Diseño de un acueducto FORMULAS

1. DISEÑO DE UN ACUEDUCTO
PRESENTADO POR:
Duvan Eduardo OV
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DEL CAUCA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO SOSTENIBLE
PROGRAMA INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
POPAYAN, CAUCA

2. DATOS
Vida útil = 20 años
Q Max rio = 3.6 m³/s
Q prom rio= 1.6 m³/s
Q min rio = 1.2 m³/s
Ancho rio = 3.6 m
AÑO POBLAC INCREM.
POBLAC.
INCREM
C.N
CN %
PERDIDAS
CT C.
ADOPTADO
c.m.d K1 C.M.
D
K2 C.M.H
2013 13000 196 30 280 280 42.1 1.2 50.5 1.6 80.8
10 1
2018 14300 198 28 275 280 45.5 1.2 54.6 1.6 87.4
11 1.1
2023 15873 200 25 267 270 49.1 1.2 58.9 1.6 94.2
12 1.2
2028 17778 202 23 262 260 54.0 1.2 64.8 1.6 103.7
14 1.4
2033 20267 205 20 256 260 60.1 1.2 72.1 1.6 115.4
15 1.5
2038 23307 208 18 254 250 69.0 1.2 82.8 1.6 132.5
16 1.6
2043 27036 2011 15 248 250 78.0 1.2 93.6 1.6 149.8
•
Incremento poblacional = 10 %
• Consumo neto (CN) = C.res + C. comercial e ind + C. institucional y publico
AÑO POBLACION
2013 13000
2018 14300
2023 15873
2028 17778
2033 20267
2038 23307
2043 27036

3. CN = 1 /100 CN = 0.01 x 196 = 1.96 + 196 CN = 198
•
•
• C.M.D = K1 x c.m.d C.M.D = 1.2 x 42.13 C.M.D = 50.5
• C.M.H = K2 x C.M.D C.M.H = 1.6 x 50.5 C.M.H = 80.8
Caudal de diseño
Qd = C.M.D (2033) + 5 % c.m.d (2033) + 5 % c.m.d (2033)
Qd = 72.1 +0.05 (60.1) + 0.05 (60.1)
Qd = 78.1 l/s
Altura de la lámina de agua
•
• L = 3.6 m Ancho del rio

4. Corrección por contracciones laterales
L` = L – 0.1 x ŋ x H L` = 3.6 – 0.1 x 2 x 0.52 L` = 3.59 m Adoptamos l` = 3.6 m
Velocidad del rio sobre la presa
Q = V x A
0.30 m/s < 0.42 m/s < 3.0 m/s CHEQUEA
DISEÑO DE LA REJILLA Y CANAL DE ADUCCION
•
Br = Xs + Br Br = 0.31 m + 0.14 m Br = 0.45 m
• Longitud de la rejilla
Área neta = a. Br. N
Área total = (a + b) Br. N
En la rejilla: Q = V x A K = 0.9 Vb = 0.2 m/s

5. Despejamos Lr de la formula anterior.
• Recalculo del área neta
• Calculo del número de orificios
Despejamos N de A neta
Se chequea la velocidad entre barrotes
DISEÑO DEL CANAL DE ADUCCION
Calculo de la altura de la lámina de agua aguas abajo (he=hc)
• Calculo de la longitud del canal
Lc = Lr + Espesor del muro
Lc = 1.32 m + 0.30 m
• Calculo de la altura de la lámina de agua aguas arriba (ho)
Lc = 1.62 m

6. Altura del canal de aducción aguas arriba (Ho)
Ho = ho + BL
Ho = 0.21 + 0.15
Altura del canal de aducción aguas abajo
Calculo de la velocidad en el punto e.
0.30 < 1.2 m/s < 3.0 CHEQUEA
Diseño de la cámara de recolección
Calculo Xs (vena vertiente)
Ho = 0.36 m

7. Calculo de Bcámara
La norma establece que el ancho mínimo de la cámara de recolección debe ser igual
1.20 m por razones de mantenimiento.
Adoptamos un B cámara = 1.20 m
La longitud de la cámara adoptada
L = 1.50 m
Calculo de la altura de los muros de contención
La altura de los muros laterales es:
Calculo del caudal de excesos
Calculo de la altura de la lámina de agua cuando sobre la garganta pasa el
Q promedio.
H de excesos

