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UNIVERSIDAD NACIONALDE CAJAMARCA
“Norte De La Universidad Peruana”
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA
“Año de la lucha contra la corrupción e impunidad”
CURSO:
 SANEAMIENTO AMBIENTAL
TEMA:
 Diseño sistema de abastecimiento de agua en el caserío de Pilco – Celendín.
ALUMNO:
 SALAZAR TARRILLO, Josué.
DOCENTE:
 Ing. LEYLA DIAZ CADENILLAS
CICLO:
 X
Celendín, noviembre de 2019
COPYRYGHT  2019 by
JOSUE EDILFREDO SALAZAR TARRILLO
Todos los derechos reservados
2
CONTENIDO GENERAL
I. INTRODUCCIÓN 5
II. OBJETIVOS 6
2.1. Objetivo General 6
2.2. Objetivo Específicos 6
III. ESTUDIO DE CAMPO Y RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 7
3.1. Información social 7
3.1.1. Población. 7
3.1.2. Nivel organizacional de la población 7
3.1.3. Actividad económica 7
3.1.4. Educación 7
3.1.5. Salud 7
3.1.6. Servicios Básicos 7
3.1.7. Vivienda 8
3.2. Información técnica Características geográficas de la zona de estudio
8
3.2.1. Investigación de la fuente 8
3.2.2. Topografía 8
3.2.3. Clima 9
3.2.4. Tipo de suelo 9
3.2.5. Vegetación. 9
3.2.6. Fauna. 10
3.3. Información complementaria 10
3.3.1. Nombre de la localidad 10
3.3.2. Ubicación geográfica 10
3.3.3. Mercados abastecedores de materiales 12
3
3.3.4. Vías de comunicación 12
3.3.5. Fuente de materiales 12
IV. MARCO TEORICO 12
4.1. Bases Teóricas 12
4.1.1. Sistemas de abastecimiento de agua potable 12
4.1.2. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad 13
4.1.3. Sistema de abastecimiento de agua por bombeo. 13
4.1.4. Consideraciones a seguir para la selección del sistema de abastecimiento
de agua 13
4.1.5. Periodo de diseño (Población de diseño) 14
4.1.6. Factores que afectan el consumo de agua en su zona 14
4.1.7. Demanda de dotaciones 15
V. MEMORIA DESCRIPTIVA 16
5.1. Parámetros de Diseño. 16
5.1.1. Población futura (Población de diseño) 16
5.1.2. Variaciones periódicas 16
5.2. Captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución. 17
5.2.1. Captación de fondo concentrado 17
5.2.2. Línea de conducción 20
5.2.3. Reservorio apoyado circular. 21
5.2.4. Red de distribución (Abierta) 21
VI. CÁLCULOS 23
6.1. Parámetros de diseño 23
6.1.1. Población futura 23
6.1.2. Caudal medio 23
6.1.3. Caudal máximo diario 24
6.1.4. Caudal máximo horario 24
4
6.2. Captación de Fondo 24
6.2.1. Ancho de pantalla 24
6.2.2. Altura de cámara húmeda 24
6.2.3. Dimensionamiento Canastilla 25
6.2.4. Longitud de la canastilla (L) 26
6.2.5. Área total de las ranuras (At) 26
6.2.6. Tubería rebose y limpieza 26
6.3. Línea de conducción. 27
6.4. Reservorio 28
6.5. Red de distribución. 28
VII. INTERPRETACION DE RESULTADOS 31
VIII. CONCLUSIONES 33
IX. BIBLIOGRAFIA 34
X. ANEXOS 34
XI. JUEGO DE PLANOS 36
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Lista de Figuras
Fig. 1 Mapa del Perú (Cajamarca)………………………………….…………...…..10
Fig. 2 Mapa de la provincia de Celendín……………………………….……...…….11
Fig. 3 Vista satelital del caserío de pilco……………………..…………………..…11
Fig. 4. Dotaciones ………………………………………………………….……….15
Figura 5: altura total de la cámara húmeda…………………………...…………...18
ÍNDICE DE CUADROS.
Cuadro 1. Calculo del caudal de diseño por tramo……………………………..29
Cuadro 2 resumen del cálculo hidráulico de la red……………………………..30
5
I. INTRODUCCIÓN
Antiguamente el ser humano consumía el agua directamente desde las fuentes de
agua superficiales o subterráneas sin tratamiento, con el paso del tiempo se dio la
creación de los sistemas de agua potable esto ha ido mejorando ya que esta es una
solución a la causa de muchas enfermedades causadas por consumir agua
contaminada. Sin embargo, Ahora en pleno siglo XXI, no toda la población cuenta
con sistemas de agua potable, pero en los últimos años los gobiernos locales,
regionales y nacional, han tratado de extender la cobertura de agua y saneamiento
en todo el país, más en zonas rurales donde no se cuenta con un sistema de agua
potable.
Por tal motivo se está proponiendo un sistema de agua potable para el caserío de
Pilco, que se ubica en el departamento de Cajamarca provincia de Celendín.
El presente informe tiene por objetivo diseñar un sistema de agua potable que sea
sostenible el cual involucra medir el caudal del manantial analizar este sistema,
verificando el perfil de la línea de conducción, reservorio, línea de aducción y red
de distribución, así como la detección de problemas que presente el sistema de agua
potable.
Primero se hará un levantamiento topográfico de la zona con GPS, Segundo
calcularemos los parámetros de diseño donde determinaremos el periodo de diseño,
la población futura, dotación, caudal medio, caudal máximo diario y caudal máximo
horario.
Segundo diseñaremos la captación, línea de conducción, reservorio y red de
distribución del sistema.
A lo largo de las páginas siguientes, se explicarán algunos aspectos básicos de
diseño y se explicara el cálculo de cada uno de los componentes del sistema de agua
potable.
6
II. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
- Diseñar un sistema de agua potable para el caserío de Pilco
2.2. Objetivo Específicos
- Realizar un levantamiento topográfico del caserío de pilco
- Determinar las características geográficas de la zona y los parámetros de
diseño para el sistema de agua potable.
- Hacer el diseño hidráulico de la captación, línea de conducción, reservorio y
red de distribución.
7
III. ESTUDIO DE CAMPO Y RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
3.1. Información social
3.1.1. Población.
Se hizo un recuento de las viviendas habitadas existentes y se determinó que
existían 90 viviendas aproximadamente, calculando una población
aproximada de 450 habitantes.
Promedio por casa: 5 habitantes
La mayor parte de la población se dedica al comercio, agricultura y
albañilería.
3.1.2. Nivel organizacional de la población
Cuenta con una junta administradora de servicios de saneamiento (JASS)
Que es la encargada de la administración del servicio de agua en la localidad
de Pilco.
3.1.3. Actividad económica
La principal actividad económica de la población es la agricultura y la
crianza de animales menores el cual lo comercializan en los mercados de la
Ciudad de Celendín.
3.1.4. Educación
La población cuenta con Instituciones educativas tanto en el nivel inicial
como en el nivel primario, por lo que la localidad de Celendín se encuentra
ligeramente lejos al lugar de la comunidad.
3.1.5. Salud
No cuenta con una Centro de salud propio, el hospital en la Ciudad de
Celendín es el más cercano para su atención.
3.1.6. Servicios Básicos
Se cuenta con alumbrado público, excepto algunas casas que se encuentran
por el limite más lejano del caserío, no cuentan con un sistema de
saneamiento adecuado, cabe indicar que existe señal de teléfono celular en
todo el lugar.
8
3.1.7. Vivienda
Las viviendas son de adobe y tapial, con techo de estructura de madera y
cobertura de calamina o teja, estas son de 1 o 2 pisos según sea la cantidad
de personas que vivan en la vivienda.
3.2. Información técnica Características geográficas de la zona de estudio
3.2.1. Investigación de la fuente
Es importante conocer de qué fuentes de agua se abastecerán a la población
(rios, quebradas, manantiales, etc.), examinar los usos que se le dan, además
necesitamos determinar las necesidades promedio de agua por persona, y la
calidad y cantidad de agua de la misma.
Esta información nos permitirá tener una idea para estimar la demanda de la
población futura y ver la necesidad de implementar un sistema de
abastecimiento de agua potable.
Los manantiales más conocidos como ojos de agua son las fuentes más
anheladas para los sistemas de abastecimiento de agua potable por gravedad
sin tratamiento, por lo que se hiso una investigación sobre los manantiales
existentes en la comunidad. Para realizar la selección se visitó todas las
fuentes posibles, determinando la calidad y cantidad de agua en cada una.
Para esto se consideró que el agua sea inodora, incolora y de sabor
agradable. Luego de haber determinado la calidad del agua, necesitamos
conocer la cantidad existente en relación a la población que va hacer
beneficiada
Para saber más acerca de los manantiales se preguntó a los pobladores de
mayor edad, porque conocen por experiencia propia si el agua de una
determinada fuente se puede o no tomar y si la cantidad de agua varía según
las diferentes épocas del año.
Procedimos a medir el caudal del manantial usando el método volumétrico,
donde se obtuvo un caudal de 0.93 l/s
3.2.2. Topografía
El relieve de la zona de estudio se caracteriza por presentarse medianamente
accidentado con pendientes muy medianas y ligeras, con predominio de
9
llanuras a su alrededor, el barrio el caserío de Pilco presenta un fácil acceso,
y la entrada al manantial no representa algún tipo de riesgo.
3.2.3. Clima
El clima que presenta esta zona, es propia de la región quechua baja (2 200
a 2 800 msnm); las precipitaciones comienzan en octubre y se mantiene
hasta mediados de diciembre intensificándose en enero, febrero y marzo
disminuye considerablemente y a partir de abril se tiene una temperatura
media de 13,7°C, en los meses de junio, julio y agosto se presentan heladas,
escarcha y un periodo de estiaje, cabe indicar que esto es algo teórico ya que
el clima en la actualidad es muy cambiante, esto producto del cambio
climático global.
3.2.4. Tipo de suelo
Los suelos que se presentan en esta área tienen una base sedimentaria, es
decir compuesto por rocas y suelo sedimentario generado por la erosión en
las partes más altas ya sea eólica o por las precipitaciones que arrastran
material a la parte más bajas formando el suelo a través de los años, esta
presenta un color marrón oscuro.
Por su estructura es un tipo de suelo mixto presentando características de
suelos arenosos y suelos arcillosos mesclados.
Sus características indican que es un suelo ligeramente resistente para
construcciones de hasta 4 o 5 pisos.
3.2.5. Vegetación.
La vegetación presente en la zona, es propia de la región, no siendo muy
abundante ni variada; existiendo el predominio de herbáceas que se utilizan
en la crianza de animales.
Cabe mencionar que algunas especies presentes en la zona no son propias
del lugar sin embargo han sido adaptadas al medio y forman parte del
paisaje; especien como: el eucalipto, ciprés, sauces, entre otros.
La actividad agrícola también es parte del paisaje en el cual predominan los
cultivos de papas, alfalfa, heno y maíz.
10
3.2.6. Fauna.
Al igual que en la flora no existe variedad de especies, pero se presentan
algunas especies que se han podido identificar como: los sapos y ranas,
insectos y algunas aves como el zorzal.
3.3. Información complementaria
3.3.1. Nombre de la localidad
- Pilco
3.3.2. Ubicación geográfica
Ciudad : Celendín.
Distrito : Celendín.
Provincia : Celendín.
Departamento : Cajamarca.
País : Perú.
