diseño de tuberia de consuccion para un sistema de saneamiento

1. CONSIDERACIONES y CALCULOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
a) Determinación del Período de Diseño
Es usual elegir un período de vida útil entre 15 y 25 años quedando a criterio del
proyectista tomar esta decisión, dependiendo esto de:
 una vida útil de estructuras,
 posibilidad de ampliaciones,
 incremento o decrecimiento poblacional.

2. b) Estimación de la Población de Diseño
Esta población es la futura, calculada en base a la población actual y período de diseño optado.
METODO ARITMETICO:
r = Pa − Pi
n
Donde:
r = Crecimiento anual promedio.
Pa = Población actual (la del ultimo censo).
Pi = Población del primer censo.
n = Años transcurrido entre el primer censo y el último.
Enseguida se procede a calcular la población futura por medio de la expresión:
Pf = Pa + rN Donde:
r = Crecimiento anual promedio (hab/año).
Pa = Población actual ( la del ultimo censo ).
Pf = Población futura (en función al periodo de diseño).
N = Años transcurrido entre el primer censo y el de calculo.

3. Método Geométrico
Se considera que la población crece en forma semejante a un capital
puesto a interés compuesto
Se emplea cuando la población esta en sus inicios o en saturación,
mas no en crecimiento sostenido.
( tf- ta)
Pf = Pa *(1+ r)
Donde;
Pf = Población Futura
Pa = Población actual
Pi = Población inicial
r = Factor de cambio o tasa de crecimiento anual
tf = Tiempo futuro
ta = Tiempo actual
ti = Tiempo inicial
r = (Pa/Pi) - 1
1/(ta-ti)

4. Método de Interés Simple
Se considera que la población de una localidad, tiene la
tendencia al crecimiento similar a una tasa de interés simple
Pf= Pi (1 + r(tf- to))
Donde;
Pf = Población Futura
Pi = Población inicial
r = Razón de crecimiento
tf = Tiempo futuro
ti = Tiempo inicial

5. Consumo Promedio Anual
c) Determinación del Consumo y Demanda de Dotación.
Consumo: Es la determinada cantidad de agua que se asigna a
cualquier uso.

6. Demanda de Dotación.
La dotación es variable de acuerdo a usos y costumbres de cada localidad según la
norma del MINSA, se tiene:
Costa: Norte 70 L/h/d Sur 60 L/h/d
Sierra: Más de 1500 m.s.n.m. 50 L/h/d
Menos de 1500 m.s.n.m. 60 L/h/d
Selva : 70 L/h/d
Esta dotación está en función al grado de cultura, actividad económica y
condiciones de saneamiento de la localidad.

9. d) Cálculo de Caudales de Diseño y Variaciones de Consumo
- Consumo Promedio Anual
Pf x Dot
Qp = --------------- = (... lps) Fc = 1.2
86,400
- Consumo Máximo Diario:
Se calcula con el 130% del consumo promedio anual sirve para diseñar
tuberías y estructuras antes del reservorio e incluso el volumen del
reservorio.
Qmd = K1Qp donde K1 = 1.3

10. e) Consumo Máximo Horario:
Se estima como: 200% del consumo máximo diario no sirve para diseñar
tuberías y estructuras después del Reservorio e incluso es tomado en cuenta
para diseño de red de alcantarillado cuando corresponda.
Qmh = K2 Qp
donde K2= 1.8 a 2.5 zonas urbanas
K2= 2.0 zonas Rurales
Qmh = 2.0 Qp

12. CAPTACIONES DE AGUA
Fuentes de Agua:
• Superficiales: De ríos, canales, lagunas, represas.
• Subterráneas: Manantes, galerías, pozos, napas freáticas, aguas subálveas.
• Atmosféricas: Lluvias, humedad ambiental.
Tipos de sistemas de agua de abastecimiento:
• Por Gravedad
• Por bombeo

13. CAPTACIONES DE AGUA DE MANANTES:
¿Que son los Manantes?
Recomendaciones para su uso:
Son aguas subterráneas que afloran naturalmente a la superficie
de la tierra.
• No alterar la calidad del agua, garantizando el libre escurrimiento
hacia la cámara de toma.
• Limpiar las capas superficiales de tierra y barro encima del manante.
• Proteger el área de captación con cercos o muros. Delimitar el área
de captación
• Construir zanjas de coronación para evacuación de aguas
superficiales.