8. Calculo del caudal captado
Caudal de excesos corregidos
Condiciones en el vertedero de excesos
Calculo de la altura de la lámina de agua sobre el vertedero de excesos
Calculo de la velocidad del agua por encima del vertedero de excesos
0.3 < 0.93 m/s < 3.0 CHEQUEA
Calculo de la vena vertiente

9. Calculo de L de excesos
Se adopta un L excesos = 1.20 m
CALCULO DE LAS COTAS
Fondo del rio en la captación 100,00 m
1. Lámina de agua sobre la presa
Caudal de diseño 100,00 + 0,05 100,05 m
Caudal máximo del rio 100,00 + 0,67 100,67 m
Caudal medio del rio 100,00 + 0,39 100,39 m
Corona de los muros de
contención
100,00 + 1,00 101,00 m
2. Canal de Aducción.
Fondo aguas arriba 100,00 – 0,36 99,64 m
Fondo aguas abajo 100,00 – 0,41 99,56 m
Lamina aguas arriba 100,00 – 0,15 99,85 m
Lamina aguas abajo 99,56 + 0,14 99,70 m
3. Cámara de recolección.
Lámina de agua 99,56 – 0,15 99,41 m
Cresta del vertedero de excesos 99,41 – 0,25 99,16 m
Fondo de la cámara de
recolección
99,16 – 0,16 99,00 m
ADUCCION
• Calculo de la pendiente de la tubería
• Calculo del diámetro de la tubería

10. • Ecuación de manning
Adoptamos D = 12 pulg. → D = 0.305 m (suministrado fabricante)
• Calculo del caudal a tubo lleno (Q0)
• Calculo de la velocidad a tubo lleno ( V0)
• Calculo del Radio hidráulico a tubo lleno (R0)

11. • Calculo de velocidad real
• Calculo del esfuerzo cortante (
CHEQUEA
• Verificación de la cota de fondo a la salida de la bocatoma
Se toma un valor en este caso entre 16 y 36, pero lo más cercano al último
valor calculado y se repite el proceso.
• Calculo de la pendiente de la tubería
Calculo del diámetro de la tubería

12. • Ecuación de manning
Adoptamos D = 12 pulg. → D = 0.305 m (suministrado fabricante)
• Calculo del caudal a tubo lleno (Q0)
• Calculo de la velocidad a tubo lleno ( V0)
• Calculo del Radio hidráulico a tubo lleno (R0)

13. • Calculo de velocidad real
• Calculo del esfuerzo cortante (
CHEQUEA
• Verificación de la cota de fondo a la salida de la bocatoma
NOTA: La norma admite un error de 0,01 m, por ende no se realiza
un rediseño.
• Calculo del caudal de excesos
Las cotas definitivas son:
Cota batea a la salida de la bocatoma 99.02

14. Cota clave a la salida de la bocatoma 99.33
Cota batea a la llegada al desarenador 98.70
Cota clave a la llegada al desarenador 99.00
Cota lámina de agua a la llegada del
desarenador
98.92
Figura 1. Cotas definitiva
DESARENADOR
Es una estructura hidráulica que tiene como finalidad efectuar un proceso de sedimentación,
es decir, se trata de un proceso físico mediante el cual las partículas se sedimentan
dependiendo de su tamaño.
Condiciones de la tubería de entrada
Qd = 0,078 m3/sg
Q =˳ 0,106 m3/sg
Vr= 1.4 m/sg
D = 12” (0,305 m)
v =˳ 1,45 m/sg
d = 0,22
L=60m
Ø=12”
S=0.53%

15. Condiciones del diseño del desarenador
• Periodo de diseño: 30 años
• Numero de módulos: 2
• Caudal medio diario(c.m.d.2033): 60,1 litros/seg
• Caudal máximo diario(C.M.D.2033): 72,1 litros/seg
• Caudal medio diario(c.m.d.2013) = 42,1 litros/seg
• Caudal de pérdidas en la planta de tratamiento 5%del c.m.d: = 3,0
litros/seg
• Caudal de diseño por modulo: = 60.1 litros/seg
• Remoción de partículas de diámetro: (arena muy fina) = d = 0,05mm
• Porcentaje de remoción: 80%
• T° agua = 20°C
• Viscosidad cinemática: 0,01007 cm2
/s
• Grado del desarenador: n = 1(sin deflector)
• Relación longitud/ancho: 4:1
• Cota de batea en la entrada del desarenador: 98,70m
• Cota de la lámina de agua a la entrada del desarenador: 98.92 m
Calculo de los Parámetros de sedimentación:
• Calculo de la velocidad de sedimentación de la partícula:

16. Con el valor n=1 y el % de remoción del 80%
Numero de Hazen
Adoptamos altura útil del desarenador:
• Calculo del tiempo de sedimentación
• Calculo del periodo de Retención Hidráulico:
Ø=4,00 x ts
Ø=4,00 x 637 sg
Ø=2692 sg
HU=1.5m
Ø= 0,75 Horas

17. CHEQUEA: La norma dice que el periodo de Retención Hidráulico Ø; debe estar entre
0,5 Horas y 4 Horas
Calculo del volumen del Tanque:
• V=Q x t Vol= (0,0601m3
/sg)(2692s)
•
• Lu=4B
•
• Lu=4B Lu=4(5,19m)
Carga Hidraulica Superficial:
CHEQUEA 15
Vol=161,8 m3
Lu= 20,76m
q

18. Vo= q = 0.000556997
Calculo del diámetro de la Partícula Critica (do)
do= do=
do= 0,025 mm
do < d
0,025 < 0,05 CHEQUEA
• Calculo de la Velocidad Horizontal
Vh=
Vh= 0,772
Por otra parte también se puede calcular:
• Calculo de velocidad horizontal máxima:
Vh max= 20.Vs Vh < Vhmax
Vhmax= 20(0,223 cm/s) 0,772 < 4,46 cm/s
Vhmax= 4,46cm/s
Vo= 0,0556997 cm/s

19. • Calculo de velocidad de resuspension:
Vr=
Vh < Vhmax
0,772 < 9,29 CHEQUEA
• Condiciones de operacion de los modulos:
c.m.d(2013)= 42.1litros/s
• Chequear el tiempo de retención Hidraulica ( ):Ө
0.5h < 1,1h < 4h CHEQUEA
• Chequeo de la carga Hidráulica superficial (q):
q=33,71
15 CHEQUEA
• Calculo del caudal de operación :
Vr= 9,29 cm/s
0,0421 m3
/s

20. CMD (2013) = 72.1 lt/s
cmd (2033) = 60.1 lt/s
Qop = 72.1 lt/s +3.0 lt/s
Qop= 75.1 lt/s
Qop= 0.00751 m3
/s
=Ө = ; = 2154 s xӨ
Ө
0.5 hr
60.14
Chequea
Calculo de los elementos del desarenador vertedero de salida:
Hv= Hv=
Hv= 0.027m

21. Vv=
Vv=0.30m/s
Xs = 0,36 (Vv) +0,60(Hv) ;
Xs = 0,36 (0.30) +0,60(0.027) ;
Xs norma 0.10m
Adoptamos = 0.11m
Lv = Xs +BL
Lv= 0.24+ 0.11
LV= 0.35m
Pantalla de salida:
Profundidad: = 0.75m
Distancia hasta el vertedero de salida= 15x (Hu)
Dist: 15x0.027= 0.40m
Pantalla de entrada:
Profundidad: = 0.75m
Distancia a la cámara de aquietamiento:
Distancia=
B = 0,48 m

22. Distancia= 5.19m
Almacenamiento de lodos
Prof= 2.08m
Adoptamos = 2m
Pendientes longitudinales:
La norma establece que deben de estar entre 3 y 8%.
Distancia desde el punto de evacuación de lodos hasta la cámara de
aquietamiento debe ser igual =
Distancia=
Distancia =
Distancia=13.84m
Calculo de pendientes:
Pendiente transversal
Cámara de aquietamiento:
Profundidad =
Profundidad =

23. Largo adoptado= 2.00m
Rebose de la cámara de aquietamiento
Qexc= Qo-Qd
Calculo de Hexc:
Hexc= Hexc=
Hexc=0.038m
Calculo de Vexc
:

24. chequea
Xs = 0,36 (Vexc) +0,60(Hexc) ;
Xs = 0,36 (0.37) +0,60(0.038) ;
Xs = 0.28m
Xs + BL< 1.73m → chequea
Calculo del perfil hidráulico
Perdidas a la entrada de la cámara de aquietamiento
K=0.1; V1<V2 aumento
K=0.2; V1>V2 disminución