Fig. 1 Mapa del Perú (Cajamarca)
11
Fig. 2 Mapa del Celendín (Cajamarca)
Fig. 3 Vista satelital del caserío de Pilco
 Altitud promedio
- 2850 msnm
12
 Coordenadas Geográficas
- Latitud: 6°52'47.75"S
- Longitud: 78° 9'49.28"O
3.3.3. Mercados abastecedores de materiales
Los materiales a utilizar en la construcción del sistema de abastecimiento de
agua potable para el caserío de Pilco como son el cemento, piedra, arena,
tubos, entre otros se pueden adquirir en la localidad de Celendín que se
encuentra a 20 min de Pilco.
3.3.4. Vías de comunicación
El caserío tiene como vía de acceso una carretera afirmada que llega hasta
el lugar de estudio se puede acceder por el jirón el cumbe a la carretera a
Huasmin, se puede acceder con vehículos terrestres (moto, taxi, combi,etc)
en un tiempo aproximado de 20 minutos desde el centro de la ciudad de
Celendín.
3.3.5. Fuente de materiales
Para la construcción del sistema de abastecimiento de agua potable se
necesitarán materiales como cemento, piedra arena, fierro, tubos, etc. estos
se pueden obtener fácilmente en la provincia de Celendín que se encuentra
a 20 min de la localidad.
IV. MARCO TEORICO
4.1. Bases Teóricas
4.1.1. Sistemas de abastecimiento de agua potable
La elaboración del diseño de un sistema de abastecimiento de agua exige
como elementos básicos: fijación de las cantidades de agua a suministrar,
que determinarán la capacidad de las diferentes partes del sistema; estudios
sobre cantidad y calidad del agua disponible en las diferentes fuentes;
reconocimientos del suelo y subsuelo; reunión de informaciones y
antecedentes indispensables para el diseño, para la justificación de las
soluciones adoptadas, para la preparación de su presupuesto, etc.
13
4.1.2. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad
En estos sistemas el agua cae por acción de la fuerza de la gravedad desde
una fuente elevada ubicada en cotas superiores a las de la población a
beneficiar. El agua fluye a través de tuberías para llegar a los consumidores
finales. La energía utilizada para el desplazamiento es la energía potencial
que tiene el agua por su altura.
Las ventajas principales de este tipo de sistema son:
a) No tienen gastos de bombeo.
b) El mantenimiento es pequeño porque apenas tienen partes móviles.
c) La presión del sistema se controla con mayor facilidad.
d) Robustez y fiabilidad.
Incluso los sistemas bombeados suelen diseñarse para distribuir el agua por
gravedad a
partir de un punto determinado.
4.1.3. Sistema de abastecimiento de agua por bombeo.
En los sistemas de agua potable por bombeo, la fuente de agua se encuentra
localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo
necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de
almacenamiento y regulación ubicados en cotas superiores al centro
poblado. Generalmente los sistemas bombeados son diseñados para que el
agua sea distribuida por la fuerza de la gravedad, saliendo desde un punto
determinado. Estos sistemas ayudan a que se pueda distribuir una gran
cantidad de agua para cada una de las personas, por un precio que puede ser
pagado por toda la comunidad.
4.1.4. Consideraciones a seguir para la selección del sistema de abastecimiento de
agua
Los factores que generalmente inciden en la selección apropiada de una
solución tecnológica para el abastecimiento de agua son de tipo técnico,
económico, social y cultural. La secuencia de su aplicación debe ser
analizada de forma tal que permita establecer la opción tecnológica y el
14
nivel de servicio más convenientes y que mejor se ajusten a las condiciones
de las comunidades rurales a ser atendidas
4.1.5. Periodo de diseño (Población de diseño)
El periodo de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema
será 100% eficiente.
Para determinar el periodo de diseño se consideran factores como:
vida útil de las instalaciones, factibilidad de construcción y posibilidades de
ampliación o sustitución, tendencias de crecimiento de la población y
posibilidades de financiamiento.
Tomando en consideración los factores señalados se debe establecer para
cada caso el periodo de diseño aconsejable. A continuación, se indican
algunos rangos de valores asignados para los diversos componentes de los
sistemas de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales:
- Obras de captación: 20 años.
- Conducción: 10a20 años.
- Reservorio: 20 años.
- Redes: 10 a 20 años (tubería principal 20 años, secundaria 10 años).
Para todos los componentes, las normas generales para proyectos de
abastecimiento de agua potable en el medio rural del Ministerio de Salud
recomiendan un periodo de diseño de 20 años.
4.1.6. Factores que afectan el consumo de agua en su zona
Los principales factores que afectan el consumo de agua son: el tipo de
comunidad, factores económicos y sociales, factores climáticos y tamaño de
la comunidad. Independientemente que la población sea rural o urbana, se
debe considerar el consumo doméstico, el industrial, el comercial, el público
y el consumo por perdidas.
Las características económicas y sociales de una población pueden
evidenciarse a través del tipo de vivienda, siendo importante la variación de
consumo por el tipo y tamaño de la construcción.
15
El consumo de agua varia también en función al clima, de acuerdo a la
temperatura y a la distribución de las lluvias; mientras que el consumo per
cápita, varia en relación directa al tamaño de la comunidad.
4.1.7. Demanda de dotaciones
Considerando los factores que determinan la variación de la demanda de
consumo de agua en las diferentes localidades rurales; se obtiene las
dotaciones de acuerdo a las características de la zona.
Considerando las características del lugar y comparando con las que brinda
el ministerio de vivienda construcción y saneamiento en la parte de
formulación de proyectos de inversión pública en el sector saneamiento,
para zonas urbanas considerando el área de la vivienda y el tipo de clima se
tomó la siguiente dotación.
Fig 4. Dotaciones (fuente SNIP)
Dotación considerada para el proyecto: 100 l/hab/dia.
16
V. MEMORIA DESCRIPTIVA
5.1. Parámetros de Diseño.
5.1.1. Población futura (Población de diseño)
El método más utilizado para el cálculo de la población futura en las zonas
rurales es el analítico y con más frecuencia el de crecimiento aritmético.
Este método se utiliza para el cálculo de poblaciones bajo la consideración
de que estas van cambiando en la forma de una progresión aritmética.
La fórmula de crecimiento aritmético es:
𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 ∗ (1 +
𝑟∗𝑡
1000
)……………………………………….(1.1)
Donde:
Pf = Población futura.
Pa = Población actual.
r = Coeficiente de crecimiento anual por 1000 habitantes.
t = Tiempo en años. (20 años, recomendado)
la tasa de crecimiento para calcular la población futura será considerada 5
según el INEI (Departamento de Cajamarca 7, Celendín consideraremos 5)
5.1.2. Variaciones periódicas
 Consumo medio diario anual
El consumo promedio diario anual, se define como el resultado de una
estimacion del consumo per capita para la poblacion futura del periodo de
diseno, expresada en litros por segundo (Vs) y se determina mediante la
siguiente relacion:
Q𝑚 = (
𝑃𝑓∗𝐷
86400
)……………………………………………………..………..(1.2)
Donde:
Qm = Consumo promedio diario (l/s).
Pf = Poblacion futura (hab.).
D = Dotacion (l/hab./dia).
17
 Consumo máximo diario
Día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los
365 días del año cabe indicar que para determinar el día de máximo consumo
teniendo en cuenta el clima es preferible anotar los registros solo de la época
de verano que es el tiempo en que se presenta las altas temperaturas por ende
el consumo más alto.
𝑄𝑚𝑑 = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾1……………………………………(1.3)
 Consumo máximo horario
Hora de máximo consumo del día de máximo consumo.
𝑄𝑚ℎ = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾2………………………………..(1.4)
5.2. Captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución.
5.2.1. Captación de fondo concentrado
Para la captación de un manantial de ladera y concentrado
Según AGÜERO (1997) indica el siguiente conjunto de procedimientos en
el cálculo del diseño de la captación.
- Ancho de la pantalla (b)
El ancho de la pantalla se determina en base a las características propias del
afloramiento, quedando con la condición que se pueda captar toda el agua
proveniente del subsuelo.
Ojo: según estudios ya realizados en ancho de pantalla más utilizados son
0.5 a 2.5 metros.
- Altura de la cámara húmeda
Para determinar la altura total de la cámara húmeda (Ht) se consideran los
elementos identificados los cuales se muestran en la figura 1. En base a
los elementos identificados en la Figura 4, la altura total de la cámara
húmeda se calcula mediante la siguiente ecuación.
18
Figura 5: altura total de la cámara húmeda
𝐇𝐭 = 𝐀 + 𝐁 + 𝐂 + 𝐇 + 𝐄…………………………………………..1.1
Donde:
A: altura del filtro de 10 a 20 cm..
B: Se considera una altura mínima de 10 cm
C: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de salida.
H: Altura de agua.
E: Borde libre (de 10 a 50 cm.).
Para determinar la altura de la captación, es necesario conocer la carga
requerida (H) para que el gasto de salida de la captación pueda fluir por la
tubería de conducción. La carga requerida es determinada mediante la
ecuación 1.2
𝑯 = 𝟏. 𝟓𝟔
𝑽 𝟐
𝟐 𝒈
= 𝟏. 𝟓𝟔
𝑸𝒎𝒅 𝟐
𝟐 𝒈 𝑨 𝟐
……………………………………….1.2
Donde:
H: Carga requerida en m.
Qmd: Caudal máximo diario en m3/s
A: Área de la tubería de salida m2
g =Aceleración de la gravedad igual 9.81 m/s2.
19
- Dimensionamiento de la canastilla
Para el dimensionamiento del diámetro de la canastilla se considera que:
𝐃𝐜𝐚𝐧𝐚𝐬𝐭𝐢𝐥𝐥𝐚 = 𝟐 𝐃𝐜…………………………………1.3
Donde:
Dcanastilla: diámetro de la canastilla
Dc: Diámetro de la tubería de conducción
- Longitud de la canastilla (L)
𝟑 𝐃𝐜 ≥ 𝐋 ≤ 𝟔 𝐃𝐜………………………………1.4
Donde:
L: longitud de la canastilla en m
Dc: Diámetro de conducción en m
- Área total de las ranuras (At)
𝐀𝐭 = 𝟐 𝐀𝐜…………………………………1.5
Donde:
At: Área total de ranuras
Ac: Área de la tubería de la línea de conducción.
- Área de la tubería de conducción
𝑨𝒄 =
𝝅 𝑫𝒄 𝟐
𝟒
………………………………..1.6
Donde:
Ac: Área de la tubería de la línea de conducción en m2
Dc: Diámetro de conducción en m
Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se
determina el número de ranuras.
𝑵 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 =
𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔
𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔
………………..1.7
Donde:
Área total de ranuras (At) en m2
Área de ranura (Ar) en m2
20
- Tubería de rebose y limpieza
En la tubería de rebose y de limpia se recomiendan pendientes de 1 a 1.5%
y considerando el caudal máximo de aforo, se determina el diámetro
mediante la ecuación de Hazen y Williams (para C=140):
𝑫 =
𝟎.𝟕𝟏 𝑸 𝟎.𝟑𝟖
𝒉𝒇 𝟎.𝟐𝟏
………………………………1.7
Donde:
D = Diámetro en pulgadas.
Q = Caudal máximo de la fuente en l/s.
hf = Perdida de carga unitaria en m/m.
5.2.2. Línea de conducción
- Diseño de la tubería. Hazen y Willams.
Para diseñar líneas de conducción de sistemas de agua potable se usa la
fórmula de Hazen la cual se describe a continuación.
𝑫 = (
𝑸
𝟎. 𝟐𝟕𝟗 ∗ 𝑪𝑯
(
𝑳
∆𝐡
)
𝟎.𝟓𝟒
)
𝟏
𝟐.𝟔𝟑
Donde:
D: Diámetro de la línea de conducción (m)
CH: Coeficiente de Hazen y Williams (en función al tipo de material de
tubería)
L: Longitud de tubería (m)
Q: Caudal máximo diario (m3)
∆h: Diferencia de alturas (m)
- Calculo de las perdidas.
