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Es una memoria de calculo de sistema de agua potable para zona montañosa con pendientes pronunciadas donde necesita realizar obras hidráulicas.Pero también puede adecuar para realizar calculos en superficies planas
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DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
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CAPITULO 3
DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE
3.1 PARAMETROS DE DISEÑO DE AGUA POTABLE PARA LA COMUNIDAD DE
SANTA VERACRUZ
3.1.1 Periodo de diseño
El período de diseño es el número de años durante los cuales una obra determinada prestará con
eficiencia el servicio para el cual fue diseñada. Debe ser adoptado en función del componente del
sistema, la característica de la población y las posibilidades de financiamiento, según lo indicado
en la Tabla 3.1.
Tabla 3.1 Periodo de diseño en años
Se adoptara un periodo de diseño de t =20 años por tener proyectado los materiales de buena
durabilidad y ser una comunidad en desarrollo, de acuerdo a la Norma Boliviana NB-689,
―Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable‖
Las normas de referencia utilizadas en el diseño son:
Reglamento técnico de diseño de Proyectos de Agua Potable para poblaciones menores a
5000 habitantes Ministerio de Vivienda y Servicios Básicos 2005.
Guía técnica de diseño de sistemas de agua potable para poblaciones menores a 10000
habitantes.
Reglamentos técnicos de Diseño para Sistemas de Agua Potable DINASBA 2005.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable N.B. DINASBA 2005.
3.1.2 Población del proyecto
Es el número de habitantes que ha de ser servido por el proyecto para el período de diseño, el
cual se establece con base en la población inicial.
Población Actual (Po)
Población inicial, es el número de habitantes dentro el área de proyecto que debe ser determinado
mediante un censo poblacional y/o estudio socio-económico.
Se determinó la población total beneficiaria con el proyecto tomando en cuenta los lotes de la
Comunidad y colocando un promedio de 5 personas por lote con el cual la población beneficiaria
será de 2105 habitantes.
Los lotes de acuerdo al plano tenemos Nº = 421 lotes
Tomando en cuenta número de personas de p = 5 por familia, el cual se aproxima tomando un
promedio de la Comunidad.
ppo º*
5*421op
3.1.3 Población Futura (Pf)
Población futura, es el número de habitantes dentro el área del proyecto que debe ser estimado en
base a la población inicial y el índice de crecimiento poblacional, para el período de diseño.
El cálculo de la población de diseño proyectada desde el año 2005 al año 2025, será realizada
considerando la población actual, asumiendo una familia tipo, o promedio de 5 habitantes por
vivienda por lo que su proyección se calcula de acuerdo con la Norma Técnica de Diseño para
personaspo 2105
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Sistemas de Agua Potable NB-689, entonces se determinará con cualquiera de los métodos
conocidos que se ajusten a este tipo de proyecto como ser:
- Aritmética
- Geométrica
- Wappaus
- Exponencial
Tasa Anual de Crecimiento
La tasa anual de crecimiento, expresa el número de personas que se agregan anualmente a la
población por cada 100 y se calcula mediante la siguiente fórmula:
100ln1
o
n
P
P
ti
Donde:
i = tasa de crecimiento
t = tiempo del periodo intercensal (años)
ln= logaritmo natural
Pn = población final en el periodo intercensal
Po = población del año base.
Con los datos obtenidos de I.N.E. (Instituto Nacional de Estadística) se puede calcular la tasa de
crecimiento de la población correspondiente a la comunidad beneficiaria. Sin embargo los datos
estadísticos son globales como ser área urbana de Municipio su Tasa Anual de Crecimiento
Intercensal es de 23.50 y en el área rural es de 0.73.
En vista de que la comunidad de Santa Veracruz es la mas importante de la cordillera del
Municipio de Municipio y que el área de influencia solo cuenta con datos censales de año 2001
se emplea una tasa de crecimiento de 1.20% lo mas acorde con la realidad actual.
Tasa de crecimiento poblacional de Comunidad de Santa Veracruz para el proyecto será de i
=1.2%.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Método aritmético:
100
*1*
tipp of
Método geométrico:
t
of
ipp
1001*
Método de wappaus:
ti
tipP of
*200
*200*
Método exponencial:
100
*
*
ti
of pp
Donde:
pf : Población futura
i : Índice de crecimiento poblacional
t : Periodo de diseño
p0: Población actual
Tabla 3.2 Cálculo de la población futura
CALCULO DE POBALCION FUTURA
Nº de Familias Beneficiadas: 421 Promedio Habitantes / familia: 5,0
Indice de Crecimiento: 1,20 Dotación Agua (l / h / d) 60,0
TIEMPO POBLACION
AÑOS Aritmética Geométrica Wappaus Exponencial PROMEDIO
(t) (Pf) (Pf) (Pf) (Pf) (Pf)
0 2105 2105 2105 2105 2105
5 2231 2234 2235 2235 2234
10 2358 2372 2374 2373 2368
15 2484 2517 2521 2520 2508
20 2610 2672 2679 2676 2654
POBALCION ASUMIDA 2610 PERSONAS
POBLACIÓN FUTURA
Fuente: Elaboración propia
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Realizando con todos los métodos el que mejor se ajusta a la comunidad de Santa Veracruz es el
Método Aritmético por tener un crecimiento constante o lineal según estudios realizados en la
Cordillera (CEDESCO, ONG).
personasp f 0.2610
3.2 DOTACIÓN
Para determinar la dotación de agua, se ha partido como punto base de las costumbres y hábitos
de los habitantes de la comunidad (visitas de campo), también basándonos en la norma boliviana
N.B. 689 tomando como zona altiplánica, por tratarse de la Cordillera del municipio de
Municipio que esta a una altura de 3710 hasta 3760 m.s.n.m., y que el número de habitantes
están dentro de 2000 a 5000, la dotación se tomara de 60 (L/hab/d), ver Tabla 3.3.
Tabla 3.3 Dotación media referencial
Dotación media [L/hab/d]
Zona Población [hab]
Hasta De 500 De 2000 De 5000 De 20000 Más de
500 a 2000 a 5000 a 20000 a 100000 100000
Altiplánica 30—50 30—70 50--80 80—100 100--150 150—250
De los valles 50—70 50—90 70--100 100—140 150--200 200—300
De los llanos 70—90 70—110 90--120 120—180 200-250 250—350
Fuente: Norma boliviana NB-689
Dotación media diaria
La dotación media diaria se refiere al consumo anual total previsto en un centro poblado dividido
por la población abastecida y el número de días del año. Es el volumen equivalente de agua
utilizado por una persona en un día.
La dotación futura se puede estimar con un incremento anual entre el 0.5% y el 2%, aplicando la
fórmula aritmética.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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La variación anual de la dotación d = 1.1 %
100
*1*
ndDD if
Donde:
Df = dotación futura
Di = dotación inicial
d = Variación anual de la dotación
n=número de años en estudio
3.3 CAUDALES DE DISEÑO
Los caudales de diseño que se deben considerar son los siguientes:
3.3.1 Caudal medio diario
Es el consumo diario de una población, obtenido en un año de registros. Se determina con base en
la población del proyecto y dotación, de acuerdo a la siguiente expresión:
86400
* ff
md
DpQ
Donde:
Qmd = Caudal medio diario en l/s
Pf = Población futura en hab.
Df = Dotación futura en l/hab-d
86400
50.73*2610mdQ
3.3.2 Caudal máximo diario
dhabLtsD f //50.73
segLtsQmd /22.2
100
20*1.11*60fD
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Es la demanda máxima que se presenta en un día del año, es decir representa el día de mayor
consumo del año. Se determina multiplicando el caudal medio diario y el coeficiente k1 que varía
según las características de la población.
mdd QKQ *1max
Donde:
K1= 1.2-1.5
Tomando un valor de K1 = 1.2 por tratarse de la comunidad en Cordillera del Municipio de
Municipio.
