUCCIÓNEn el presente trabajo se muestra parámetros para el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable desde verificar la calidad del agua que será captada, hasta el diseño de la red de distribución.
El agua es un elemento vital en la vida de todos los seres vivos, y es el elemento más afectado que la contaminación a través de los años.
De toda el agua que hay en la tierra, solamente el 2.60 % es agua dulce, además de este 2.60% los casquetes polares almacenan aproximadamente el 2.27 %, el resto de esta agua dulce es agua subterránea (0.32 %) y el agua superficial y atmosférica como son los ríos, lagos, etc. constituyen el 0.01 %.
Para las cantidades indicadas anteriormente concluimos que menos del 1% del agua suministrada sobre la tierra puede ser usada como agua potable Los seres humanos consisten principalmente en agua; el agua está en todos nuestros órganos y es transportada a todas partes de nuestro cuerpo para ayudar en funciones físicas.
pág. 3 sanitaria 1
Un gran porcentaje de enfermedades están netamente relacionadas con el consumo de agua NO POTABLE, esto debido a q en muchas poblaciones, la calidad del agua está muy ligada a la tasa de mortalidad en cada región, ciudad o zona.
2. OBJETIVOS2.1. OBJETIVO GENERALDiseñar el sistema de abastecimiento de agua potable 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOSo Determinar la calidad del agua.o Diseñar el sistema de captación.o Calcular el canal de conducción o Diseñar la planta de tratamiento.o Calcular el tanque de almacenamiento.o Diseñar la red de distribución.3. DESARROLLO 3.1. CALIDAD DEL AGUAMediante ensayos realizados a las aguas del río se observaron los distintos parámetros de calidad del agua3.1.1. Análisis organoléptico
Características Max. aceptable Observaciones-Color -Sabor y olor-Turbiedad-Solidos totales disueltos
15 UCVNinguno5UNT3000 mg/lt
UCV-unid. Color verdaderoDebe ser aceptableUNT-uni. Nefelometricas de turbiedadNo cumple lo permitido 1000mg/lt
Requisitos de radioactividad del agua potable:
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Características Max. aceptable ObservacionesRadioac. Alfa globalRadioac.Beta global
0,05 Hg/L0,30 Hg/L
Si cumpleSi cumple
Requisitos microbiológicos:
Características Max. aceptable ObservacionesColiformes totalesColiformes fecales
30 ufc/ml20 ufc/ml
No cumpleNo cumple
Requisitos físico-químicos:
Características Max. aceptable Observaciones-Alcalinidad total
-Dureza total-pH-Arsenico As-Bario BaCadmio CdCalcio CaCianuro CN-Cloruros Cl-Cobre CuCromo Cr+6Fluor FHierro total FeMagnesio MgManganeso MnMercurio HgNiquel NiAluminio AlAmoniaco NH4+Antimonio SbSodio NaPotasio KNitritos NO-2Plomo PbSelenio SeSulfatos SO4-Zinc Zn
170.000 mg/lt CO3Ca
300.000 ml/lt CO3Ca8.5000.050mg/L1000 mg/L0.005 mg/L100.000 mg/L0.030 mg/L250.000 mg/L0.050 mg/L0.080 mg/L1.500 mg/L0.200 mg/L130.000 mg/L0.300 mg/L0.001 mg/L0.050 mg/L0.200 mg/L0.050 mg/L0.050 mg/L200.00 mg/L10.000 mg/L0.050 mg/L0.015 mg/L0.010 mg/L300.000 mg/L5.000 mg/L
Cumple
cumpleCumpleCumpleCumpleCumple cumpleno cumplecumple cumpleno cumplesi cumple si cumple si cumplesi cumplesi cumple si cumple si cumplesi cumplesi cumplesi cumplesi cumplesi cumpleno cumplesi cumplesi cumplesi cumple
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3.2. PROYECCION DE LA POBLACION
La densidad de la población donde se distribuirá el agua es de 280 hab./hect.
Se tiene un área de aporte que se muestra a continuación
Area=3 (100m∗100m)+4 (80m∗100m )=62000 m2∗1ha
10000m2
Area=6.2ha
ρ=250 habha
ρ=habitantesArea
habitantes=ρ∗Area
pág. 6 sanitaria 1
habitantes=250 habha
∗6.2ha
habitantes=1550
Ya con la población inicial se calculara la población futura con los distintos métodos que se muestran a continuación.