Para determinar las pérdidas generadas en la línea de conducción del sistema
de agua potable se usa la fórmula de Hazen la cual se describe a
continuación.
Donde:
D: Diámetro de la línea de conducción (m)
CH: Coeficiente de Hazen y Williams (en función al tipo de material de
tubería)
L: Longitud de tubería (m)
Q: Caudal máximo diario (m3)
hf: Pérdidas (m)
ℎ𝑓 = ∆𝐻 =
10.643 ∗ 𝑄1.852
∗ 𝐿
𝐶𝐻1.852 ∗ 𝐷4.87
21
5.2.3. Reservorio apoyado circular.
Para el calcular del volumen de almacenamiento de un reservorio existen
diferentes se métodos. Como es la determinación de la "curva de masa" o de
"consumo integral", donde se consideran los consumos acumulados, o
también si se dispone de datos de consumo por horas además que la
población solo consuma de una misma fuente, que por lo general es muy
difícil de determinar. Mucho más en las poblaciones rurales no se cuenta
con esta información que nos permita utilizar esos datos para calcular el
volumen de almacenamiento, pero si podemos estimar el consumo medio
diario anual. En base a esta información se calcula el volumen de
almacenamiento.
Para los proyectos de agua potable por gravedad, el Ministerio de Salud
recomienda una capacidad de regulación del reservorio del 25 al 30% del
volumen del consumo promedio diario anual (Qm), es decir que
calcularemos el consumo promedio anual y lo multiplicaremos por el 25%.
Consumo promedio anual
𝑸𝒎 = 𝑷𝒇 ∗ 𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏
Volumen del reservorio considerando el 20 % de Qm
𝑽 = 𝑸𝒎 ∗ 𝟐𝟎%
5.2.4. Red de distribución (Abierta)
Son redes de distribución que están constituidas por un ramal matriz
primaria y una serie de ramificaciones secundarias. Este método es utilizado
cuando la topografia dificulta crear circuitos cerrados y cuando las
poblaciones tienen un desarrollo disperso.
La tubería matriz o principal se instala a lo largo de una calle de la cual se
derivan las tuberías secundarias y luego a los domicilios. La desventaja es
que el flujo esta determinado en un solo sentido, y en caso de sufrir
desperfectos puede dejar sin servicio a una parte de la población ya que se
tendría que cerrar todo el tramo. El otro inconveniente es que en el extremo
de los ramales secundarios se dan los puntos muertos, es decir el agua ya no
22
circula y podría acumularse sedimentos originando malos sabores y olores,
especialmente en las zonas donde las casas están mas separadas. Por ende
en los puntos muertos se requiere instalar válvulas de purga con la finalidad
de limpiar y evitar la contaminación del agua.
Lo primero para diseñar una red abierta es determinar el caudal máximo
horario el cual ya se calculó anteriormente.
Luego se calculamos el caudal unitario (caudal por persona).
(Q unitario) = (Qmh)/(población futura).
Seguidamente identificamos los tramos en el plano topográfico, donde
además se determinarán el número de viviendas por tramo, para luego
calcular la población(futura) y caudal por tramo, que se aplicara en el diseño
de la tubería de la red.
Para calcular la población futura por tramo se tiene que determinar el factor
de crecimiento que es igual a:
Factor de crecimiento = Población futura / población actual.
Los resultados del cálculo hidráulico se muestran en un Cuadro.
Explicaremos los valores de las columnas del siguiente modo:
 Columna 1: Se identifican los tramos a diseñar.
 Columna 2: Caudal determinado con el caudal unitario y la población
futura por tramo.
 Columna 3: Caudal de diseño, determinado por los caudales
acumulados desde el tramo final.
 Columna 4: Longitud de los tramos en metros.
 Columna 5: Diámetro máximo a utilizar calculado con la velocidad
mínima.
 Columna 6: Diámetro mínimo a utilizar calculado con la velocidad
máxima.
 Columna 7: Diámetro definido determinado entre las columnas 5 y 6.
 Columna 8: Velocidades por tramo
 Columna 9: Perdidas de carga por tramo. (Hazen wiliams)
 Columna 10: Se parte del reservorio considerando el primer tramo o
punto igual a la cota del reservorio. Para los siguientes tramos la cota
piezometrica inicial será igual a la cota piezometrica del tramo anterior
 Columna 11: la cota piezometrica final será igual a la diferencia de la
columna 10 y 9.
 Columna 12: Cota inicial del terreno.
23
 Columna 13: Cota final del terreno
 Columna 14: Se calcula mediante la diferencia de las columnas 10
(cota piezometrica inicial) y 12 (cota del terreno inicial)
 Columna 15: Se calcula mediante la diferencia de las columnas 11(cota
piezometrica final) y 13(cota del terreno final)
VI. CÁLCULOS
6.1. Parámetros de diseño
6.1.1. Población futura
Utilizaremos la ecuación (1.1) el método de crecimiento aritmético que es
el más usado en zonas rurales.
Datos
- Población actual (Pa) : 450 habitantes
- Taza de crecimiento (r): 5 (Fuente inei)
- Tiempo considerado para la población futura (t): 20 años.
𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 ∗ (1 +
𝑟 ∗ 𝑡
1000
)
𝑃𝑓 = 450 ∗ (1 +
5 ∗ 20
1000
)
𝑷𝒇 = 𝟒𝟗𝟓 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔.
6.1.2. Caudal medio
Para calcular el caudal medio utilizaremos la ecuación (1.2)
Datos
- Población actual (Pf) : 495 habitantes
- Dotacion (D): 100 l/hab/dia
𝑄𝑚 =
𝑃𝑓 ∗ 𝐷
86400
)
𝑄𝑚 =
495 ∗ 100
86400
)
𝐐𝐦 = 𝟎. 𝟓𝟕𝟑 𝐥/𝐬
24
6.1.3. Caudal máximo diario
Para calcular el caudal máximo diario utilizaremos la ecuación (1.3)
Datos
- Caudal medio (Qm): 0.573 l/s
- Coeficiente de variación (K1): 1.3
𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾1
𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 = 0.573 ∗ 1.3
𝑸𝒎𝒂𝒙𝒅 =0.745 l/s
6.1.4. Caudal máximo horario
Para calcular el caudal máximo horario utilizaremos la ecuación (1.4)
Datos
- Caudal medio (Qm): 0.573 l/s
- Coeficiente de variación (K1): 1.3
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾2
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 0.573 ∗ 2
𝑸𝒎𝒂𝒙𝒉 = 𝟏. 𝟏𝟒𝟔 𝒍/𝒔
6.2. Captación de Fondo
Datos necesarios para hacer los cálculos de la captación:
- Caudal máximo de la fuente: 1.6 l/s (caudal aforado en época de lluvia)
- Caudal máximo diario: 0.745 l/s
- Diámetro de la línea de conducción: 1.5 ′′
6.2.1. Ancho de pantalla
El ancho de la pantalla se determinó en base a las características propias del
afloramiento, condicionado a que pueda captar toda el agua proveniente del
subsuelo:
- Considerando todo lo dicho el ancho de pantalla será de 1 metro
6.2.2. Altura de cámara húmeda
Para determinar la altura total de la cámara húmeda (Ht) utilizaremos la
ecuación 1.1
𝐇𝐭 = 𝐀 + 𝐁 + 𝐂 + 𝐇 + 𝐄
25
Donde:
A: Altura del filtro de 10 a 20 cm.
B: Se considera una altura mínima de 10 cm
C: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de salida.
H: Altura de agua.
E: Borde libre (de 10 a 50 cm.).
Datos:
A: 15 cm
B: 10 cm
C: 3.81 cm (1.5′′)
H: ?
E: 40 cm
Calculamos H
A =
π D2
4
A =
π ∗ 0.03812
4
𝐀 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟒 𝐦 𝟐
𝐻 = 1.56
𝑄𝑚𝑑2
2 𝑔 𝐴2
𝐻 = 1.56
0.0007452
2 ∗ 9.81 ∗ 0.001142
𝑯 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟑𝟗 𝒎
H=3.39 cm, pero se asume una altura mínima de 30 cm
Entonces la altura total será:
Ht = A + B + C + H + E
Ht = 15 + 10 + 3.81 + 30 + 40
𝐇𝐭 = 𝟗𝟖. 𝟖𝟏 cm
Ht=98.81 cm, pero consideramos una altura de 1.0 m
6.2.3. Dimensionamiento Canastilla
Para el dimensionamiento del diámetro de la canastilla se calcula:
Dcanastilla = 2 Dc
Dcanastilla = 2 ∗ 1.5′′
𝐃𝐜𝐚𝐧𝐚𝐬𝐭𝐢𝐥𝐥𝐚 = 𝟑′′
26
6.2.4. Longitud de la canastilla (L)
3 Dc ≥ L ≤ 6 Dc
L = 3 Dc = 3 ∗ 3.81 = 𝟏𝟏. 𝟒𝟑 𝐜𝐦
L = 6 Dc = 6 ∗ 3.81 = 𝟐𝟐. 𝟖𝟔 𝐜𝐦
La longitud de diseño será 20 cm.
6.2.5. Área total de las ranuras (At)
At = 2 Ac
Ac =
π 0.03812
4
𝑨𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟒 𝒎 𝟐
Entonces At = 2Ac = 0.00228 m2
Área de ranura = 0.005 m *0.007 m = 0.000035 m2
Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se
determinamos el número de ranuras.
N de ranuras =
Area total de ranuras
Area de ranuras
N de ranuras =
0.00228 m2
0.000035 m2
𝑵 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 = 𝟖𝟎
6.2.6. Tubería rebose y limpieza
Para calcular el diámetro de la tubería de limpieza y rebose utilizamos la
ecuación 1.7
Diámetro tubería de rebose Diámetro tubería de limpieza
D =
0.71 𝑄 𝑚𝑎𝑥
0.38
hf0.21
D =
0.71 𝑄 𝑚𝑎𝑥
0.38
hf0.21
D =
0.71 ∗ 1.60.38
0.0150.21
D =
0.71 ∗ 1.60.38
0.020.21
𝑫 = 𝟐. 𝟎𝟓′′ 𝑫 = 𝟏. 𝟗𝟓 ′′
Teniendo en cuenta los resultados asumiremos 2 pulgadas para la tubería de
rebose y limpieza. Y el cono de rebose será de 2 x 4 pulg.
27
6.3. Línea de conducción.
 Cálculo del diámetro
Datos:
Caudal Máximo diario (Qmd): 0.000745 m3/s
Longitud de la tubería de conducción (L): 980 m
Diferencia de alturas entre captación y reservorio (∆h): 35 m
Coeficiente de Hazen y Williams (CH): 140 (tubería PVC)
𝐷 = (
𝑄𝑚𝑑
0.279∗ 𝐶𝐻
(
𝐿
∆h
)
0.54
)
1
2.63
𝐷 = (
0.000745
0.279 ∗ 140
(
890
35
)
0.54
)
1
2.63
𝑫 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟏 𝒎= 1.5′′
Entonces el diámetro de la línea de conducción es de 1.5′′
 Calculo de pérdidas.
Usaremos la fórmula de Hazen y willimas.
hf = 13.18 m
 Calculo la presión dinámica en el reservorio.
Para calcular la presión usamos la ecuación de Bernoulli.