22.2*2.1max dQ
segLtsQ d /66.2max
3.3.3 Caudal máximo horario
Es la demanda máxima que se presenta en una hora ante un año completo. Se determina
multiplicando el caudal máximo diario y el coeficiente k2 que varía, según el número de
habitantes, de 1.5 a 2.2, tal como se presenta en la Tabla 3.4
Tabla 3.4 Valores del Coeficiente k2
Población (habitantes) Coeficiente k2
Hasta 2000 2,2 - 2,00
De 2001 a 10000 2,00 - 1,80
Fuente: NB – 689, véase Azevedo Neto
dh QKQ max2max *
Donde:
K2= 1.5-2.2
Según Tabla 3.4
segLtsQ d /66.2max
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Para 2001 (hab.)------------>K2 = 2
Para 10000 (hab.)------------->K2 =1.8
Interpolando para una población de 2610 (hab.) se halla un valor de K2 =1.98
66.2*98.1max hQ
segLtsQ h /28.5max
3.3.4 Caudal unitario
InfluenciadeArea
HorarioMaximoCaudalQu
hasegLtsInfluenciadeArea
h
u //895.31
28.5max_
3.4 CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS COMPONENTES DEL PROYECTO
3.4.1 Datos generales
Área de influencia : 31.895 ha
No. de Manzanas : 39
No. de Lotes : 421
Habitantes por lote : 5,00 habitantes.
Superficie por lote : 800,00 m2
Población inicial : 2105 habitantes
Población final : 2610 habitantes
Densidad Poblacional : 82.00 hab./Ha
Dotación : 73.5 lt./hab./día
Tasa de crecimiento : 1.2 %
Coeficiente máximo diario (K1) .......... 1.2
Coeficiente máximo horario (K2) ....... 1.98
segLtsQ h /28.5max
HasegLtsQu //1655.0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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3.5 OBRA DE CAPTACION CO LECHOS FILTRANTES O PREFILTRACIÓN
Constituida por uno o más tuberías perforadas (drenes o filtros) introducidos transversal o
diagonalmente en el lecho del río y recubiertas con material granular clasificado. El
agua se filtra a través del material clasificado hasta el drene, para luego ser conducida
mediante tubería hasta la cámara recolectora lateral en el margen del río. Véase Figuras 4.8 y
PL-AP-05-02.
Para su diseño deben considerarse los siguientes aspectos importantes:
a) Calidad del agua: para desarrollar la prefiltración es importante que la turbidez
no sea mayor a 150 UNT en períodos de lluvia.
b) Material filtrante: Es la selección de material clasificado de diferente
granulometría para la filtración del agua del curso natural. El material
seleccionado podrá variar entre 6 a 40 mm y deberán ser colocados en capas de 0,20 a
0,40 m. El tamaño mayor irá en contacto con al tubería-filtro y gradualmente
disminuirá el tamaño hasta la profundidad de socavación. Finalmente se recubrirá
con material del lecho del río.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Figura 3.1 Lecho Filtrante o Prefiltración.
Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
c) Tubería filtro: el tipo, longitud y diámetro de la tubería-filtro se determinará por la
calidad de agua natural y la cantidad de agua necesaria a ser captada. Regularmente se
emplea la tubería PVC la cual es muy estable ante cualquier tipo de agua. Los criterios
básicos de diseño son los siguientes:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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La longitud de la tubería – filtro debe calcularse como se señala a continuación.
VA
QL
f
2
Figura 3.1 Detalle tubería filtro.
Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
Donde:
L = Longitud de la tubería en m
Q = Caudal de diseño en m3/s
V = Velocidad del agua a traves de los orificios en m/s
V= 0.10m/s a 0.15 m/s para evitar el arrastre
Af = Área efectiva de los orificios o ranuras por metro lineal en m2/m para el diámetro (también
denominada área específica – dependerá del fabricante o de la cantidad de ranuras u orificios que
se agan en las tuberias – filtro)
Se prevee el empleo de tuberías PVC con orificios de 1 cm. en la cara superior con un área
específica de 0.011 m2/m.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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El lecho se compondrá de 2 tuberias de 2.00 m para la captación de 1.59 l/s con 2 cámaras
de limpieza y una cámara recolectora como se puede observar en los planos (ver Anexos).
3.5 OBRA DE TOMA TIPO TIROLESA
3.5.1 Diseño hidráulico de la cámara de captación
La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo a saber:
Flujo a través de las rejillas
Flujo en la cámara de captación.
De la Figura 3.1 se aprecia las siguientes variables a determinar.
Figura 3.1: Esquema flujo sobre la rejilla.
t: máximo nivel en el canal
0.25*t: borde libre mínimo
B: ancho de colección
L: longitud de la reja
Figura 3.1 Esquema flujo sobre la rejilla.
Fuente: Texto Guía Obras Hidráulicas Menores
a: distancia entre barras de la rejilla
d: separación entre ejes de las barras
Del esquema con energía constante, el caudal que pasa por las rejillas se tiene:
Q= 2/3*C*μ*b*L*(2*g*h)1/2
Donde:
b = 1.80 m ancho de la toma (puede ser el ancho del río)
h = altura sobre la rejilla
Q = 0.05 m3/seg caudal de derivación o caudal de toma
μ= depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante según NOSEDA
dan como resultados los siguientes valores:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Figura 3.2: Coeficiente μ para los tipos de barra
Fuente: Texto Guía Obras Hidráulicas Menores
El coeficiente C depende de la relación de espaciamiento entre las barras y el ángulo ß de la
rejilla con la siguiente fórmula:
C = 0,6*a/d*[cos*(ß)]3/2
C = 0.29 (ver Anexos Obra de Toma tipo Tirolesa Tabla 1)
Al inicio de la rejilla, a pesar de ser la sección con energía mínima, en la práctica el tirante resulta
algo inferior al tirante crítico, a saber:
h= K*hmin = 2/3*K*HE
h=0.13 m (ver Anexos Obra de Toma tipo Tirolesa Tabla 1)
Donde:
HE= altura sobre la rejilla = altura de energía
K = factor de reducción
El factor K es dependiente de la pendiente de las condiciones geométricas de la rejilla que para
una distribución de la presión, se tiene la ecuación.
2*COS(ß)*K3 - 3*K
2 + 1 = 0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Tabla 3.5: Factor de reducción en función de la pendiente según Frank
ß
K
ß
K grados grados
0 1 14 0,879
2 0,98 16 0,865
4 0,961 18 0,831
6 0,944 20 0,887
8 0,927 22 0,826
10 0,91 24 0,812
12 0,894 26 0,8
Fuente: Texto Guía Obras Hidráulicas Menores
La construcción de la cámara de captación, debe seguir las siguientes recomendaciones de
acuerdo a la experiencia:
El largo de construcción de la rejilla debe ser 1.20*L de diseño
El canal debe tener un ancho: B = L*cos ß.
t ≈ B para tener relación
La sección de la cámara es más o menos cuadrada.
La pendiente del canal de la cámara esta dada de acuerdo a:
7
6
7
9
*20.0
q
dS
hvq *
Donde:
h = Máximo valor que puede tener t
v = Velocidad del agua
h = Profundidad o tirante de agua en el canal de recolección
d = Diámetro (tamaño) del grano en m
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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La rejilla limita en el paso de las partículas de diferentes tamaños de acuerdo a las características
que tiene cierto tramo en el río en los lugares de ubicación de la toma.
Por construcción se adoptarán las siguientes medidas:
Tabla 3.6 Secciones de la Toma Tirolesa
SECCIONES DE LA TOMA TIROLESA PARA CONSTRUCCION
Lcosntr.= 0,20 m longitud de construcción de la rejilla
B = 0,2 m ancho de la toma tirolesa
ß = 12 º angulo de inclinación
t=h= 0,2 m alto de la toma tirolesa
b = 1,5 m largo de la rejilla para captar h2o transversal al flujo del rio
Fuente: Elaboración propia Ver Anexos (Obra de Toma Tipo Tirolesa)
3.6 DISEÑO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO
Los componentes principales que deben ser diseñados son:
• Estimación de caudales
• Sumergencia mínima
• Potencia del equipo de bombeo
• Capacidad o volumen de la cámara de bombeo
3.6.1 Estimación de Caudales
El caudal de bombeo es de Qb = 3.18 lts/seg en dos periodos cada uno de 6 horas de bombeo.