3.2.1. Método aritméticoDatos:
i=3.2% Po=1550habs t=20años
Solución:
Pt=Po(1+ i100
t )=1550(1+ 3.2100∗20)
Pt=2542habs
3.2.2. Método geométricoDatos:
i=3.2% Po=1550habs t=20años
Solución:
Pt=Po(1+ i100 )
t
=1550(1+ 3.2100 )20
Pt=2910habs .
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3.2.3. Método WappausDatos:
i=3.2% Po=1550habs t=20años
Solución:
Pt=Po( 200+¿200−¿ )=1550 ( 200+3.2∗20200−3.2∗20 )
Pt=3009habs .
Según el siguiente cuadro determinaremos que la población de diseño será:
Pf=3009hab .
3.3. CAUDAL DE DISEÑOSegún los datos de la siguiente en función a la población determinaremos la dotación de agua para cada habitante:
pág. 8 sanitaria 170-100
Dotacion=100 ¿hab∗dia
3.3.1. Caudal medio diarioQmed=Pob∗¿̇
Qmed=3009hab∗100 ¿hab∗día
/86400 diaseg
Qmed=3.5 ¿seg
3.3.2. Caudal máximo diario Qmaxd=Qmed∗K1
Qmaxd=3.5 ¿seg
∗1.5
Qmaxd=5.25 ¿seg
3.3.3. Caudal máximo horarioQmaxh=Qmaxd∗K2
Qmaxh=5.25 ¿seg
∗2
Qmaxh=10.5 ¿seg
3.4. OBRA DE CAPTACIÓN
Por las condiciones del cauce donde se realizara la captación se la realizara mediante la construcción de un dique.Los parámetros de diseño que se asumieron son los siguientes
H=2m b=0.667m W=2400 Kgm3
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Donde:
H= Altura máxima de agua
b= ancho de corona
Solución:
B=0.86 b+√2.45b2+0.71H 2 h=1.19b
B=0.86 (0.667 )+√2.45(0.667)2+0.71(2)2 h=1.19(0.667)
B=1.409m h=0.794m
Se pondrá una rejilla para impedir el paso de la palizadaAt=A s+Af
As=n∗s∗L
Af= c∗Qξ∗va
pág. 10 sanitaria 1
Af=L∗a∗(n+1)
Encontramos el área de flujo
Af= 2∗5.25 x10−3
( 2.42∗0.01250.03
∗sin (90 ))∗1
Af=0.0104m2
0.0104=0.15∗0.04∗(n+1 )
n=2baras
As=2∗0.012∗0.15
As=0.0036
At=0.0186m2
pág. 11 sanitaria 1
3.5. OBRA DE CONDUCCIÓN La obra de conducción se realizara mediante un canal abierto de sección rectangularo El Coeficiente de Rugosidad de Manning, se asumió para una
superficie de mampostería con cemento en buenas condiciones.n=0.020
o La base también se asumió.B=12.4 cm
o El caudal que utilizamos es máximo diario por que el sistema tiene tanque elevado de almacenamiento.
Q=0.00758 m3
seg
Ya con todos los datos disponibles, se procede a calcular el tirante y distintos parámetros hidráulicos del canal.
D
(dispuesto)B (m) A (área)
P
(perímetro)Rh A*Rhˆ2/3 Q*n/√S
0.5 0.124 0.0620 1.124 0.05516 0.008984 0.001384
0.4 0.124 0.0496 0.924 0.05368 0.007058
0.3 0.124 0.0372 0.724 0.05138 0.005141
0.2 0.124 0.0248 0.524 0.04733 0.003245
pág. 12 sanitaria 1
0.1 0.124 0.0124 0.324 0.03827 0.001408
0.09 0.124 0.0112 0.304 0.03671 0.001233
0.099 0.124 0.0123 0.322 0.03812 0.001391
SEDIMENTADOR
1) En dependencia del tipo de tratamiento (filtración)
pág. 13 sanitaria 1
En el caso de nuentro proyecto para los datos necesarios se considera como un tipo de sedimentador intermedio.
2) Calculo del area superficial total del sedimentador (Ast), que se requiere para tratar el gasto total Q que entra en la planta.