𝑷
𝜸
= 𝟑𝟎. 𝟎𝟗 𝒎. 𝒄. 𝒂
ℎ𝑓 = ∆𝐻 =
10.643 ∗ 𝑄1.852
∗ 𝐿
𝐶𝐻1.852 ∗ 𝐷4.87
ℎ𝑓 = ∆𝐻 =
10.643 ∗ 0.0007451.852
∗ 890
1401.852 ∗ 0.03814.87
28
6.4. Reservorio
Consumo promedio anual
𝑸𝒎 = 𝑷𝒇 ∗ 𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏
𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓 ∗ 𝟏𝟎𝟎
𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓𝟎𝟎
Volumen del reservorio considerando el 20 % de Qm
𝑽 = 𝑸𝒎 ∗ 𝟐𝟎%
𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝟎. 𝟐
𝑸𝒎 = 𝟗𝟗𝟎𝟎 𝒍
Entonces para el volumen de almacenamiento asumiremos algo más de lo
calculado agregándole un volumen de reserva extra y otro volumen contra
incendios.
Volumen definido: 13 m3.
Con el volumen (12m3) determinamos el diámetro y la altura del reservorio cuyas
medidas son:
Altura total = 1.85 m
Borde libre = 0.30 m
Altura del agua = 1.55 m
Diámetro = 3.00 m
6.5. Red de distribución.
Lo primero para diseñar una red abierta es determinar el caudal máximo horario.
Qmh = 1.14 l/s
Luego se calculamos el caudal unitario (caudal por persona).
Pf: 495 hab
(Q unitario.) = (Qmh)/(población futura).
Q unitario = 1.14 / 495
Q unitario = 0.0023388 l/s/hab
calculamos el factor de crecimiento:
29
Factor de crecimiento = Población futura / población actual.
Factor de crecimiento = 495/450
Factor de crecimiento= 1.09
Seguidamente identificamos los tramos en el plano topográfico y calculamos el
caudal de diseño, el cual se muestra a continuación.
Cuadro 1. Calculo del caudal de diseño por tramo.
Los resultados del cálculo hidráulico de la red se muestran en el Cuadro 7.2.
En donde los cálculos que se han realizado por columna, ya se explicaron
anteriormente.
n
TRAMO
Nro de Viv
por tramo
Nro de Hab.
Pob. futura
por tramo
Pob. Fut
Aum:
Gasto por
Tramo
Gasto por
Tramo acum.
1 Reser-A 0 0 0 0 0 0
2 A-B 5 25 27 490 0.0631 1.146
3 A-C 10 50 54 463 0.1263 1.082853061
4 A-D 4 20 22 409 0.0515 0.956559184
5 D-E 4 20 22 387 0.0515 0.905106122
6 D-CRP1 1 5 5 365 0.0117 0.853653061
7 CRP1-F 9 45 49 360 0.1146 0.841959184
8 D-G 5 25 27 311 0.0631 0.727359184
9 G-H 4 20 22 284 0.0515 0.664212245
10 G-I 3 15 16 262 0.0374 0.612759184
11 I-J 5 25 27 246 0.0631 0.575338776
12 I-CRP2 1 5 5 219 0.0117 0.512191837
13 CRP2-K 3 15 16 214 0.0374 0.500497959
14 K-L 8 40 44 198 0.1029 0.463077551
15 K-M 4 20 22 154 0.0515 0.360171429
16 K-N 3 15 16 132 0.0374 0.308718367
17 N-O 5 25 27 116 0.0631 0.271297959
18 N-P 5 25 27 89 0.0631 0.20815102
19 P-Q 4 20 22 62 0.0515 0.145004082
20 P-R 7 35 38 40 0.0889 0.09355102
30
Cuadro2.RESUMENDELCALCULOHIDRAULICODELAREDDEDISTRIBUCION
123456789101112131415
TRAMODISEÑO(l/s)D(Vel.0.6)D(Vel.3.0)
D
(definido
enpulg)
InicialFinalInicialFinalInicialFinal
TramoPrinc.Reser-A0.0001.141116.21.9380.86620.5630.9342872.92871.9662872.928500.00021.97
Tramosec.A-B0.0631.141337.51.9380.86611/21.00111.0132871.9662860.9522850285021.96610.95
Tramosec.A-C0.1261.078696.91.8830.84220.5325.0422871.9662866.9242850285021.96616.92
TramoPrinc.A-D0.0510.9524061.7690.79111/20.8359.4672871.9662862.4992850285021.96612.50
Tramosec.D-E0.0510.9001501.7210.77011/20.7903.1552862.4992859.3442850285012.4999.34
TramoPrinc.D-CRP10.0120.849124.11.6710.74711/41.0725.6892862.4992840.0002850284012.4990.00
Tramosec.CRP1-F0.1150.837399.51.6600.74211/20.7347.3452840.0002832.655284028280.0004.65
TramoPrinc.D-G0.0630.723674.51.5420.68911/20.6349.4422862.4992853.0572820283842.49915.06
Tramosec.G-H0.0510.660108.21.4730.65911.3029.2122853.0572843.8452838282615.05717.85
TramoPrinc.G-I0.0370.6086621.4140.63211/20.5336.7312853.0572846.3262838282015.05726.33
Tramosec.I-J0.0630.5712841.3700.61311/40.7216.2382846.3262840.0872820283026.32610.09
TramoPrinc.I-CRP20.0120.508351.2920.57811.0021.8342840.0872815.0002820281520.0870.00
TramoPrinc.CRP2-K0.0370.496153.21.2770.57111/40.6262.5942815.0002812.406281528030.0009.41
Tramosec.K-L0.1030.458196.41.2280.54910.9058.5242812.4062803.882280327999.4064.88
Tramosec.K-M0.0510.355238.11.0810.48410.7026.4532812.4062805.953280327829.40623.95
TramoPrinc.K-N0.0370.304192.631.0000.44710.6003.9082812.4062808.498280328009.4068.50
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TramoPrinc.P-R0.0890.089131.50.5410.2421/20.7027.9982798.8972790.900278927689.89722.90
Perdidas.
(m)
COTAPIEZOMETRICA(m.s.n.m)COTADELTERRENO(m.s.n.m)PRESION(m.c.a)
TRAMO
CAUDAL
Long.(m)
DIAMETRO(pulg.)
Veloc.
(m/s)
31
VII. INTERPRETACION DE RESULTADOS
Cuadro de resultados
PARAMETRO VALOR INTERPRETACION
Parámetros
de diseño
1.Población futura 495 hab Es la población futura
beneficiada con el proyecto en un
periodo de tiempo de 20 años
2.Caudal medio 0.573 l/s Este caudal es menor que el
caudal mínimo de la fuente así
que indica que el proyecto es
factible.
3. Caudal máximo diario 0.745 l/s Indica el máximo caudal
consumido en época de sequía.
4. Caudal máximo
horario
1.146 l/s Indica la hora de máximo
consumido en el día de mayor
consumo.
Captación
1. Ancho de
Pantalla
1 m Indica el tamaño del
afloramiento de agua del
manantial.
2. Altura de la
cámara Húmeda
1 m Indica el dimensionamiento de la
captación.
3. Canastilla:
- Diámetro
- Longitud
- # de ranuras
2 pulg.
20 cm
80
Estos valores calculados indican
las dimensiones de la canastilla
que se va a utilizar en la
captación.
4. Tubería de rebose
y limpieza.
- Cono de revose
2 pulg.
2 x 4
pulg.
Son accesorios que permitirán la
limpieza de la captación y
rebose del agua excedente.
Línea de
conducción
1. Diámetro de
conducción.
Indica el tamaño de la tubería a
utilizar en el proyecto.
2. Perdidas Indica la cantidad de presión
perdida en el tramo de línea de
conducción.
3. Presión dinámica Es la presión de llegada al
reservorio cuando la llave de
paso esta abierta.
Reservorio 1. Volumen 13 m3 Nos da a conocer el volumen
necesario para abastecer a La
población durante todo el día.
Red de
Distribución
1. Diámetros ½ a 2
pulg
Es el diseño de la tubería de la
red de distribución, usando esos
diámetros cumplimos con las
presiones y velocidades
recomendadas en el sistema.
2. Velocidades De 0.5 a
2 m/s
Las velocidades obtenidas
cumplen con el rango
establecido por la norma.
32
3. Presiones De 3 a 50
m.c.a
Las presiones también cumplen
con los rangos establecidos para
un domicilio.
Analizando los resultados obtenidos de manera general podemos concluir lo
siguiente:
Teniendo como dato el caudal de la fuente y también calculado el caudal
promedio, podemos determinar que es proyecto es factible, ya que el caudal de la
fuente es mayor que el caudal medio calculado a partir de la población futura y la
dotación.
Y así como este parámetro cumple también los demás están dentro de los rangos
establecido por las normas. Que se usan en los proyectos de sistemas de agua
potable.
33
VIII. CONCLUSIONES
Se concluye lo siguiente:
- Diseñamos un sistema de agua potable para el caserío de Pilco
- Realizamos un levantamiento topográfico del caserío de pilco
- Determinamos las características geográficas de la zona y los parámetros de
diseño para el sistema de agua potable.
- Logramos hacer el diseño hidráulico de la captación, línea de conducción,
reservorio y red de distribución.
34
IX. BIBLIOGRAFIA
 Agüero Pittman.R, 1997. AGUAPOTABLE PARA POBLACIONES, sistema de
abastecimiento por gravedad sin tratamiento. Consultado 1 jun. 2017. Disponible
en http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/agua_potable/agua_potable_para
_poblaciones_rurales_sistemas_de_abastecim.pdf.
 MINISTERIO DE VIVIENDA, CONSTRUCCIÓN Y SANEAMIENTO (2006)
Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima: Ministerio de Vivienda,
Construcción y Saneamiento.
X. ANEXOS
i) Reconocimiento de la zona de estudio (CASERIO DE PILCO)
35
ii). Tabla de tasa de crecimiento por Departamento
3.6 TASA DE CRECIMIENTO PROMEDIO ANUAL DE LA POBLACIÓN CENSADA, SEGÚN
DEPARTAMENTO, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 Y 2007
Departamento
Tasa de Crecimiento Promedio Anual (%)
1940-
1961
1961-
1972
1972-1981 1981-1993 1993-2007
Total 2.2 2.9 2.5 2.2 1.5
Amazonas 2.9 4.6 3.0 2.4 0.8
Áncash 1/ 1.5 2.0 1.4 1.2 0.8
Apurímac 0.5 0.6 0.5 1.4 0.4
Arequipa 1.9 2.9 3.2 2.2 1.6
Ayacucho 0.6 1.0 1.1 -0.2 1.5
Cajamarca 1/ 2.0 1.9 1.2 1.7 0.7
Prov. Const. del Callao 2/ 4.6 3.8 3.6 3.1 2.2
Cusco 1.1 1.4 1.7 1.8 0.9
Huancavelica 1.0 0.8 0.5 0.9 1.2
Huánuco 1/ 1.6 2.1 1.6 2.7 1.1
Ica 2.9 3.1 2.2 2.2 1.6
Junín 1/ 2.1 2.7 2.2 1.6 1.2
La Libertad 1/ 2.0 2.8 2.5 2.2 1.7
Lambayeque 2.8 3.8 3.0 2.6 1.3
Lima 4.4 5.0 3.5 2.5 2.0
Loreto 1/ 2.8 2.9 2.8 3.0 1.8
Madre de Dios 5.4 3.3 4.9 6.1 3.5
Moquegua 2.0 3.4 3.5 2.0 1.6
Pasco 1/ 2.0 2.3 2.0 0.5 1.5
Piura 2.4 2.3 3.1 1.8 1.3
Puno 1.1 1.1 1.5 1.6 1.1
San Martín 2.6 3.0 4.0 4.7 2.0
Tacna 2.9 3.4 4.5 3.6 2.0
Tumbes 3.7 2.9 3.4 3.4 1.8
Ucayali 1/ 6.8 5.9 3.4 5.6 2.2
36
1/ Reconstruidos de acuerdo a la División Político Administrativa de 2007, considerando los cambios ocurridos en cada uno de los
departamentos en los periodos correspondientes.