14. Tipos de manantes:
Tipo Ladera Tipo Fondo
1.- Por su ubicación:
• De ladera.
• De fondo.
2.- Por su forma de afloramiento:
• Concentrados.
• Difusos.

15. Consideraciones de diseño:
 Calidad del Agua (ser apta para el consumo humano).
 Cantidad de agua (medición de caudal en época de estiaje y en máximas).
 Qminf > Qmd
 Evaluación del Acuífero (Rendimiento del acuífero o fuente cada mes).
 Derechos de usos de agua y disponibilidad:
o Cuotas de captación y uso otorgado por el ANA.
o Caudal ecológico
 Población, Dotación, Caudal de diseño.
 Prevención de riesgos.

16. DISEÑO DE CAPTACIONES DE AGUA

17. Diseño de la captación de un Manante:
Es necesario conocer:
• Caudal mínimo de la fuente (Qminf) : 3.6 lps
• Caudal máximo diario (Qmd) : 28.71 lps
• Qminf < Qmd Buscar otra o mas fuentes
• Caudal máximo de la fuente (Qmaxf) : 8.6 lps
• Asumir un Diámetro del orificio de entrada (D) = 2”
• Calcular el Q ingreso a la captación (Qicap)
• Q=AV (considerar V <= 0.6 m/seg.)
• V = Cd 2gh = 0.81 2gh
• h = 1.52 V² /Cd = 0.0278m. Recomendado asumir h = 0.40 m.
• Entonces Qicap =

18. Qicap: Para D = 2” = 0.0518m y h = 0.40 m
Q= pi D² Cd 2gh = 0.00478 m³/seg. = 4.78 lps.
4
Q = m³/seg
D = m.
Cd = 0.81 orificios de pared gruesa
g = 9.81 m/seg.
h = m. (0.4m recomendado).
Qicap < Qmaxf
4.78 < 8.6 se aumentara el numero de orificios.

19. Q=0.60 A 2gh Q=0.81 A 2gh

20. Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda
L = h / 0.3 = 0.4 / 0.3 = 1.33
L = Distancia entre el afloramiento y la
Cámara húmeda (m).
h = Hf + ho
h = Altura de carga sobre el orificio de
entrada.
hmin = 40 cm.
L = 1.33m. aproximando = 1.35
ho
Hf h
L

21. Calculo del ancho de la pantalla:
Determinación del diámetro del orificio asumido = 2” (recomendado).
Calculo del numero de orificios (Na).
Qmaxf = AV = pi r² Cd (2gh)
dn = 4 Q = 4 A = 0.06252 m., para Qmaxf = 8.6 lps y h = 0.40 m.
pi 2gh pi
Si dn > D (diámetro asumido) entonces: necesitamos + orificios
Na = Área del diámetro calculado + 1 ó (d/D)² + 1 = 2.2 a 2.5
Área del diámetro asumido
Tomamos 3 orificios de 2”

22. Calculo del ancho de la pantalla (b).
b = 2(6D) + Na D + 3D (Na + 1)
b = ancho de la pantalla
Na = Número de orificios
D = diámetro asumido
b = 1.3986 = 1.40 m.
b

23. Altura de la Cámara húmeda.
Ht = A + B + H + D + E
Altura de Captación
H = 1.52 V²/2g = 0.028m para V= 0.6m/seg
H = 1.52 V²/2g = Qmd²/ 2gA²
H = (0.0086)² = 0.2755 m.
2 (9.81)(pi (0.0381)²)
H = 27.55 cm. = 30 cm. Recomendable
Ht = 0.10 + 0.0762 + 0.30 + 0.05 + 0.30
Ht = 0.8262 asumir = 1.0 m. min. a 1.50 m.