El diámetro de la tubería de succión será de d = 3.00 pulgadas
El diámetro de la tubería de impulsión será de d = 2.50 pulgadas
3.6.2 Dimensionamiento de la cámara de bombeo sin almacenamiento
En el dimensionamiento de la cámara de bombeo sin almacenamiento deben considerarse los
siguientes criterios:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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a) La sumergencia mínima será fijada mayor a 2.5*d+0.10 (d= diámetro de la tubería de succión) y
no inferior a 0.50 m.
b) La holgura comprendida entre el fondo del pozo y la sección de entrada de la canalización de
succión será fijada en un valor comprendido entre 0.5*d y 1.5*d.
Las cámaras de succión y los pozos de succión pueden presentar formas y dimensiones distintas de
las recomendadas, siempre que fueran ampliamente justificados, en vista a las prescripciones
establecidas.
a) En primera aproximación y como alternativa de las disposiciones, formas y dimensiones
establecidas, la cámara de succión podrá tener la forma y las dimensiones constantes establecidas
en el Figura 3.3.
b) El proceso de dimensionamiento constante de la Figura 3.4, y 3.5, es recomendado para pozos
con una única bomba y es también recomendado para grupos de bombas, empero con las
consideraciones adicionales siguientes: baja velocidad de aproximación, del orden de 0.30 m/s.
c) Las formas, dimensiones y los arreglos indicados en la Figura 3.5 deben ser adoptadas, siempre
que se apliquen todas las restricciones, dimensiones mínimas y formas establecidas.
d) La concordancia entre los fondos del canal de llegada y del pozo, donde están situadas las
canalizaciones de succión, no podrá ser hecha con bordes vivos. Cuando el fondo del canal se halla
en cota superior a la del pozo, la concordancia debe ser hecha mediante plano inclinado con
relación a la horizontal con un ángulo no superior a 45º ver Figura 3.4.
3.6.3 Sumergencia Mínima
Cuando se emplean bombas centrífugas de eje horizontal se debe verificar la sumergencia, esto
es el desnivel entre el nivel mínimo de agua en el cárcamo y la parte superior del colador o criba.
Se debe considerar el mayor valor el que resulte de las siguientes alternativas:
a) Para impedir el ingreso de aire:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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10.05.2 DS
mS 29.0
b) Condición hidráulica:
mS 50.0
Donde:
S = Sumergencia mínima en m
D = Diámetro en la tubería de succión en m D=3‖=0.0762 m
v = Velocidad del agua en m/s v = 0.70 m/seg
g = Aceleración de la gravedad en m/s2 g=9.81 m/seg
2
mS 26.0 mSmS 50.030.0
Figura 3.3: Esquema de la cámara de succión
Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
20.02
5.22
g
vS
10.00762.05.2 S
20.081.92
7.05.2
2
S
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Pozo de succión con deflector
Figura 3.4: Esquema de la cámara de bombeo sin almacenamiento
Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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DIMENCIONES DEL POZO EN FUNCIÓN AL CAUDAL
Figura 3.5 Caudal Vs Dimensiones de la cámara
Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
Sacando de la Figura 3.5 para un caudal de 0.1 m3/s que es el valor mínimo, como en el proyecto
solo se requiere 0.05 m3/s adoptaremos los valores para el pozo de bombeo para el caudal de 0.1
m3/s, no teniendo valores para menores caudales y a la vez asegurar las dimensiones del pozo de
bombeo.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Para Q= 0.1 m3/s
Datos Obtenidos de la Figura 3.5.
C = 10 cm.
B = 25 cm.
S = W = 65 cm.
H = 100 cm.
Y = 100 cm.
Para el proyecto se adoptará una sumergencia mínima de S=0.90 [m] para bombas centrífugas
e sto es el desnivel entre el nivel mínimo de agua en el cárcamo y la parte superior del colador o
criba por las dimensiones del pozo de bombeo.
PLANTA CAMARA DE BOMBEO
COMPUERTA
METÁLICA
COMPUERTA
A REJILLASECCIÓN DE
ENTRADA
SENTIDO DE
ESCURRIMIENTO
CANAL DEL DESARENADOR A
LA CÁMARA DE BOMBEO
CANAL CÁMARA DE BOMBEO
A LOS CRIADEROS DE TRUCHA
Hº.Cº. 1:2:4 60%
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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43
CORTE A-A’
TUBERIA DE
SUCCIÓN Ø=3"
N.A min.
CODO DE 90º F.G.
Ø=3"
COMPUERTA
A REJILLA
SECCIÓN DE
ENTRADA
CHUPADOR
DE Br Ø=3"
CANAL DEL DESARENADOR A
LA CÁMARA DE BOMBEO
Figura 3.6 Plano de la cámara de bombeo
3.6.4 Calculo de la tubería de succión
El caudal de diseño de una línea de aducción por bombeo será el correspondiente al caudal
máximo diario (Qmax_d) para el periodo de diseño. Considerando que no es aconsejable mantener
periodos de bombeo de 24 hrs. diarias, habrá que incrementar el caudal de bombeo de acuerdo a
la relación de horas de bombeo, satisfaciendo las necesidades de la población. Por tanto el caudal
de bombeo se calculará por la siguiente ecuación:
N
QQ db
24max_
Donde:
Qb = Caudal de bombeo en l/s
Qmax_d = Caudal máximo diario en l/s
N = Número de horas de bombeo
El caudal que se tomara del rió será de Qrio= 1.59 lts/seg, ya que la vertiente abastece con un
caudal de Qvertiente=1.07 lts/seg.
Donde:
N = Se tomara 12 horas de bombeo con dos bombeos al día (duración de 6 horas).
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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El caudal que se bombeara será de Qb = 3.18 lts/seg en dos periodos cada uno de 6 horas una por
la mañana a las 7:00 A.M. hasta 13:00 P.M., y otro por la tarde18:00 P.M. hasta las 24:00 PM.
Diámetro de la tubería de Succión
El diámetro de la tubería de succión puede calcularse con la siguiente expresión:
Donde:
d = Diámetro de la tubería en m
Q = Caudal de bombeo en m3/s
v = Velocidad media de succión en m/s
La velocidad en la tubería de succión debe estar entre 0,60 y 0,90 m/s
Datos:
Q = El caudal de bombeo es de 3.18 lts/seg = 0.00318 m3/seg.
V = La velocidad de succión tomaremos de 0.9 m/seg
lg00.3 pud
El diámetro de la tubería de succión será de d = 3.00 pulgadas
3.6.5 Cálculo de la tubería de impulsión
Diámetro de la tubería de impulsión
Para el cálculo del diámetro económico en instalaciones que no son operadas continuamente,
debe emplearse la siguiente fórmula:
seg
ltsQb 18.3
v
Qd 1284.1
12
2459.1 bQ
v
Qd 1284.1
9.0
00318.01284.1 d
md 067.0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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Donde:
D = Diámetro económico en m
Q = Caudal de bombeo en m3/s
El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias cortas puede determinarse en
b ase a la velocidad, que deberá estar entre un rango de 1,50 m/s a 2,0 m/s.
Datos:
Nº de horas de bombeo =12 horas
Q = El caudal de bombeo es de 3.18 lts/seg = 0.00318 m3/seg.
El diámetro de la tubería de impulsión será de d = 2.50 pulgadas
3.6.6 Perdida de carga localizadas de la tubería de succión y tubería de impulsión
El cálculo de la pérdida de carga distribuida a lo largo de la tubería de succión, del colector y de
barrilete, obedecerá al criterio general establecido en el ―reglamento Técnico de Diseño de
QXD 4
1
30.1
24
º bombeodehorasdeNX
24
12
24
º
bombeodehorasdeNX
5.0X
QXD 4
1
30.1
00318.05.030.1 4
1
D
mD 0614.0 lg5.2 puD
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
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46
Aducciones para Sistemas de Agua Potable‖.