2/ Por mandato Constitucional del 22 de abril de 1857, se reconoce como Provincia Constitucional del Cal lao a la Provincia Litoral
del Callao.
Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI) - Censos Nacionales de Población y
Vivienda, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 y 2007.
XI. JUEGO DE PLANOS

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Proyecto integral de un sistema de agua potable pilco

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONALDE CAJAMARCA “Norte De La Universidad Peruana” FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA “Año de la lucha contra la corrupción e impunidad” CURSO:  SANEAMIENTO AMBIENTAL TEMA:  Diseño sistema de abastecimiento de agua en el caserío de Pilco – Celendín. ALUMNO:  SALAZAR TARRILLO, Josué. DOCENTE:  Ing. LEYLA DIAZ CADENILLAS CICLO:  X Celendín, noviembre de 2019 COPYRYGHT  2019 by JOSUE EDILFREDO SALAZAR TARRILLO Todos los derechos reservados
  • 2. 2 CONTENIDO GENERAL I. INTRODUCCIÓN 5 II. OBJETIVOS 6 2.1. Objetivo General 6 2.2. Objetivo Específicos 6 III. ESTUDIO DE CAMPO Y RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 7 3.1. Información social 7 3.1.1. Población. 7 3.1.2. Nivel organizacional de la población 7 3.1.3. Actividad económica 7 3.1.4. Educación 7 3.1.5. Salud 7 3.1.6. Servicios Básicos 7 3.1.7. Vivienda 8 3.2. Información técnica Características geográficas de la zona de estudio 8 3.2.1. Investigación de la fuente 8 3.2.2. Topografía 8 3.2.3. Clima 9 3.2.4. Tipo de suelo 9 3.2.5. Vegetación. 9 3.2.6. Fauna. 10 3.3. Información complementaria 10 3.3.1. Nombre de la localidad 10 3.3.2. Ubicación geográfica 10 3.3.3. Mercados abastecedores de materiales 12
  • 3. 3 3.3.4. Vías de comunicación 12 3.3.5. Fuente de materiales 12 IV. MARCO TEORICO 12 4.1. Bases Teóricas 12 4.1.1. Sistemas de abastecimiento de agua potable 12 4.1.2. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad 13 4.1.3. Sistema de abastecimiento de agua por bombeo. 13 4.1.4. Consideraciones a seguir para la selección del sistema de abastecimiento de agua 13 4.1.5. Periodo de diseño (Población de diseño) 14 4.1.6. Factores que afectan el consumo de agua en su zona 14 4.1.7. Demanda de dotaciones 15 V. MEMORIA DESCRIPTIVA 16 5.1. Parámetros de Diseño. 16 5.1.1. Población futura (Población de diseño) 16 5.1.2. Variaciones periódicas 16 5.2. Captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución. 17 5.2.1. Captación de fondo concentrado 17 5.2.2. Línea de conducción 20 5.2.3. Reservorio apoyado circular. 21 5.2.4. Red de distribución (Abierta) 21 VI. CÁLCULOS 23 6.1. Parámetros de diseño 23 6.1.1. Población futura 23 6.1.2. Caudal medio 23 6.1.3. Caudal máximo diario 24 6.1.4. Caudal máximo horario 24
  • 4. 4 6.2. Captación de Fondo 24 6.2.1. Ancho de pantalla 24 6.2.2. Altura de cámara húmeda 24 6.2.3. Dimensionamiento Canastilla 25 6.2.4. Longitud de la canastilla (L) 26 6.2.5. Área total de las ranuras (At) 26 6.2.6. Tubería rebose y limpieza 26 6.3. Línea de conducción. 27 6.4. Reservorio 28 6.5. Red de distribución. 28 VII. INTERPRETACION DE RESULTADOS 31 VIII. CONCLUSIONES 33 IX. BIBLIOGRAFIA 34 X. ANEXOS 34 XI. JUEGO DE PLANOS 36 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Lista de Figuras Fig. 1 Mapa del Perú (Cajamarca)………………………………….…………...…..10 Fig. 2 Mapa de la provincia de Celendín……………………………….……...…….11 Fig. 3 Vista satelital del caserío de pilco……………………..…………………..…11 Fig. 4. Dotaciones ………………………………………………………….……….15 Figura 5: altura total de la cámara húmeda…………………………...…………...18 ÍNDICE DE CUADROS. Cuadro 1. Calculo del caudal de diseño por tramo……………………………..29 Cuadro 2 resumen del cálculo hidráulico de la red……………………………..30
  • 5. 5 I. INTRODUCCIÓN Antiguamente el ser humano consumía el agua directamente desde las fuentes de agua superficiales o subterráneas sin tratamiento, con el paso del tiempo se dio la creación de los sistemas de agua potable esto ha ido mejorando ya que esta es una solución a la causa de muchas enfermedades causadas por consumir agua contaminada. Sin embargo, Ahora en pleno siglo XXI, no toda la población cuenta con sistemas de agua potable, pero en los últimos años los gobiernos locales, regionales y nacional, han tratado de extender la cobertura de agua y saneamiento en todo el país, más en zonas rurales donde no se cuenta con un sistema de agua potable. Por tal motivo se está proponiendo un sistema de agua potable para el caserío de Pilco, que se ubica en el departamento de Cajamarca provincia de Celendín. El presente informe tiene por objetivo diseñar un sistema de agua potable que sea sostenible el cual involucra medir el caudal del manantial analizar este sistema, verificando el perfil de la línea de conducción, reservorio, línea de aducción y red de distribución, así como la detección de problemas que presente el sistema de agua potable. Primero se hará un levantamiento topográfico de la zona con GPS, Segundo calcularemos los parámetros de diseño donde determinaremos el periodo de diseño, la población futura, dotación, caudal medio, caudal máximo diario y caudal máximo horario. Segundo diseñaremos la captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución del sistema. A lo largo de las páginas siguientes, se explicarán algunos aspectos básicos de diseño y se explicara el cálculo de cada uno de los componentes del sistema de agua potable.
  • 6. 6 II. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General - Diseñar un sistema de agua potable para el caserío de Pilco 2.2. Objetivo Específicos - Realizar un levantamiento topográfico del caserío de pilco - Determinar las características geográficas de la zona y los parámetros de diseño para el sistema de agua potable. - Hacer el diseño hidráulico de la captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución.
  • 7. 7 III. ESTUDIO DE CAMPO Y RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 3.1. Información social 3.1.1. Población. Se hizo un recuento de las viviendas habitadas existentes y se determinó que existían 90 viviendas aproximadamente, calculando una población aproximada de 450 habitantes. Promedio por casa: 5 habitantes La mayor parte de la población se dedica al comercio, agricultura y albañilería. 3.1.2. Nivel organizacional de la población Cuenta con una junta administradora de servicios de saneamiento (JASS) Que es la encargada de la administración del servicio de agua en la localidad de Pilco. 3.1.3. Actividad económica La principal actividad económica de la población es la agricultura y la crianza de animales menores el cual lo comercializan en los mercados de la Ciudad de Celendín. 3.1.4. Educación La población cuenta con Instituciones educativas tanto en el nivel inicial como en el nivel primario, por lo que la localidad de Celendín se encuentra ligeramente lejos al lugar de la comunidad. 3.1.5. Salud No cuenta con una Centro de salud propio, el hospital en la Ciudad de Celendín es el más cercano para su atención. 3.1.6. Servicios Básicos Se cuenta con alumbrado público, excepto algunas casas que se encuentran por el limite más lejano del caserío, no cuentan con un sistema de saneamiento adecuado, cabe indicar que existe señal de teléfono celular en todo el lugar.
  • 8. 8 3.1.7. Vivienda Las viviendas son de adobe y tapial, con techo de estructura de madera y cobertura de calamina o teja, estas son de 1 o 2 pisos según sea la cantidad de personas que vivan en la vivienda. 3.2. Información técnica Características geográficas de la zona de estudio 3.2.1. Investigación de la fuente Es importante conocer de qué fuentes de agua se abastecerán a la población (rios, quebradas, manantiales, etc.), examinar los usos que se le dan, además necesitamos determinar las necesidades promedio de agua por persona, y la calidad y cantidad de agua de la misma. Esta información nos permitirá tener una idea para estimar la demanda de la población futura y ver la necesidad de implementar un sistema de abastecimiento de agua potable. Los manantiales más conocidos como ojos de agua son las fuentes más anheladas para los sistemas de abastecimiento de agua potable por gravedad sin tratamiento, por lo que se hiso una investigación sobre los manantiales existentes en la comunidad. Para realizar la selección se visitó todas las fuentes posibles, determinando la calidad y cantidad de agua en cada una. Para esto se consideró que el agua sea inodora, incolora y de sabor agradable. Luego de haber determinado la calidad del agua, necesitamos conocer la cantidad existente en relación a la población que va hacer beneficiada Para saber más acerca de los manantiales se preguntó a los pobladores de mayor edad, porque conocen por experiencia propia si el agua de una determinada fuente se puede o no tomar y si la cantidad de agua varía según las diferentes épocas del año. Procedimos a medir el caudal del manantial usando el método volumétrico, donde se obtuvo un caudal de 0.93 l/s 3.2.2. Topografía El relieve de la zona de estudio se caracteriza por presentarse medianamente accidentado con pendientes muy medianas y ligeras, con predominio de
  • 9. 9 llanuras a su alrededor, el barrio el caserío de Pilco presenta un fácil acceso, y la entrada al manantial no representa algún tipo de riesgo. 3.2.3. Clima El clima que presenta esta zona, es propia de la región quechua baja (2 200 a 2 800 msnm); las precipitaciones comienzan en octubre y se mantiene hasta mediados de diciembre intensificándose en enero, febrero y marzo disminuye considerablemente y a partir de abril se tiene una temperatura media de 13,7°C, en los meses de junio, julio y agosto se presentan heladas, escarcha y un periodo de estiaje, cabe indicar que esto es algo teórico ya que el clima en la actualidad es muy cambiante, esto producto del cambio climático global. 3.2.4. Tipo de suelo Los suelos que se presentan en esta área tienen una base sedimentaria, es decir compuesto por rocas y suelo sedimentario generado por la erosión en las partes más altas ya sea eólica o por las precipitaciones que arrastran material a la parte más bajas formando el suelo a través de los años, esta presenta un color marrón oscuro. Por su estructura es un tipo de suelo mixto presentando características de suelos arenosos y suelos arcillosos mesclados. Sus características indican que es un suelo ligeramente resistente para construcciones de hasta 4 o 5 pisos. 3.2.5. Vegetación. La vegetación presente en la zona, es propia de la región, no siendo muy abundante ni variada; existiendo el predominio de herbáceas que se utilizan en la crianza de animales. Cabe mencionar que algunas especies presentes en la zona no son propias del lugar sin embargo han sido adaptadas al medio y forman parte del paisaje; especien como: el eucalipto, ciprés, sauces, entre otros. La actividad agrícola también es parte del paisaje en el cual predominan los cultivos de papas, alfalfa, heno y maíz.