Q/Ast = valor Ast = Q/valor(de tabla)
Q=5.25= lt/S = 453.6 m3/dia
Ast=453.630
3)Adoptar las dimensiones del sedimentación.
Se recomienda: longitud = 5 metros
Ancho = 1,5 metros
Por tanto el As = 5 x 1,5 = 7.5 m2 area de cada sedimentador
pág. 14 sanitaria 1
AST=15.12 m2
4)Calculo del numero de sedimentadores para tratal Qtotal (Ns)
Ns = Ast/As1 Ns=15.127.5
Donde:*Ast= obtenida en paso 2 *As1= obtenida en paso
5m
5) Comprobar que la carga superficial (Cs) para un sedimentador cumple con los requisitos a defectos dados en la tabla de recomendaciones para el diseño.
Cs1 = Q1/As1
Donde: Q1 = Q/Ns, Ns = obtenido en paso 4 As1= obtenida en paso 3
Q 1=453.62
Cs1=226.87.5
6) Calculo del volumen de uno de los sedimentadores (V1)
tR = V/Q, V1 = tR*Q1
pág. 15 sanitaria 1
Ns=2.02 m2≃ 2m1,5m
Q1 = 226.8
Cs1 = 30.24 m3/m2 dia , entre 20 y 40
Dónde: tr = del paso 1 Q1= del paso 5
V1 = 0,104∗226.8=23.59m3 /dia
tR=2,5horas
Convirtiendo a días
Tr=0,104dia
6.1) si se desea calcular el volumen total de todos los sedimentadores
VT = V1*Ns VT = tR*Q Vt=23.59∗2
Donde: Ns= de paso 4
7)Calculo de la altura media de los sedimentadores (hm1) hm1 = V1/As1 Donde: V1= de paso 6 As1= de paso 3
.hm1 = V1/As1
Hm1=23.59/7.5
Hm1=3,28m
8)Calculo de la altura de la pared de salida (hps) y de la profundidad máxima en la zona de sedimentación (hmax).De las recomendaciones para el diseño de sedimentadores, se conoce que la pendiente de fondo se asume una pendiente del:
So = 1% cuando hay barredores mecánicos
pág. 16 sanitaria 1
Hm1=3.15
V1 = 23.59m3/dia
Vt = 47.18
So = 3% o mas cuando no hay barredores mecánicos.
Partiendo que la media obtenida en el 7mo paso, esta ubicada en el centro de la longitud del tanque entonces: se calcula hps y hmax se la siguiente manera:
Hps = hm1 – Dy Hps = 3.15 –0,025 = 3.125 m
Hmax = hm1 + Dy Hmax = 3.15 + 0,025= 3,175 m
So = Dy/Dx ,
Donde
Dy = So x Dx=0,01*2.5=0,025m
Dx = L/2 =5/2= 2.5m
9) Caudal de fango que llega a un sedimentador (Qf1)
Qf1 = (CT x Ss x Q1 x 86400) / (ɣfangox 109) (m3/dia)
CT = Cte= 0,75 (concentración de partículas que sedimentan 0,68 a 0,75)
Ss = solidos totales (mg/lt)=200 (mg/lt)
Q1= caudal de un sedimentador (lt/sg) = 2.625 (lt/sg)
ɣfango= Peso especifico fango (gr/cm3)(1,01 a 1,04 gr/cm3)= 1,02 gr/cm3
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3,175 m 3.15 m 3.125 m
1%
Qf1 = (0,75 x 200 x 2.625 x 86400) / (1,02x 109) =
Qf1 = 0,0335(m3/dia)
a) Vf1 = Qf1 x t(extracción de lodos) (m3)
Asumo t=19 dias
Vf1=0,0254 m3/dia x 19 dia
b) Volumen fango total
Vft = Vf1 x Ns = 0,4826 m3 x 3
c) Calculo de la tolva
C1) selecciono numero de tolva (No) =3
A1 Tolva = (As+Af)/2 (m2)
As=0,5
Af= 0,4 x 0,4 A1tolva= (0,5^2 + 0.4^2)/2
C3)Calculo de altura de tolva (y)
De V1 tolva = A1tolva x y
Y = V1 tolva/A1 tolva
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Vf1=0,633 m3
Vf1=1,901 m3
A1tolva=0,205 m2
Siendo V1 tolva = Vf1/No tolvas
Y = 0,161/0,205 =0,78 m∅=tan−1 1,040,05
=87°>45
C4)Calculo del angulo (ⱷ) de la tolva (mayor o igual a 45 grados)
∅=tan−1 0,780,05
=87 °>45
Filtrado Rapido