Para el cálculo de las pérdidas localizadas en tuberías de succión o impulsión, se puede utilizar la
siguiente ecuación:
g
VKh ss
2
2
Donde:
Hs = perdida de carga en m
Ks = Coeficiente de perdida de carga singular adimensional (Ver Tabla 3.5)
V = Velocidad media en la sección en m/s
g = Aceleración de la gravedad en m/s2
Para piezas o accesorios comunes, se utilizaran los coeficientes de perdida de carga especificados
en la Tabla 3.5
Tabla 3.7 Valores aproximados de K( pérdidas de cargas locales)
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
47
*Con base en la velocidad mayor (sección menor)
**Con base en la velocidad en la tubería
Fuente: Manual de hidráulica, Azevedo Netto
Tabal 3.8: Cálculo de las pérdidas localizadas
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
48
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
TUBERIA DE SUCCIÓN
Pérdida de craga local Hf
Velocidad en la tuberia de succión 0,9 m/s
Cantidad Pieza y pérdida K Hf (m)
1 Válvula de pie 1,75 0,072248
2 Codos de 90º 0,9 0,074312
Pérdida de carga de los accesorios en (m) 0,15
Velocidad en la tuberia de Impulsión 1,2 m/s
TUBERIA DE IMPULSIÓN
Cantidad Pieza y pérdida K Hf (m)
1 Válvula de retención 2,5 0,183486
2 Válvula compuerta 5 0,733945
4 Codos de 90º 0,9 0,264220
Pérdida de carga de los accesorios en (m) 1,2
Pérdida de carga total localizada en la tuberia de succión y impulsión será de :1,33 m
g
VK
fH
2
2
*
Fuente: Elaboración propia (Ver Anexo)
3.6.6 Perdida de carga por fricción en tuberías de succión y de impulsión
La ecuación de Hazen Williams se usa en problemas de flujo en tuberías. Para el cálculo de las
pérdidas por fricción en tuberías de succión o impulsión, se puede utilizar la siguiente ecuación:
54.063.08494.0 SRCV o también
54.063.22785.0 SDCQ 54.063.0355.0 SDCV
Donde:
V = Velocidad media en la sección en m/s.
R = Radio hidráulico [m] (coeficiente del área de la sección recta por el perímetro
mojado simplificado: D/4).
S = Pendiente de carga de la línea de alturas piezométricas (pérdidas de carga por
Unidad de longitud del conducto [m/m])
C = Coeficiente de la rugosidad relativa de Hazen Williams (Tabla 3.9)
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
49
Tabla 3.9: Coeficiente de rugosidad de Hazen Williams C
Descripción de la tubería Valor de
C
Tuberías rectas muy lisas 140
Tuberías de fundición lisas y nuevas 130
Tuberías de fundición usadas y de acero roblonado nuevas 110
Tuberías de alcantarillado vitrificadas 110
Tuberías de fundición con algunos años de servicio 100
Tuberías de fundición en malas condiciones 80
Tubería de concreto 120
Tubería de plástico 150
Tubería de asbesto-cemento 140
Fuente: Mecánica de Fluidos e hidráulica Shaum ( Ronald V. Giles pag. 250) y
abastecimiento de agua y alcantarillado (Terence J. Mc. Ghee pag. 132)
Cálculo de pérdida de carga para tubería de Succión
54.063.22785.0 SDCQ
Donde:
C = 140 tuberías rectas y lisas
D = diámetro de la tubería de succión D=3‖=0.0762 m
bombapozoLongitud
hS
_
Δh= Altura de pérdida de carga por fricción de la tubería de succión
L = Longitud de la tubería hasta la bomba L = 11.50 m
m
mS 00748.0
bombapozoLongitud
hS
_
50.1100748.0 h
mh 086.0
63.2
54.0
0762.01402785.0
000318.0
S
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
50
La pérdida de carga por fricción en la tubería de succión y las perdidas localizadas darán también
valores bajos. Perdida de carga localizacdas Hf = 0.15 [m] + las perdidas por fricción Δh=0.086
[m], entonces la pérdida total por fricción en la tubería de succiónin será de Δhs=0.236 [m],
Calculo de perdida de carga para tubería de Impulsión
54.063.22785.0 SDCQ
Datos:
C = 140 tuberías rectas y lisas
D = diámetro de la tubería de succión D =2.5”=0.0635 m
bombapozoLongitud
hS
_
Δh= Altura de pérdida de carga por fricción de la tubería de impulsión
L = Longitud de la tubería hasta la bomba L = 150.50 m
63.2
54.0
0635.01402785.0
000318.0
S
- bombapozoLongitud
hS
_
50.15001818.0 h
mh 74.2
La pérdida de carga por fricción en la tubería de impulsión y las pérdidas localizadas darán valores
significantes, perdidas localizadas Hf= 1.20 [m] + las perdidas por fricción en la tubería de
impulsión es de Δh=2.74 [m], entonces la pérdida total por fricción en la tubería de impulsión será
de Δhi=3.94 [m],
m
mS 01818.0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
51
ehhhhH isisb
3.6.7 Altura manométrica de Bombeo
Para el diseño de la altura manométrica total o altura total de bombeo se deben tomar en
cuenta:
Bombeo con bombas no sumergibles se utilizara bomba centrífuga.
Donde:
Hb = Altura total de bombeo en m
hs = Altura geométrica de succión en m => hs=1.20 [m]
hi = Altura geométrica de impulsión en m => esta entre las cotas 3789-3734 =>
hi=55[m]
∆hs= Altura de pérdida de carga en la tubería de succión en m ∆hs=0.236[m]
∆hi = Altura de pérdida de carga en la tubería de impulsión en m ∆hi =3.94[m]
e = Altura (presión) mínima de llegada al tanque en m
e ≥ 2,00
00.294.3236.000.5520.1 bH
La altura manométrica de bombeo o la altura total de bombeo será de Hb=62.50 [m]
3.6.8 Potencia del equipo de Bombeo
La potencia de la bomba se determinará por la siguiente fórmula:
76
bb
b
HQP
ehhhhH jsisb
mHb 37.62
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
52
ehhhhH isisb
Donde:
Pb = Potencia del equipo de bombeo [Hp]
Qb = Caudal de bombeo en l/s Qb=3.18 l/s =0.00318 [m3/s]
Hb = Altura manométrica total en m Hb=62.50[m]
ε = Eficiencia 70% a 90% ε = 0.7
γ = Peso unitario del agua (1000 Kg/m3) γ=1000Kg/m
3
HpPb 73.37.076
100050.6200318.0
HpPb 0.4
Figura 3.7 Bomba Centrifuga de eje horizontal
Fuente: Guía de Bombas Pedrollo
La bomba tendrá una potencia de Pb= 4.0 [Hp] que impulsará un caudal de Qb=3.18[l/s] a una
altura de Hb = 62.50[m].
Como no tenemos una bomba que impulse un caudal de Qb=3.18[l/s] a una altura de Hb = 62.50[m]
de una potencia de 5.5 se usara una bomba de Pb= 5.5 [Hp] que se encuentra en las tiendas.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
53
Figura 3.8 Curvas de funcionamiento
Fuente: Guía de Bombas Pedrollo
Figura 3.9 Datos de funcionamiento de las bombas
Fuente: Guía de Bombas Pedrollo
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
54
Figura 3.10 Medidas de las bombas
Fuente: Guía de Bombas Pedrollo
Entrando a las curvas de funcionamiento con un Qb=190.8[l/min] y una altura total de Hb =
62.50[m] la bomba que mas se adecua a estas características exigidas es la bomba centrífuga
birodete (con rodetes contrapuestos) catalogada como: 2CP40/180B.