  • 10. 10 3.2.6. Fauna. Al igual que en la flora no existe variedad de especies, pero se presentan algunas especies que se han podido identificar como: los sapos y ranas, insectos y algunas aves como el zorzal. 3.3. Información complementaria 3.3.1. Nombre de la localidad - Pilco 3.3.2. Ubicación geográfica Ciudad : Celendín. Distrito : Celendín. Provincia : Celendín. Departamento : Cajamarca. País : Perú. Fig. 1 Mapa del Perú (Cajamarca)
  • 11. 11 Fig. 2 Mapa del Celendín (Cajamarca) Fig. 3 Vista satelital del caserío de Pilco  Altitud promedio - 2850 msnm
  • 12. 12  Coordenadas Geográficas - Latitud: 6°52'47.75"S - Longitud: 78° 9'49.28"O 3.3.3. Mercados abastecedores de materiales Los materiales a utilizar en la construcción del sistema de abastecimiento de agua potable para el caserío de Pilco como son el cemento, piedra, arena, tubos, entre otros se pueden adquirir en la localidad de Celendín que se encuentra a 20 min de Pilco. 3.3.4. Vías de comunicación El caserío tiene como vía de acceso una carretera afirmada que llega hasta el lugar de estudio se puede acceder por el jirón el cumbe a la carretera a Huasmin, se puede acceder con vehículos terrestres (moto, taxi, combi,etc) en un tiempo aproximado de 20 minutos desde el centro de la ciudad de Celendín. 3.3.5. Fuente de materiales Para la construcción del sistema de abastecimiento de agua potable se necesitarán materiales como cemento, piedra arena, fierro, tubos, etc. estos se pueden obtener fácilmente en la provincia de Celendín que se encuentra a 20 min de la localidad. IV. MARCO TEORICO 4.1. Bases Teóricas 4.1.1. Sistemas de abastecimiento de agua potable La elaboración del diseño de un sistema de abastecimiento de agua exige como elementos básicos: fijación de las cantidades de agua a suministrar, que determinarán la capacidad de las diferentes partes del sistema; estudios sobre cantidad y calidad del agua disponible en las diferentes fuentes; reconocimientos del suelo y subsuelo; reunión de informaciones y antecedentes indispensables para el diseño, para la justificación de las soluciones adoptadas, para la preparación de su presupuesto, etc.
  • 13. 13 4.1.2. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad En estos sistemas el agua cae por acción de la fuerza de la gravedad desde una fuente elevada ubicada en cotas superiores a las de la población a beneficiar. El agua fluye a través de tuberías para llegar a los consumidores finales. La energía utilizada para el desplazamiento es la energía potencial que tiene el agua por su altura. Las ventajas principales de este tipo de sistema son: a) No tienen gastos de bombeo. b) El mantenimiento es pequeño porque apenas tienen partes móviles. c) La presión del sistema se controla con mayor facilidad. d) Robustez y fiabilidad. Incluso los sistemas bombeados suelen diseñarse para distribuir el agua por gravedad a partir de un punto determinado. 4.1.3. Sistema de abastecimiento de agua por bombeo. En los sistemas de agua potable por bombeo, la fuente de agua se encuentra localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de almacenamiento y regulación ubicados en cotas superiores al centro poblado. Generalmente los sistemas bombeados son diseñados para que el agua sea distribuida por la fuerza de la gravedad, saliendo desde un punto determinado. Estos sistemas ayudan a que se pueda distribuir una gran cantidad de agua para cada una de las personas, por un precio que puede ser pagado por toda la comunidad. 4.1.4. Consideraciones a seguir para la selección del sistema de abastecimiento de agua Los factores que generalmente inciden en la selección apropiada de una solución tecnológica para el abastecimiento de agua son de tipo técnico, económico, social y cultural. La secuencia de su aplicación debe ser analizada de forma tal que permita establecer la opción tecnológica y el
  • 14. 14 nivel de servicio más convenientes y que mejor se ajusten a las condiciones de las comunidades rurales a ser atendidas 4.1.5. Periodo de diseño (Población de diseño) El periodo de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente. Para determinar el periodo de diseño se consideran factores como: vida útil de las instalaciones, factibilidad de construcción y posibilidades de ampliación o sustitución, tendencias de crecimiento de la población y posibilidades de financiamiento. Tomando en consideración los factores señalados se debe establecer para cada caso el periodo de diseño aconsejable. A continuación, se indican algunos rangos de valores asignados para los diversos componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales: - Obras de captación: 20 años. - Conducción: 10a20 años. - Reservorio: 20 años. - Redes: 10 a 20 años (tubería principal 20 años, secundaria 10 años). Para todos los componentes, las normas generales para proyectos de abastecimiento de agua potable en el medio rural del Ministerio de Salud recomiendan un periodo de diseño de 20 años. 4.1.6. Factores que afectan el consumo de agua en su zona Los principales factores que afectan el consumo de agua son: el tipo de comunidad, factores económicos y sociales, factores climáticos y tamaño de la comunidad. Independientemente que la población sea rural o urbana, se debe considerar el consumo doméstico, el industrial, el comercial, el público y el consumo por perdidas. Las características económicas y sociales de una población pueden evidenciarse a través del tipo de vivienda, siendo importante la variación de consumo por el tipo y tamaño de la construcción.
  • 15. 15 El consumo de agua varia también en función al clima, de acuerdo a la temperatura y a la distribución de las lluvias; mientras que el consumo per cápita, varia en relación directa al tamaño de la comunidad. 4.1.7. Demanda de dotaciones Considerando los factores que determinan la variación de la demanda de consumo de agua en las diferentes localidades rurales; se obtiene las dotaciones de acuerdo a las características de la zona. Considerando las características del lugar y comparando con las que brinda el ministerio de vivienda construcción y saneamiento en la parte de formulación de proyectos de inversión pública en el sector saneamiento, para zonas urbanas considerando el área de la vivienda y el tipo de clima se tomó la siguiente dotación. Fig 4. Dotaciones (fuente SNIP) Dotación considerada para el proyecto: 100 l/hab/dia.
  • 16. 16 V. MEMORIA DESCRIPTIVA 5.1. Parámetros de Diseño. 5.1.1. Población futura (Población de diseño) El método más utilizado para el cálculo de la población futura en las zonas rurales es el analítico y con más frecuencia el de crecimiento aritmético. Este método se utiliza para el cálculo de poblaciones bajo la consideración de que estas van cambiando en la forma de una progresión aritmética. La fórmula de crecimiento aritmético es: 𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 ∗ (1 + 𝑟∗𝑡 1000 )……………………………………….(1.1) Donde: Pf = Población futura. Pa = Población actual. r = Coeficiente de crecimiento anual por 1000 habitantes. t = Tiempo en años. (20 años, recomendado) la tasa de crecimiento para calcular la población futura será considerada 5 según el INEI (Departamento de Cajamarca 7, Celendín consideraremos 5) 5.1.2. Variaciones periódicas  Consumo medio diario anual El consumo promedio diario anual, se define como el resultado de una estimacion del consumo per capita para la poblacion futura del periodo de diseno, expresada en litros por segundo (Vs) y se determina mediante la siguiente relacion: Q𝑚 = ( 𝑃𝑓∗𝐷 86400 )……………………………………………………..………..(1.2) Donde: Qm = Consumo promedio diario (l/s). Pf = Poblacion futura (hab.). D = Dotacion (l/hab./dia).
  • 17. 17  Consumo máximo diario Día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los 365 días del año cabe indicar que para determinar el día de máximo consumo teniendo en cuenta el clima es preferible anotar los registros solo de la época de verano que es el tiempo en que se presenta las altas temperaturas por ende el consumo más alto. 𝑄𝑚𝑑 = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾1……………………………………(1.3)  Consumo máximo horario Hora de máximo consumo del día de máximo consumo. 𝑄𝑚ℎ = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾2………………………………..(1.4) 5.2. Captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución. 5.2.1. Captación de fondo concentrado Para la captación de un manantial de ladera y concentrado Según AGÜERO (1997) indica el siguiente conjunto de procedimientos en el cálculo del diseño de la captación. - Ancho de la pantalla (b) El ancho de la pantalla se determina en base a las características propias del afloramiento, quedando con la condición que se pueda captar toda el agua proveniente del subsuelo. Ojo: según estudios ya realizados en ancho de pantalla más utilizados son 0.5 a 2.5 metros. - Altura de la cámara húmeda Para determinar la altura total de la cámara húmeda (Ht) se consideran los elementos identificados los cuales se muestran en la figura 1. En base a los elementos identificados en la Figura 4, la altura total de la cámara húmeda se calcula mediante la siguiente ecuación.
  • 18. 18 Figura 5: altura total de la cámara húmeda 𝐇𝐭 = 𝐀 + 𝐁 + 𝐂 + 𝐇 + 𝐄…………………………………………..1.1 Donde: A: altura del filtro de 10 a 20 cm.. B: Se considera una altura mínima de 10 cm C: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de salida. H: Altura de agua. E: Borde libre (de 10 a 50 cm.). Para determinar la altura de la captación, es necesario conocer la carga requerida (H) para que el gasto de salida de la captación pueda fluir por la tubería de conducción. La carga requerida es determinada mediante la ecuación 1.2 𝑯 = 𝟏. 𝟓𝟔 𝑽 𝟐 𝟐 𝒈 = 𝟏. 𝟓𝟔 𝑸𝒎𝒅 𝟐 𝟐 𝒈 𝑨 𝟐 ……………………………………….1.2 Donde: H: Carga requerida en m. Qmd: Caudal máximo diario en m3/s A: Área de la tubería de salida m2 g =Aceleración de la gravedad igual 9.81 m/s2.