24. Dimensionamiento de la canastilla:
Dcanastilla = 2 D tubería de salida.
Dcanastilla = 2 (3”) = 6”
Área total de ranuras >= 2 Área tubería de la línea de conducción.
Área total de ranuras = 2 ( pi r²) = 0.00912 m²
3Dc < L < 6 Dc
9” < L < 18”
L = 18”

25. Tubería de rebose y limpia:
Las pendientes de las tubería deben ser de 1 a 1.5 %.
Su diámetro D será:
D = 0.71 Q
S
D = pulgadas.
Q = lps.
S = m/m.
Para C = 140 (PVC)
D = 4.23” = 5”
0.38
0.21

27. Línea de Conducción:
Es un conjunto de tuberías, válvulas, estructuras, accesorios y obras de
arte, encargados de la conducción del agua desde la captación hasta el
reservorio aprovechando la carga estática existente (diferencia de altura)
entre estos dos puntos.

28. Criterios de diseño:
• Carga disponible: Carga estática o diferencia de nivel entre la captación y el
reservorio.
• Caudal de diseño: Es el Qmd.
• Clase de tubería: definida por las máximas presiones que ocurran en la línea de
conducción por la carga estática.
• Diámetros de tuberías: Este debe tener la capacidad de conducir el caudal de diseño
con velocidades comprendidas entre 0.6 m/seg, a 3 m/seg, o hasta 5 m/seg.
• Estructuras complementarias:
o Válvulas de aire. Para evitar acumulación de aire en puntos altos.
o Válvulas de Purga. Para eliminar sedimentos acumulados.
o Cámaras rompe presiones. Para controlar el excesivo desnivel en la línea.

29. Válvula de Aire

30. Válvula de purga

34. Q = 0.0004264 C D S
Q = 0.0597 d S Para PVC
Donde:
Q = Caudal (Lps)
S = Pendiente en milésimos m/km
d = Diámetro en pulgadas
C = Coeficiente del Material.
Donde 0.6m/seg < V lc < 3.0 m/seg.
Línea de Conducción. Perdida de carga unitaria
Fórmula de Hazen y Williams: para Ø > 2”
2.63
0.542.63
0.54
V = 1.9735 Q / D²

35. D = 0.71 Q
S
0.38
0.21
Diámetro de la tubería para PVC = 140
D = pulgadas.
Q = lps.
S = m/m
Formula de Fair – Whipple: para Ø < 2”
Q = 2.8639 D S
2.71 0.57 Para tubería PVC = 140
D = pulgadas.
Q = lps.
S = m/mD = Q
2.8639 S0.57
0.37
Q = 2.492 D S
2.63 0.54
S = Q
2.492 D2.63
1.85

36. Perdida de carga por cada tramo:
Qmd= 2.1lps
L = 380 m
Cota Captación = 2,500 msnm.
Cota Reservorio = 2,450 msnm
Carga Disponible = 50 m.
Perdida de carga = 50/380
= 0.1316
D = 0.71 Q = 1.44 = 1.5 = 11/2”
S
0.38
0.21

37. S = Q = 0.1013 m/m
2.492 D
Perdida de carga en el Tramo (Pct) = L * S = 380 * 0.1013 = 38.5
1.85
2.63
Calculo de la presión en el Tramo:
Cota piezométrica en el reservorio = Cota del Terreno cap – Pct
= 2,500 – 38.5 = 2,461.5
Presión al final del Tramo = Cpr – Cota terreno reservorio
= 2,461.5 – 2,400 = 11.5 m.

38. Volumen de Reservorio:
Se estima con la siguiente formula
VR = Qmd x 86.4 x 0.25