3.7 CÁLCULO DE VOLUMEN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
3.7.1 Volumen de Regulación
El cálculo del volumen puede ser realizado de dos formas:
a) Curvas de consumo
En el que se toma en cuenta la curva de variaciones horarias de la demanda en el día de
máximo consumo, la curva de consumos acumulados y las características del
sistema (gravedad, bombeo, funcionamiento continuo, discontinuo, etc.).
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
55
HIDROGRAMA DE CONSUMO
t [hr]
%
Q servicio
CAUDAL DE
SERVICIO
242322212019181716151413121110987654321
0 %
100 %
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
53 %
Figura 3.11 Hidrograma de consumo para la Comunidad de Santa Veracruz
Del hidrograma se sacan 28 unidades para el diseño del tanque de almacenamiento agua.
Sacando el hidrograma de consumo (Figura 3.11).
1 unidad ----------> Qmax_h*(3600/1000)*(1/10%)
1 unidad ----------> 33
90.1%10
3600
1000
128.5 m
seg
lts
m
seg
lts
1 unidad ---------->1.90 (m3)
Realizando una regla de tres:
1 unidad ---------->1.90 (m3)
28 unidades ---------->X
Donde X = Volumen total del tanque
Vtotal = 53.20 [m3]
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
56
b) Coeficientes empíricos
Para sistemas por gravedad, el volumen del tanque de regulación debe estar entre el 15% a
30% del consumo máximo diario.
Para sistemas por bombeo, el volumen del tanque de regulación debe estar entre el 15 a 25%
del consumo máximo diario, dependiendo del número y duración de las horas de bombeo, así
como de los horarios en los que se realicen dichos bombeos.
Para cualquiera de los casos el volumen debe ser determinado utilizando la siguiente
expresión:
tQCV dr .max
Donde:
Vr = Volumen de regulación en [m3]
C = Coeficiente de regulación
Sistemas con tanque semienterrado 0,15 a 0,30
Sistemas con tanque elevado 0,15 a 0,25
Qmax.d= Caudal máximo diario en [m3/día]
t = Tiempo en días, 1 día como mínimo
Vtot = 53.00 [m3]
b) Método analítico
El cálculo se hace mediante la Tabla …….. considerando la ley de demanda las curvas de
consumo la conocemos en función de porcentajes horarios del caudal máximo diário(Qmaxd), en
esta misma forma se expresa la ley de entrada (suministro).
tQCV dr max_día
día
seg
lts
m
seg
ltsVr 1
1
86400
1000
3166.223.0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
57
En la tabla 3.10 se aprecia que para calcular el volumen, se suman los valores absolutos del
máximo excedente y máximo déficit, 0.10 y 48.25.
De ésta manera tomando en cuenta la referencia, se tienen los volúmenes de regulación del
tanque del sistema.
TABLA 3.10 volumen de regulación para el caso de suministro las 24 horas
CAUDAL DE INGRESO AL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (Lts / Seg.) 2,66
TIEMPO DIFER. DE VOL
(HR) entrada Vol. Ingreso demanda hor. Vol. Requer. Vol. En. - Vol Sal
(%) (m3) (%) (m3) (m3) (m3)
0 a 1 40,2 3,85 20 3,80 0,05 0,05
1 a 2 40,2 3,85 20 3,80 0,05 0,10
2 a 3 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -3,65
3 a 4 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -7,40
4 a 5 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -14,95
5 a 6 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -22,51
6 a 7 40,2 3,85 80 15,21 -11,35 -33,86
7 a 8 159,77 15,30 100 19,01 -3,71 -37,57
8 a 9 159,77 15,30 100 19,01 -3,71 -41,28
9 a 10 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -41,18
10 a 11 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -33,49
11 a 12 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -25,79
12 a 13 159,77 15,30 60 11,40 3,90 -21,90
13 a 14 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -29,45
14 a 15 40,2 3,85 50 9,50 -5,65 -35,10
15 a 16 40,2 3,85 50 9,50 -5,65 -40,75
16 a 17 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -44,50
17 a 18 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -48,25
18 a 19 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -48,16
19 a 20 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -48,07
20 a 21 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -40,37
21 a 22 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -32,67
22 a 23 159,77 15,30 20 3,80 11,50 -21,18
23 a 24 159,77 15,30 20 3,80 11,50 -9,68
1 2 3 4 5 6 7
48,36Volumen del Tanque de Almacenamiento (M3)
DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO DEL TANQUE (Metodo Analítico)
SUMINISTROS (ENTRADAS) DEMANDAS (SALIDAS)VOL ACUM.
FUENTE: Elaboración Propia en base a la Norma NB-689 y observaciones de campo
Donde:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
58
(1): Tiempo en horas
(2): Entrada o suministro al tanque el 100 % del caudal (Qmax.d), durante 24 horas.
(3): Volumen Total de Ingreso.
(4): Variaciones Horarias de consumo conocidas.
(5): Volumen Requerido
(6): (5) – (3)
(7): Volumen Acumulado de Regulación
3.7.2 Volumen de Reserva
Este volumen prevé el abastecimiento de agua durante las interrupciones accidentales
de funcionamiento de los componentes del sistema situados antes del tanque de
almacenamiento, o durante períodos de reparaciones y mantenimiento de obras de
captación, conducción, tratamiento y/o en casos de falla en el sistema de bombeo, para ello se
recomienda un volumen equivalente 4 horas de consumo correspondientes al caudal máximo
diario.
Se determina mediante
tQV dre max_6.3
Donde:
Vre = Volumen de reserva en m3
Qmax.d = Caudal máximo diario en l/s
t = Tiempo en horas
330.38 mVre
3.7.3 Volumen Contra Incendios
tQV dre max_6.3 hseg
ltsVre 466.26.3
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
59
Este volumen está destinado a garantizar un abastecimiento de emergencia para combatir
incendios. El cálculo del volumen contra incendios, debe ser determinado en
función de la importancia de la zona a servir, de la densidad poblacional y principalmente
las posibilidades de ocurrencia.
El volumen contra incendios debe ser calculado para un período de 2 a 4 hrs mediante la
siguiente expresión:
tiQiVi 6.3
Donde:
Vi = Volumen contra incendios en m3
Qi = Caudal contra incendios en l/s
ti = Tiempo en horas (entre 2 a 4 hrs)
Para poblaciones menores a 10000 habitantes, no es recomendable y resulta antieconómico el
proyectar sistema contra incendio. Se deberá justificar en los casos en que dicha protección sea
necesaria. Por lo tanto en este proyecto no corresponde tomar en cuenta el volumen contra
incendios.
Dimensiones adoptadas para el tanque
Se adoptarán dos tanques cada una de ellas con las siguientes dimensiones:
Longitud = 5.60 m
Ancho = 2.70 m
Alto = 1.80 m
Total de volumen del tanque de regulación Vregulación = 54.50 [m3].
Se construirán dos tanques con las siguientes dimensiones exteriores e interiores:
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
60
MEDIDAS INTERIORES DEL TANQUE 1 y 2
LARGO ANCHO ALTO
m m m
5,60 2,70 2,00
MEDIDAS EXTERIORES DEL TANQUE 1 Y 2 (UNIDOS)
LARGO ANCHO ALTO
m m m
6,00 6,00 2,00
FUENTE: Elaboración Propia (ver Anexos)
3.7.4 Tubería de rebose
La tubería de rebose debe ser dimensionada para posibilitar la descarga del caudal máximo diario
que podrá alimentar al tanque.
Para el cálculo debe emplearse la fórmula general de orificios.
Donde los datos que tenemos son:
Qb = Caudal máximo diario o caudal de bombeo en m3/s. Qb=0.00318 m
3/s
Cd = Coeficiente de contracción. Cd = 0.60.