  • 19. 19 - Dimensionamiento de la canastilla Para el dimensionamiento del diámetro de la canastilla se considera que: 𝐃𝐜𝐚𝐧𝐚𝐬𝐭𝐢𝐥𝐥𝐚 = 𝟐 𝐃𝐜…………………………………1.3 Donde: Dcanastilla: diámetro de la canastilla Dc: Diámetro de la tubería de conducción - Longitud de la canastilla (L) 𝟑 𝐃𝐜 ≥ 𝐋 ≤ 𝟔 𝐃𝐜………………………………1.4 Donde: L: longitud de la canastilla en m Dc: Diámetro de conducción en m - Área total de las ranuras (At) 𝐀𝐭 = 𝟐 𝐀𝐜…………………………………1.5 Donde: At: Área total de ranuras Ac: Área de la tubería de la línea de conducción. - Área de la tubería de conducción 𝑨𝒄 = 𝝅 𝑫𝒄 𝟐 𝟒 ………………………………..1.6 Donde: Ac: Área de la tubería de la línea de conducción en m2 Dc: Diámetro de conducción en m Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se determina el número de ranuras. 𝑵 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 = 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 ………………..1.7 Donde: Área total de ranuras (At) en m2 Área de ranura (Ar) en m2
  • 20. 20 - Tubería de rebose y limpieza En la tubería de rebose y de limpia se recomiendan pendientes de 1 a 1.5% y considerando el caudal máximo de aforo, se determina el diámetro mediante la ecuación de Hazen y Williams (para C=140): 𝑫 = 𝟎.𝟕𝟏 𝑸 𝟎.𝟑𝟖 𝒉𝒇 𝟎.𝟐𝟏 ………………………………1.7 Donde: D = Diámetro en pulgadas. Q = Caudal máximo de la fuente en l/s. hf = Perdida de carga unitaria en m/m. 5.2.2. Línea de conducción - Diseño de la tubería. Hazen y Willams. Para diseñar líneas de conducción de sistemas de agua potable se usa la fórmula de Hazen la cual se describe a continuación. 𝑫 = ( 𝑸 𝟎. 𝟐𝟕𝟗 ∗ 𝑪𝑯 ( 𝑳 ∆𝐡 ) 𝟎.𝟓𝟒 ) 𝟏 𝟐.𝟔𝟑 Donde: D: Diámetro de la línea de conducción (m) CH: Coeficiente de Hazen y Williams (en función al tipo de material de tubería) L: Longitud de tubería (m) Q: Caudal máximo diario (m3) ∆h: Diferencia de alturas (m) - Calculo de las perdidas. Para determinar las pérdidas generadas en la línea de conducción del sistema de agua potable se usa la fórmula de Hazen la cual se describe a continuación. Donde: D: Diámetro de la línea de conducción (m) CH: Coeficiente de Hazen y Williams (en función al tipo de material de tubería) L: Longitud de tubería (m) Q: Caudal máximo diario (m3) hf: Pérdidas (m) ℎ𝑓 = ∆𝐻 = 10.643 ∗ 𝑄1.852 ∗ 𝐿 𝐶𝐻1.852 ∗ 𝐷4.87
  • 21. 21 5.2.3. Reservorio apoyado circular. Para el calcular del volumen de almacenamiento de un reservorio existen diferentes se métodos. Como es la determinación de la "curva de masa" o de "consumo integral", donde se consideran los consumos acumulados, o también si se dispone de datos de consumo por horas además que la población solo consuma de una misma fuente, que por lo general es muy difícil de determinar. Mucho más en las poblaciones rurales no se cuenta con esta información que nos permita utilizar esos datos para calcular el volumen de almacenamiento, pero si podemos estimar el consumo medio diario anual. En base a esta información se calcula el volumen de almacenamiento. Para los proyectos de agua potable por gravedad, el Ministerio de Salud recomienda una capacidad de regulación del reservorio del 25 al 30% del volumen del consumo promedio diario anual (Qm), es decir que calcularemos el consumo promedio anual y lo multiplicaremos por el 25%. Consumo promedio anual 𝑸𝒎 = 𝑷𝒇 ∗ 𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 Volumen del reservorio considerando el 20 % de Qm 𝑽 = 𝑸𝒎 ∗ 𝟐𝟎% 5.2.4. Red de distribución (Abierta) Son redes de distribución que están constituidas por un ramal matriz primaria y una serie de ramificaciones secundarias. Este método es utilizado cuando la topografia dificulta crear circuitos cerrados y cuando las poblaciones tienen un desarrollo disperso. La tubería matriz o principal se instala a lo largo de una calle de la cual se derivan las tuberías secundarias y luego a los domicilios. La desventaja es que el flujo esta determinado en un solo sentido, y en caso de sufrir desperfectos puede dejar sin servicio a una parte de la población ya que se tendría que cerrar todo el tramo. El otro inconveniente es que en el extremo de los ramales secundarios se dan los puntos muertos, es decir el agua ya no
  • 22. 22 circula y podría acumularse sedimentos originando malos sabores y olores, especialmente en las zonas donde las casas están mas separadas. Por ende en los puntos muertos se requiere instalar válvulas de purga con la finalidad de limpiar y evitar la contaminación del agua. Lo primero para diseñar una red abierta es determinar el caudal máximo horario el cual ya se calculó anteriormente. Luego se calculamos el caudal unitario (caudal por persona). (Q unitario) = (Qmh)/(población futura). Seguidamente identificamos los tramos en el plano topográfico, donde además se determinarán el número de viviendas por tramo, para luego calcular la población(futura) y caudal por tramo, que se aplicara en el diseño de la tubería de la red. Para calcular la población futura por tramo se tiene que determinar el factor de crecimiento que es igual a: Factor de crecimiento = Población futura / población actual. Los resultados del cálculo hidráulico se muestran en un Cuadro. Explicaremos los valores de las columnas del siguiente modo:  Columna 1: Se identifican los tramos a diseñar.  Columna 2: Caudal determinado con el caudal unitario y la población futura por tramo.  Columna 3: Caudal de diseño, determinado por los caudales acumulados desde el tramo final.  Columna 4: Longitud de los tramos en metros.  Columna 5: Diámetro máximo a utilizar calculado con la velocidad mínima.  Columna 6: Diámetro mínimo a utilizar calculado con la velocidad máxima.  Columna 7: Diámetro definido determinado entre las columnas 5 y 6.  Columna 8: Velocidades por tramo  Columna 9: Perdidas de carga por tramo. (Hazen wiliams)  Columna 10: Se parte del reservorio considerando el primer tramo o punto igual a la cota del reservorio. Para los siguientes tramos la cota piezometrica inicial será igual a la cota piezometrica del tramo anterior  Columna 11: la cota piezometrica final será igual a la diferencia de la columna 10 y 9.  Columna 12: Cota inicial del terreno.
  • 23. 23  Columna 13: Cota final del terreno  Columna 14: Se calcula mediante la diferencia de las columnas 10 (cota piezometrica inicial) y 12 (cota del terreno inicial)  Columna 15: Se calcula mediante la diferencia de las columnas 11(cota piezometrica final) y 13(cota del terreno final) VI. CÁLCULOS 6.1. Parámetros de diseño 6.1.1. Población futura Utilizaremos la ecuación (1.1) el método de crecimiento aritmético que es el más usado en zonas rurales. Datos - Población actual (Pa) : 450 habitantes - Taza de crecimiento (r): 5 (Fuente inei) - Tiempo considerado para la población futura (t): 20 años. 𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 ∗ (1 + 𝑟 ∗ 𝑡 1000 ) 𝑃𝑓 = 450 ∗ (1 + 5 ∗ 20 1000 ) 𝑷𝒇 = 𝟒𝟗𝟓 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔. 6.1.2. Caudal medio Para calcular el caudal medio utilizaremos la ecuación (1.2) Datos - Población actual (Pf) : 495 habitantes - Dotacion (D): 100 l/hab/dia 𝑄𝑚 = 𝑃𝑓 ∗ 𝐷 86400 ) 𝑄𝑚 = 495 ∗ 100 86400 ) 𝐐𝐦 = 𝟎. 𝟓𝟕𝟑 𝐥/𝐬
  • 24. 24 6.1.3. Caudal máximo diario Para calcular el caudal máximo diario utilizaremos la ecuación (1.3) Datos - Caudal medio (Qm): 0.573 l/s - Coeficiente de variación (K1): 1.3 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾1 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 = 0.573 ∗ 1.3 𝑸𝒎𝒂𝒙𝒅 =0.745 l/s 6.1.4. Caudal máximo horario Para calcular el caudal máximo horario utilizaremos la ecuación (1.4) Datos - Caudal medio (Qm): 0.573 l/s - Coeficiente de variación (K1): 1.3 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 𝑄𝑚 ∗ 𝐾2 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 0.573 ∗ 2 𝑸𝒎𝒂𝒙𝒉 = 𝟏. 𝟏𝟒𝟔 𝒍/𝒔 6.2. Captación de Fondo Datos necesarios para hacer los cálculos de la captación: - Caudal máximo de la fuente: 1.6 l/s (caudal aforado en época de lluvia) - Caudal máximo diario: 0.745 l/s - Diámetro de la línea de conducción: 1.5 ′′ 6.2.1. Ancho de pantalla El ancho de la pantalla se determinó en base a las características propias del afloramiento, condicionado a que pueda captar toda el agua proveniente del subsuelo: - Considerando todo lo dicho el ancho de pantalla será de 1 metro 6.2.2. Altura de cámara húmeda Para determinar la altura total de la cámara húmeda (Ht) utilizaremos la ecuación 1.1 𝐇𝐭 = 𝐀 + 𝐁 + 𝐂 + 𝐇 + 𝐄
  • 25. 25 Donde: A: Altura del filtro de 10 a 20 cm. B: Se considera una altura mínima de 10 cm C: Se considera la mitad del diámetro de la canastilla de salida. H: Altura de agua. E: Borde libre (de 10 a 50 cm.). Datos: A: 15 cm B: 10 cm C: 3.81 cm (1.5′′) H: ? E: 40 cm Calculamos H A = π D2 4 A = π ∗ 0.03812 4 𝐀 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟒 𝐦 𝟐 𝐻 = 1.56 𝑄𝑚𝑑2 2 𝑔 𝐴2 𝐻 = 1.56 0.0007452 2 ∗ 9.81 ∗ 0.001142 𝑯 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟑𝟗 𝒎 H=3.39 cm, pero se asume una altura mínima de 30 cm Entonces la altura total será: Ht = A + B + C + H + E Ht = 15 + 10 + 3.81 + 30 + 40 𝐇𝐭 = 𝟗𝟖. 𝟖𝟏 cm Ht=98.81 cm, pero consideramos una altura de 1.0 m 6.2.3. Dimensionamiento Canastilla Para el dimensionamiento del diámetro de la canastilla se calcula: Dcanastilla = 2 Dc Dcanastilla = 2 ∗ 1.5′′ 𝐃𝐜𝐚𝐧𝐚𝐬𝐭𝐢𝐥𝐥𝐚 = 𝟑′′
  • 26. 26 6.2.4. Longitud de la canastilla (L) 3 Dc ≥ L ≤ 6 Dc L = 3 Dc = 3 ∗ 3.81 = 𝟏𝟏. 𝟒𝟑 𝐜𝐦 L = 6 Dc = 6 ∗ 3.81 = 𝟐𝟐. 𝟖𝟔 𝐜𝐦 La longitud de diseño será 20 cm. 6.2.5. Área total de las ranuras (At) At = 2 Ac Ac = π 0.03812 4 𝑨𝒄 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟒 𝒎 𝟐 Entonces At = 2Ac = 0.00228 m2 Área de ranura = 0.005 m *0.007 m = 0.000035 m2 Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se determinamos el número de ranuras. N de ranuras = Area total de ranuras Area de ranuras N de ranuras = 0.00228 m2 0.000035 m2 𝑵 𝒅𝒆 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 = 𝟖𝟎 6.2.6. Tubería rebose y limpieza Para calcular el diámetro de la tubería de limpieza y rebose utilizamos la ecuación 1.7 Diámetro tubería de rebose Diámetro tubería de limpieza D = 0.71 𝑄 𝑚𝑎𝑥 0.38 hf0.21 D = 0.71 𝑄 𝑚𝑎𝑥 0.38 hf0.21 D = 0.71 ∗ 1.60.38 0.0150.21 D = 0.71 ∗ 1.60.38 0.020.21 𝑫 = 𝟐. 𝟎𝟓′′ 𝑫 = 𝟏. 𝟗𝟓 ′′ Teniendo en cuenta los resultados asumiremos 2 pulgadas para la tubería de rebose y limpieza. Y el cono de rebose será de 2 x 4 pulg.