Para el filtro rápido adoptaremos una medida de L=3m A=1m
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Calculo el número de filtros rapido
Q :18.9 m3/hr
Vf :3.1 m/hr
Nf= QdAmax∗Vf
Nf= 18.93.1∗3
=2,03
Calculo de área de tanque para filtro rápido
pág. 20 sanitaria 1
Nf=2
Aq= QNf∗Vf
Aq= 18.92∗3.1
=3.15
CALCULO DE CLORACIONConcentracion deseada
D=7.5mg/lt = 7.5 g/m3 =0.75%
Peso hipoclorito necesario
Q=21 m3/hr P=18.9∗d=18.9∗7.5
Peso hipoclorito comercial
Pc=P*100/r Pc=P∗10075
=157∗10075
Demanda solución liquida
qs=Pc∗100c
=209.33∗10010
pág. 21 sanitaria 1
P=141.75 gr/hr
P=189 gr/hr
qs=1890 l/hr
Aq=3.15 m2/filtro
Para la tercer parte de lo que es, el proyecto de curso, se verá lo que incumbe en la distribución de caudales a partir del tanque de
almacenamiento hacia la red de distribución para que llegue agua potable a cada vivienda.
Almacenamiento
- VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO
1. VOLUMEN DE REGULACIÓN
Como el sistema que se tiene para el tratamiento del agua es por gravedad, se adoptará la siguiente fórmula que es para un abastecimiento para 24 horas que tiene el día.
V reg=(15−30 )%∗Qmax
V reg=0,225∗453.6m3
día
V reg=102,06m3
2. VOLUMEN DE LUCHA CONTRA INCENDIOS
No es necesario para poblaciones menores a 10.000 habitantes, ya que resulta anti-económico tal cálculo e inversión para una población que no tiene una probabilidad de incendio que sea considerable.
3. VOLUMEN DE RESERVA
V res=Qmax d∗4hr∗1día24hr
V res=453.6m3
día∗4 hr∗1día
24hr
pág. 22 sanitaria 1
V res=75,6m3
4. VOLUMEN DEL TANQUE
Como no se tiene un volumen de lucha contra incendios solo se sumará el volumen de regulación con el volumen de reserva.
V tanque=V reg+V res
V tanque=102,06m3+75,6m3
V tanque=177,66m3
5. DIMENSIONES ECONOMICAS
La altura económica del tanque es:
He=23∗(2∗V tanque )15
He=23∗(2∗177,66m3 )
15
He=2,16m
Se adoptará el caso de un tanque elevado, por consiguiente será de sección rectangular.
Para sección cuadrada:
pág. 23 sanitaria 1
alturaladocuadrado
=0,5−0,7
Entonces, asumido será:
alturaladocuadrado
=0,6
La altura es:
H=(V tanque
4 )1 /3
H=( 177,66m34 )1/3
H=3,54m
El lado de la sección cuadrada es:
HL
=0,6
3,54mL
=0,6
L=6m
RED DE TUBERIAS
pág. 24 sanitaria 1
- CAUDAL DE CADA NUDO
Se calculará el caudal de agua que sale de los tramos de la red de distribución a partir de los nudos tronco.
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DENSIDAD DE POBLACION
Se la dio inicialmente como dato, en la primera parte.
pág. 26 sanitaria 1
ρ=250 habha
DOTACION DE AGUA PARA LA POBLACION
¿̇250 ¿hab∗dia
CAUDALES EN LOS NUDOS
Qn=A∗ρ∗¿̇
QA=0,7ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=0 ,5064 ls
QB=1,4ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=1 ,0127 ls
QC=2,1ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=1.5191 ls
QD=0,6 ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=0 ,4340 ls
QE=1,2ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=0 ,8681 ls
QF=1,8ha∗250habha
∗250 ¿hab∗dia
=1 ,3021 ls
∑Qn=5.6424ls
pág. 27 sanitaria 1
pág. 28 sanitaria 1