A = área del orificio de desagüe en m2 A = ?
g = Aceleración de la gravedad en m/s2
g = 9.81 m/s2
h = Carga hidráulica sobre la tubería de desagüe en m. h = 0.05 m
200535.0 mA
mD 083.0
hgC
QA
d
2 05.081.9260.0
00318.0
A
AD
DA
4
4
2
hgACQ d 2
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
61
El diámetro de la tubería de rebose será de D = 0.0889 m que esto da un diámetro en pulgadas de
3.5‖ pero no es un diámetro comercial por lo que utilizaremos D = 4” por lo cual no es inferior
al diámetro de la tubería de ingreso por lo que cumple con la Norma Boliviana NB-689.
3.7.5 Tubería de limpieza
Todo tanque de almacenamiento debe estar provisto de una tubería de limpieza.
La limpieza del tanque será realizada a través de una tubería de descarga de fondo situada por
debajo de su nivel mínimo.
Los tanques con capacidad mayor a 50 m3 deben contar con una cámara de limpieza ubicada por
debajo del nivel del piso y que permita drenar toda el agua del tanque. El volumen de dicha
cámara no será considerado en el cálculo del volumen útil del tanque.
El fondo del tanque debe contar con una pendiente menor al 1% hacia la tubería de limpieza.
Debe proveerse una tubería cuyo diámetro debe ser tal que facilite el vaciado del tanque en
periodo no mayor a 4 horas.
La tubería de limpieza no debe tener una sección menor a 0.015 m2
La tubería de limpieza debe estar provista de válvula compuerta.
La tubería de limpieza no debe descargar en forma directa al alcantarillado sanitario, para lo cual
deben tomarse las previsiones necesarias para evitar contaminaciones, perfectamente se debe
descargar al alcantarillado pluvial.
Para el cálculo del área del orificio de la tubería de limpieza debe utilizarse la fórmula siguiente:
gTCd
hSAo
2
2
Donde:
T = Tiempo de vaciado en segundos T = 1800 seg.
S = Área superficial del tanque en m2. S =15.12 m
2
h= Carga hidráulica sobre la tubería en m. H = 1.80 m
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
62
Cd = Coeficiente de contración. Cd =0.60
Cd = 0.60 a 0.65
Ao = Área del orificio de desagüe en m2 Ao = ?
g = Aceleración de la gravedad en m/s2 g = 9.81 m/s
2
AD
DA
4
4
2
El diámetro de la tubería de limpieza será de D = 0.10 m que esto da un diámetro en pulgadas de
D = 4”.
3.7.6 Coladores
Las aberturas de salida de agua del tanque así como limpieza, deben ser protegidas con un
colador o con rejilla con abertura máxima igual a 5 cm. y con un área total 50 % mayor que la
abertura protegida.
81.9218006.0
80.112.152
Ao 20085.0 mAo
mD 10.0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
63
ESQUEMAS DISEÑADOS (PLANOS)
U.U.
COPLA FG Ų 21/2"
LLp
TRANSICIÓN FG Ų 21/2" Pte. 1%
Losa de Piso Ho Ao FG Ų 1 1/2"TUB. VENTILACIÓN
LLp
LLp
Pte. 1%
Pte. 1%
Pte. 1%
TUB. VENTILACIÓNFG Ų 1 1/2"
COPLA FG 4"
TUB. A LA RED PVC Ų 4"
ADAPTADOR R-E PVC Ų 4"
BR.Ų 4"LL.PASO U.U.
FG.Ų 4"
U.U. TEE
TEEU.U.
U.U.
CODOU.U.
U.U. CODO
CODO
CODOU.U.
FG.Ų 4"U.U.LL.PASO
BR.Ų 4"
COLADORBR. Ų 4"
COLADORBR. Ų 4"
TEE
TUB. REBOSE Y LIMPIEZAFG Ų 4"
FG Ų 4"
TUB. REBOSE Y LIMPIEZA
DRENAJE
DRENAJE
FG Ų 2"TRANSICIÓN
LLp
COPLA FG Ų 2"
U.U.
DRENAJETUBERIA PVC Ų 1"
TUBERIA PVC Ų 1"DRENAJE
Losa de Piso Ho Ao
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
64
TUB. DRENAJEPVC Ų1"
Tuberķa de drenajePVC Ų1"
N.A.
PVC a FG Ų2"TRANSICIÓN
COPLA FG Ų2" MURO DE H° A°
con SIKA-1
U. U. FG Ų 2"
Ų 4"LLp
TUB. REBOSE Y LIMPIEZA
COPLA FG 4"
ADAPTADOR R-E PVC Ų 4"
REVOQUE Y ENLUCIDO
SOLADURA DE PIEDRA
Losa de Piso Ho Ao
LLAVE PASO BR. Ų 2"
CODO FG. Ų 2"
1%Chaflį n
LOSA TAPA H° A°
CODO
TUBERĶA PVC Ų 4"
LLp
BR. Ų 4"COLADOR
TUBO DE VENTILACIÓNSeguro y candado
FG Ų 4" LONGITUD MINIMA
FG Ų 11/2" (Con malla milimétrica)
TUB. A LA RED
TAPA DE INSPECCION
PVC Ų 4"
DE 5 m; UN Ų COMERCIALMAYOR QUE EL Ų DE LATUBERIA DE ENTRADA
FG Ų 11/2" (Con malla milimétrica)
TUBO DE VENTILACIÓN
LOSA TAPA H° A°
Chaflį nLosa de Piso Ho Ao
SOLADURA DE PIEDRA
TUBERIA DE INGRESO
FG Ų 2"
N.A.
TUBO DE VENTILACIÓN
FG Ų 11/2" (Con malla milimétrica)
FG Ų 2 1/2"
TUBERIA DE INGRESO
PANTALLA
Figura 3.12 Plano del Tanque de Almacenamiento
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
65
3.7.7 Aspectos complementarios
Altura revancha
El tanque de almacenamiento debe estar previsto de una altura de revancha o altura libre por
encima del nivel máximo de aguas, a fin de contar con un espacio de aire ventilado. La altura de
revancha no debe ser menor a 0.20 m.
Revestimiento interior
Todas las áreas que existieran al interior del tanque y situadas por debajo del nivel mínimo de
agua, cuya profundidad fuera superior a 1.0 m, deben ser protegidas con una rejilla construida de
material a prueba de corrosión, con aberturas menores de 0.01 m2.
Cubierta
La cubierta del tanque, será impermeable y continua, se considerará una cubierta continua a
aquella constituida por elementos unidos por juntas flexibles empotrados en los elementos que
conforman la cubierta.
Además de la impermeabilidad intrínseca de la cubierta, su superficie superior, debe ser revestida
con capas de materia asfáltica o de otro material impermeabilizante que sea capaz de adherirse a
la cubierta.
La cubierta debe tener una pendiente mínima del 2%
Descarga de agua
Las descargas de agua provenientes de uno o más tanques deben ser conducidas hasta un curso
receptor mediante un conducto dimensionado para un caudal por lo menos igual al máximo
caudal conducido hasta los tanques.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
66
Facilidades para mantenimiento
Para el dispositivo del cierre de las tuberías de entrada, salida y de limpieza deben ser instalados
de tal manera que puedan ser reparados aún cuando el tanque se encuentre lleno de agua, de
modo que su remoción pueda ser hecha sin que sea necesario cortar o destruir parte de las
instalaciones.
Previsión contra rupturas
Cuando las tuberías de entrada, salida o limpieza fueran instaladas por debajo del fondo del
tanque, deben ser previstos dispositivos para impedir la ruptura de las mismas y para no
perjudicar la fundación del tanque.
Limitadores de Nivel
En tanques elevados, debe disponerse de un dispositivo limitador del máximo de agua, destinado
a impedir la pérdida de agua a través del rebosadero.
Ventilación
Los tanques deben contar con dispositivos para ventilación, que permitan la entrada y salida del
aire de su interior.
Los orificios o tuberías para ventilación deben ser protegidos con malla milimétrica para evitar la
penetración de los insectos y pequeños animales.