  • 27. 27 6.3. Línea de conducción.  Cálculo del diámetro Datos: Caudal Máximo diario (Qmd): 0.000745 m3/s Longitud de la tubería de conducción (L): 980 m Diferencia de alturas entre captación y reservorio (∆h): 35 m Coeficiente de Hazen y Williams (CH): 140 (tubería PVC) 𝐷 = ( 𝑄𝑚𝑑 0.279∗ 𝐶𝐻 ( 𝐿 ∆h ) 0.54 ) 1 2.63 𝐷 = ( 0.000745 0.279 ∗ 140 ( 890 35 ) 0.54 ) 1 2.63 𝑫 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟏 𝒎= 1.5′′ Entonces el diámetro de la línea de conducción es de 1.5′′  Calculo de pérdidas. Usaremos la fórmula de Hazen y willimas. hf = 13.18 m  Calculo la presión dinámica en el reservorio. Para calcular la presión usamos la ecuación de Bernoulli. 𝑷 𝜸 = 𝟑𝟎. 𝟎𝟗 𝒎. 𝒄. 𝒂 ℎ𝑓 = ∆𝐻 = 10.643 ∗ 𝑄1.852 ∗ 𝐿 𝐶𝐻1.852 ∗ 𝐷4.87 ℎ𝑓 = ∆𝐻 = 10.643 ∗ 0.0007451.852 ∗ 890 1401.852 ∗ 0.03814.87
  • 28. 28 6.4. Reservorio Consumo promedio anual 𝑸𝒎 = 𝑷𝒇 ∗ 𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓 ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓𝟎𝟎 Volumen del reservorio considerando el 20 % de Qm 𝑽 = 𝑸𝒎 ∗ 𝟐𝟎% 𝑸𝒎 = 𝟒𝟗𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝟎. 𝟐 𝑸𝒎 = 𝟗𝟗𝟎𝟎 𝒍 Entonces para el volumen de almacenamiento asumiremos algo más de lo calculado agregándole un volumen de reserva extra y otro volumen contra incendios. Volumen definido: 13 m3. Con el volumen (12m3) determinamos el diámetro y la altura del reservorio cuyas medidas son: Altura total = 1.85 m Borde libre = 0.30 m Altura del agua = 1.55 m Diámetro = 3.00 m 6.5. Red de distribución. Lo primero para diseñar una red abierta es determinar el caudal máximo horario. Qmh = 1.14 l/s Luego se calculamos el caudal unitario (caudal por persona). Pf: 495 hab (Q unitario.) = (Qmh)/(población futura). Q unitario = 1.14 / 495 Q unitario = 0.0023388 l/s/hab calculamos el factor de crecimiento:
  • 29. 29 Factor de crecimiento = Población futura / población actual. Factor de crecimiento = 495/450 Factor de crecimiento= 1.09 Seguidamente identificamos los tramos en el plano topográfico y calculamos el caudal de diseño, el cual se muestra a continuación. Cuadro 1. Calculo del caudal de diseño por tramo. Los resultados del cálculo hidráulico de la red se muestran en el Cuadro 7.2. En donde los cálculos que se han realizado por columna, ya se explicaron anteriormente. n TRAMO Nro de Viv por tramo Nro de Hab. Pob. futura por tramo Pob. Fut Aum: Gasto por Tramo Gasto por Tramo acum. 1 Reser-A 0 0 0 0 0 0 2 A-B 5 25 27 490 0.0631 1.146 3 A-C 10 50 54 463 0.1263 1.082853061 4 A-D 4 20 22 409 0.0515 0.956559184 5 D-E 4 20 22 387 0.0515 0.905106122 6 D-CRP1 1 5 5 365 0.0117 0.853653061 7 CRP1-F 9 45 49 360 0.1146 0.841959184 8 D-G 5 25 27 311 0.0631 0.727359184 9 G-H 4 20 22 284 0.0515 0.664212245 10 G-I 3 15 16 262 0.0374 0.612759184 11 I-J 5 25 27 246 0.0631 0.575338776 12 I-CRP2 1 5 5 219 0.0117 0.512191837 13 CRP2-K 3 15 16 214 0.0374 0.500497959 14 K-L 8 40 44 198 0.1029 0.463077551 15 K-M 4 20 22 154 0.0515 0.360171429 16 K-N 3 15 16 132 0.0374 0.308718367 17 N-O 5 25 27 116 0.0631 0.271297959 18 N-P 5 25 27 89 0.0631 0.20815102 19 P-Q 4 20 22 62 0.0515 0.145004082 20 P-R 7 35 38 40 0.0889 0.09355102
  • 30. 30 Cuadro2.RESUMENDELCALCULOHIDRAULICODELAREDDEDISTRIBUCION 123456789101112131415 TRAMODISEÑO(l/s)D(Vel.0.6)D(Vel.3.0) D (definido enpulg) InicialFinalInicialFinalInicialFinal TramoPrinc.Reser-A0.0001.141116.21.9380.86620.5630.9342872.92871.9662872.928500.00021.97 Tramosec.A-B0.0631.141337.51.9380.86611/21.00111.0132871.9662860.9522850285021.96610.95 Tramosec.A-C0.1261.078696.91.8830.84220.5325.0422871.9662866.9242850285021.96616.92 TramoPrinc.A-D0.0510.9524061.7690.79111/20.8359.4672871.9662862.4992850285021.96612.50 Tramosec.D-E0.0510.9001501.7210.77011/20.7903.1552862.4992859.3442850285012.4999.34 TramoPrinc.D-CRP10.0120.849124.11.6710.74711/41.0725.6892862.4992840.0002850284012.4990.00 Tramosec.CRP1-F0.1150.837399.51.6600.74211/20.7347.3452840.0002832.655284028280.0004.65 TramoPrinc.D-G0.0630.723674.51.5420.68911/20.6349.4422862.4992853.0572820283842.49915.06 Tramosec.G-H0.0510.660108.21.4730.65911.3029.2122853.0572843.8452838282615.05717.85 TramoPrinc.G-I0.0370.6086621.4140.63211/20.5336.7312853.0572846.3262838282015.05726.33 Tramosec.I-J0.0630.5712841.3700.61311/40.7216.2382846.3262840.0872820283026.32610.09 TramoPrinc.I-CRP20.0120.508351.2920.57811.0021.8342840.0872815.0002820281520.0870.00 TramoPrinc.CRP2-K0.0370.496153.21.2770.57111/40.6262.5942815.0002812.406281528030.0009.41 Tramosec.K-L0.1030.458196.41.2280.54910.9058.5242812.4062803.882280327999.4064.88 Tramosec.K-M0.0510.355238.11.0810.48410.7026.4532812.4062805.953280327829.40623.95 TramoPrinc.K-N0.0370.304192.631.0000.44710.6003.9082812.4062808.498280328009.4068.50 Tramosec.N-O0.0630.267143.80.9360.41910.5262.2882808.4982806.210280028008.4986.21 TramoPrinc.N-P0.0630.203126.90.8180.3663/40.7144.9682806.2102801.242280027916.21010.24 Tramosec.P-Q0.0510.140119.20.6790.3043/40.4922.3452801.2422798.8972791278910.2429.90 TramoPrinc.P-R0.0890.089131.50.5410.2421/20.7027.9982798.8972790.900278927689.89722.90 Perdidas. (m) COTAPIEZOMETRICA(m.s.n.m)COTADELTERRENO(m.s.n.m)PRESION(m.c.a) TRAMO CAUDAL Long.(m) DIAMETRO(pulg.) Veloc. (m/s)
  • 31. 31 VII. INTERPRETACION DE RESULTADOS Cuadro de resultados PARAMETRO VALOR INTERPRETACION Parámetros de diseño 1.Población futura 495 hab Es la población futura beneficiada con el proyecto en un periodo de tiempo de 20 años 2.Caudal medio 0.573 l/s Este caudal es menor que el caudal mínimo de la fuente así que indica que el proyecto es factible. 3. Caudal máximo diario 0.745 l/s Indica el máximo caudal consumido en época de sequía. 4. Caudal máximo horario 1.146 l/s Indica la hora de máximo consumido en el día de mayor consumo. Captación 1. Ancho de Pantalla 1 m Indica el tamaño del afloramiento de agua del manantial. 2. Altura de la cámara Húmeda 1 m Indica el dimensionamiento de la captación. 3. Canastilla: - Diámetro - Longitud - # de ranuras 2 pulg. 20 cm 80 Estos valores calculados indican las dimensiones de la canastilla que se va a utilizar en la captación. 4. Tubería de rebose y limpieza. - Cono de revose 2 pulg. 2 x 4 pulg. Son accesorios que permitirán la limpieza de la captación y rebose del agua excedente. Línea de conducción 1. Diámetro de conducción. Indica el tamaño de la tubería a utilizar en el proyecto. 2. Perdidas Indica la cantidad de presión perdida en el tramo de línea de conducción. 3. Presión dinámica Es la presión de llegada al reservorio cuando la llave de paso esta abierta. Reservorio 1. Volumen 13 m3 Nos da a conocer el volumen necesario para abastecer a La población durante todo el día. Red de Distribución 1. Diámetros ½ a 2 pulg Es el diseño de la tubería de la red de distribución, usando esos diámetros cumplimos con las presiones y velocidades recomendadas en el sistema. 2. Velocidades De 0.5 a 2 m/s Las velocidades obtenidas cumplen con el rango establecido por la norma.
  • 32. 32 3. Presiones De 3 a 50 m.c.a Las presiones también cumplen con los rangos establecidos para un domicilio. Analizando los resultados obtenidos de manera general podemos concluir lo siguiente: Teniendo como dato el caudal de la fuente y también calculado el caudal promedio, podemos determinar que es proyecto es factible, ya que el caudal de la fuente es mayor que el caudal medio calculado a partir de la población futura y la dotación. Y así como este parámetro cumple también los demás están dentro de los rangos establecido por las normas. Que se usan en los proyectos de sistemas de agua potable.
  • 33. 33 VIII. CONCLUSIONES Se concluye lo siguiente: - Diseñamos un sistema de agua potable para el caserío de Pilco - Realizamos un levantamiento topográfico del caserío de pilco - Determinamos las características geográficas de la zona y los parámetros de diseño para el sistema de agua potable. - Logramos hacer el diseño hidráulico de la captación, línea de conducción, reservorio y red de distribución.
  • 34. 34 IX. BIBLIOGRAFIA  Agüero Pittman.R, 1997. AGUAPOTABLE PARA POBLACIONES, sistema de abastecimiento por gravedad sin tratamiento. Consultado 1 jun. 2017. Disponible en http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/agua_potable/agua_potable_para _poblaciones_rurales_sistemas_de_abastecim.pdf.  MINISTERIO DE VIVIENDA, CONSTRUCCIÓN Y SANEAMIENTO (2006) Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima: Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. X. ANEXOS i) Reconocimiento de la zona de estudio (CASERIO DE PILCO)
  • 35. 35 ii). Tabla de tasa de crecimiento por Departamento 3.6 TASA DE CRECIMIENTO PROMEDIO ANUAL DE LA POBLACIÓN CENSADA, SEGÚN DEPARTAMENTO, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 Y 2007 Departamento Tasa de Crecimiento Promedio Anual (%) 1940- 1961 1961- 1972 1972-1981 1981-1993 1993-2007 Total 2.2 2.9 2.5 2.2 1.5 Amazonas 2.9 4.6 3.0 2.4 0.8 Áncash 1/ 1.5 2.0 1.4 1.2 0.8 Apurímac 0.5 0.6 0.5 1.4 0.4 Arequipa 1.9 2.9 3.2 2.2 1.6 Ayacucho 0.6 1.0 1.1 -0.2 1.5 Cajamarca 1/ 2.0 1.9 1.2 1.7 0.7 Prov. Const. del Callao 2/ 4.6 3.8 3.6 3.1 2.2 Cusco 1.1 1.4 1.7 1.8 0.9 Huancavelica 1.0 0.8 0.5 0.9 1.2 Huánuco 1/ 1.6 2.1 1.6 2.7 1.1 Ica 2.9 3.1 2.2 2.2 1.6 Junín 1/ 2.1 2.7 2.2 1.6 1.2 La Libertad 1/ 2.0 2.8 2.5 2.2 1.7 Lambayeque 2.8 3.8 3.0 2.6 1.3 Lima 4.4 5.0 3.5 2.5 2.0 Loreto 1/ 2.8 2.9 2.8 3.0 1.8 Madre de Dios 5.4 3.3 4.9 6.1 3.5 Moquegua 2.0 3.4 3.5 2.0 1.6 Pasco 1/ 2.0 2.3 2.0 0.5 1.5 Piura 2.4 2.3 3.1 1.8 1.3 Puno 1.1 1.1 1.5 1.6 1.1 San Martín 2.6 3.0 4.0 4.7 2.0 Tacna 2.9 3.4 4.5 3.6 2.0 Tumbes 3.7 2.9 3.4 3.4 1.8 Ucayali 1/ 6.8 5.9 3.4 5.6 2.2
  • 36. 36 1/ Reconstruidos de acuerdo a la División Político Administrativa de 2007, considerando los cambios ocurridos en cada uno de los departamentos en los periodos correspondientes. 2/ Por mandato Constitucional del 22 de abril de 1857, se reconoce como Provincia Constitucional del Cal lao a la Provincia Litoral del Callao. Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI) - Censos Nacionales de Población y Vivienda, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 y 2007. XI. JUEGO DE PLANOS