Acceso de inspección
Cada tanque debe contar por lo menos con una abertura para la inspección ubicada en su cubierta
con una dimensión mínima igual a 0.60m x 0.60m o igual a la necesaria para posibilitar el paso
de los equipos o dispositivos previstos en su interior.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
67
Los bordes de las aberturas para inspección deben situarse por lo menos 5 cm. más alto de la
superficie de cubierta de tanque.
Indicador del Nivel
Los tanques deben ser dotados de un dispositivo indicador de la posición de nivel de agua.
No deben ser empleados dispositivos que sean capaces de dañar la calidad de agua.
Medidor de caudal
Se debe colocar un medidor registrador de caudal en la tubería de salida del tanque, que permita
determinar los volúmenes suministrados en forma diaria, así como las variaciones de los
caudales.
El medidor de caudal debe ser considerado para poblaciones superiores a 10000 habitantes.
Para evitar la formación de algas en el interior del mismo.
Cerco de protección
Los tanques de almacenamiento deben estar protegidos mediante un cerco o muro con una altura
y resistencia necesaria, para evitar el acceso directo de personas no autorizadas o animales.
Escaleras interiores
Se proveerán escaleras interiores en el caso que la altura del tanque exceda de 1.2 m, con las
protecciones necesarias.
Las escaleras en el interior de los tanques, deben tener las siguientes características:
Serán verticales y formadas por dos largueros que sustenten los peldaños espaciados 0.30 m
como máximo.
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
68
Los largueros se apoyaran en el fondo y se sujetarán a la losa de cubierta junto a una abertura de
inspección.
3.8 DESINFECCIÓN EN SISTEMAS DE AGUA POTABLE
La desinfección es el proceso mediante el cual se adicionan substancias químicas al agua para
inactivar todo tipo de microorganismo de tal forma de que el agua logre ser apta para consumo
humano.
3.8.1 Desinfección del Agua para Consumo Humano
Para realizar el adicionamiento de los desinfectantes al agua, se emplean los siguientes
equipos dosificadores:
• Dosificador de flujo y carga constante: consiste de dos recipientes, el primero o superior
para cargar la solución y el segundo o inferior para dosificar la solución con carga constante.
(Ver Figura 3.13).
Figura 3.13: Hipoclorador de carga constante Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
69
La desinfección puede ser realizada empleando diferentes substancias químicas
oxidantes; sin embargo, las más corrientes para poblaciones menores a 10.000
habitantes en Bolivia son: Hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio. El hipoclorito de
calcio ofrece ventajas por su contenido de cloro activo (70%)(nombre comercial HTH),
haciendo que la operación de aplicación sea menos dificultosa, frente al manejo de
soluciones de hipoclorito de sodio con 8 al 15 % de cloro activo.
El rendimiento de la desinfección depende del valor del PH. Debe estar entre 6.5 y 8.5. Con
estos valores se garantiza mayor formación de ácido hipocloroso y mayor eficiencia en el
proceso de desinfección.
El hipoclorito de calcio, para su aplicación requiere de tinas de preparación, las mismas que
servirán para sedimentar el material insoluble (cal) y una tina de dosificación o unidades
de dosificación (dosificadores de flujo constante o bombas dosificadores). Se debe diseñar la
infraestructura adecuada para las tinas de solución hacer esta determinación se puede aplicar 1
mg/l de cloro como mínimo y ajustarla gradualmente para obtener 0,2 a 0,5 mg/l de cloro
residual libre en el punto más alejado de la red.
3.8.2 Cálculo del Peso de Hipoclorito de Calcio [Ca(O Cl)2].
Datos:
Q =3.18 l/s = 11.45 m3/h
d = 1 gr/m3 = 0.1% (concentración deseada en el agua)
c = 10 % (concentración de la solución líquida de hipoclorito de calcio).
r = 70 % (porcentaje de cloro activo en el hipoclorito de calcio comercial)
t = 24 h
dQP *
Donde:
P = Peso de cloro en gr/h
Q = 11.45 m3/h Caudal de agua a clorar en m3/h
d =1 gr/m3 Dosificación adoptada en gr/m3
h
m
h
s
l
m
s
lQ
33
45.111
3600
1000
118.3
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
70
h
gr
m
gr
h
mdQP 45.11
145.11*
3
3
h
grh
h
grP
24
8.2742445.11
El peso del cloro será de P=11.45 gr/h
El peso del cloro para 7 dias será de 1.923 Kg.
3.8.3 Cálculo del Peso del Producto Comercial
r
PPc
100
Donde:
Pc = Peso del producto comercial en gr/h
r = 70% Porcentaje del cloro activo que contiene el producto comercial (%).
P = 11.45 gr/h Peso del cloro en gr/h.
h
grhgr
r
PPc 36.16
70
100/45.11100
hKggr
kg
h
grPc /01636.0
1000
136.16 ó
h
Kgh
h
kgPc
24
3926.02401636.0
El peso del producto comercial Pc=16.36 gr/h
El peso del producto comercial en 7 días será 2.74 Kg
3.8.4 Cálculo de la Demanda Horaria de Solución Desinfectante
Donde:
Pc = 0.016 kg/h Peso del producto comercial en kg/h
qs = Demanda horaria de la solución en l/h, asumiendo que la densidad de1 litro
de la Solución pesa 1 kg.
c = 10% Concentración de la solución (%).
El valor de qs permite seleccionar el equipo dosificador requerido.
h
ltshlts
c
Pcqs 1636.0
10
100/01636.0100
c
Pq c
s
100
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
71
El peso del producto comercial será de qs =0.1636 lts/h
El peso del producto comercial para 7 día será de 27.48 Kg
3.8.5 Cálculo del Volumen de la Solución
tqV ss *
Donde:
qs = 0.1636 l/h Demanda horaria de la solución en l/h
Vs =Volumen de la solución en litros (correspondiente al volumen útil de las
tinas de preparación). l
t = 24 hr Tiempo de uso de las tinas de solución en horas h 6-8-12-24 h
Se debe especificar el tiempo t en ciclos de operación de 6 horas (4 ciclos), 8 horas (3
ciclos) y 12 horas (2 ciclos) correspondientes al vaciado de las tinas y carga de nuevo volumen
de solución utilizaremos de 24 horas.
ltshltqV ss 93.324/1636.0*
El volumen de la solución será de Vs =3.93 lts
El volumen de la solución es de Vs=3.93 lts para un día y el volumen requerido para los 7 días
de la semana será de Vs= 27.51 lts.
3.8.6 Elección del equipo
Tinas de hipoclorito de calcio para 7 días
Con el Vs = 27.51 lts escogemos una tina de Vs = 30.00 lts.
Dosificadores de solución
Con el valor de qs = 0.3616 l/h
Escogemos un dosificador cuyas medidas sean apropiadas de largo, ancho y alto.
ESQUEMAS DISEÑADOS (PLANOS)
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
72
de solución
Tanque
Tablones
Vigas de 3"x 2"
Dosificador
Vį lvula de flotador
PVC Ų 1/2"
De la aducción
Listón de 2"x2"
Calamaina
Pared de ladrillo
Tuberia de alimentación
al dosificador PVC Ų1/2"
Microgrķfo
Al tanqueLosa tapa tanque
de almacenamiento
N.A.
Pared de ladrillo
Tanque
Tuberia de limpieza
PVC Ų 3/4"
Tuberia de alimentación
de solución
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
73
Listón de 2"x2"
Calamaina
Viga 3"x2"
Tablón
Tanque de solución
Llave de paso Ų 3/4"
del tanque de Disolución
Dosificador
del dosificador PVC Ų1/2"Tuberia de limpieza
PVC Ų 3/4"
Tuberia de limpieza
Lave de paso Ų 3/4"Al tanque
Dosificador
Pared de ladrillo
Tuberia de descarga
Figura 3.14 Plano del Hipoclorador de Carga Constante
3.9 CÁLCULO HIDRAULICO DE AGUA POTABLE
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
74
Calculated Percent Full Varying Time
Tank: T-1
Time
(hr)
(%
)C
alc
ula
ted P
erce
nt F
ull
10,0
16,0
22,0
28,0
34,0
40,0
46,0
52,0
58,0
64,0
70,0
76,0
82,0
88,0
94,0
100,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0
Base
3.9.1 RED DE ADUCCIÓN Y DISTRIBUCION
La simulación del funcionamiento hidráulico del sistema, se ha realizado en el paquete
computacional WATER CAD Versión 4.5, el cual realiza una comparación de los diferentes
componentes del sistema que se basa a partir de procesos iterativos Hardy Cross, para realizar las
aproximaciones y utiliza la fórmula de Manning o de Hazen & Williams para el cálculo de
pérdida de cargas.
Luego de cumplir con los requisitos tanto de los caudales, como de la calidad del agua, se ha
considerado que el caudal para el cálculo hidráulico será el Caudal Máximo Horario (Qmaxh =
5.28 lts/seg.). Dentro de este análisis se ha considerado la presión estática máxima recomendada
por la Norma Boliviana N.B. 689, tomando como límite máximo el 80 % de la presión de trabajo
de la tubería a emplearse. La velocidad máxima en la red de distribución será de 2 m/s. La
velocidad mínima en ningún caso será menor de 0.30 m/s pero según la norma para poblaciones
menores a 5000 hab. y en la red de distribución se pueden aceptar velocidades menores.
Dada la topografía del terreno y tomando en cuenta que se debe garantizar las presiones en toda
la red de Distribución, se emplazará el tanque de almacenamiento en la cota 3789 m.s.n.m. La
elección de la tubería a emplearse es muy importante, para lo cual se recomienda el uso de
tubería SUPER PEAD con resistencia de trabajo de 8,00 bar o aproximadamente 80,0 m.c.a. por
las características de la zona.
Figura 3.15 Curva del funcionamiento del tanque Figura 3.16 Hidrograma de consumo
HIDROGRAMA
Stepwise Pattern
Time
(hr)
Multip
lie
r
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
75
Tabla 3.7 Reporte de tuberías (Water Cad)
REPORTE DE TUBERIAS
Label Velocity Length Diameter
Material Hazen- Discharge Headloss
(m/s) (m) (in) Williams C (l/s) Gradient (m/km)
P-1 0,72 0,01 3 Ductile Iron 130 3,29 0
P-2 1,04 275,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47
P-3 1,04 108,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47
P-4 1,04 40,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47
P-5 1,04 194 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47
P-6 0,66 193,5 4 PVC 150 5,32 4,24
P-7 0,66 41,5 4 PVC 150 5,32 4,25
P-10 0,65 129 4 PVC 150 5,27 4,17
P-11 0,36 93 1 PVC 150 0,18 7,03
P-12 0,35 19,5 0,75 PVC 150 0,1 9,3
P-13 0,18 115 0,75 PVC 150 0,05 2,62
P-14 0,14 121 0,75 PVC 150 0,04 1,68
P-15 0,62 139,65 4 PVC 150 5 3,78
P-18 0,59 112 4 PVC 150 4,79 3,5
P-19 0,35 128 0,75 PVC 150 0,1 9,34
P-21 0,56 114 4 PVC 150 4,52 3,14
P-22 0,36 142 0,75 PVC 150 0,1 10,07
P-25 0,18 111,5 0,75 PVC 150 0,05 2,71
P-26 0,51 139,5 4 PVC 150 4,15 2,69
P-27 0,79 110 0,75 PVC 150 0,22 42,36
P-28 0,29 132 0,75 PVC 150 -0,08 6,58
P-29 0,47 132 4 PVC 150 3,79 2,27
P-31 0,02 265 0,75 PVC 150 -0,01 0,06
P-32 0,45 139,5 4 PVC 150 3,65 2,12
P-33 0,73 110 0,75 PVC 150 0,21 36,79
P-34 0,72 132 3 PVC 150 3,27 7,02
P-36 0,17 119 0,75 PVC 150 0,05 2,61
P-37 0,67 227,5 3 PVC 150 3,08 6,26
P-38 0,66 61,5 3 Ductile Iron 130 3 7,8
P-39 0,11 111,5 0,75 PVC 150 0,03 1,19
P-40 0,69 166,5 0,75 PVC 150 0,2 33,04
P-41 0,17 128 0,75 PVC 150 0,05 2,53
P-43 0,34 109 0,75 PVC 150 0,1 9,11
P-44 0,17 113 0,75 PVC 150 0,05 2,53
P-45 0,6 89 3 PVC 150 2,74 5,05
P-46 0,29 129 0,75 PVC 150 0,08 6,47
P-48 0,57 112 3 PVC 150 2,59 4,55
P-49 0,36 139,5 0,75 PVC 150 0,1 9,81
P-51 0,52 112,5 3 PVC 150 2,39 3,91
P-52 0,28 113,5 0,75 PVC 150 0,08 6,26
P-53 0,48 72 3 PVC 150 2,2 3,37
P-54 0,24 113,5 0,75 PVC 150 0,07 4,56
P-55 0,45 65 3 PVC 150 2,04 2,93
P-56 0,25 114,5 0,75 PVC 150 0,07 5,02
P-57 0,41 93 3 PVC 150 1,87 2,48
P-58 0,22 113,5 0,75 PVC 150 0,06 3,95
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
76
P-59 0,38 80 3 PVC 150 1,71 2,11
P-60 0,28 110,5 0,75 PVC 150 0,08 6,23
P-61 0,34 110,5 3 PVC 150 1,55 1,76
P-62 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,22
P-64 0,43 112 2,5 PVC 150 1,35 3,34
P-65 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,34
P-67 0,56 112 2 PVC 150 1,13 7,11
P-69 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,29
P-71 0,41 112 1,5 PVC 150 0,47 5,6
P-72 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,29
P-74 0,39 112 1 PVC 150 0,2 8,37
P-75 0,31 114 0,75 PVC 150 0,09 7,69
P-77 0,36 82 1,5 PVC 150 0,41 4,42
P-78 0,22 61 0,75 PVC 150 0,06 3,88
P-80 0,14 126,72 0,75 PVC 150 0,04 1,66
P-83 0,13 107,43 0,75 PVC 150 -0,04 1,43
P-84 0,49 119,5 1 PVC 150 -0,25 12,51
P-85 0,21 174,5 1 PVC 150 0,11 2,55
P-86 0,2 75,1 0,75 PVC 150 0,06 3,5
P-87 0,1 129,5 0,75 PVC 150 0,03 0,92
P-88 0,25 0,01 3 Ductile Iron 130 1,16 0
P-89 0,57 0,5 2 Ductile Iron 130 1,16 10,12
P-102 0,17 50 0,75 PVC 150 0,05 2,58
P-103 0,17 78 0,75 PVC 150 0,05 2,59
P-104 0,25 49,5 0,75 PVC 150 0,07 4,95
P-105 0,25 60,5 0,75 PVC 150 0,07 4,95
P-106 0,66 520,5 4 PVC 150 5,32 4,24
P-107 0,66 138,5 4 PVC 150 5,32 4,24
Fuente: Salida de datos (Water Cad) Ver Anexo
Tabla 3.8 Reporte de los nudos (Water Cad)
REPORTE DE LOS NUDOS
Label Elevation Demand
Pattern Demand Pressure
(m) (l/s) (Calculated) (l/s) (m H2O)
J-1 3.740,00 0 HIDROGRAMA 0 57,044
J-2 3.739,80 0 HIDROGRAMA 0 54,812
J-3 3.739,00 0 HIDROGRAMA 0 54,702
J-4 3.739,00 0 HIDROGRAMA 0 49,535
J-5 3.739,80 0 HIDROGRAMA 0 48,561
J-6 3.714,50 0,05 HIDROGRAMA 0,05 68,912
J-8 3.721,50 0,09 HIDROGRAMA 0,09 61,393
J-9 3.726,90 0,04 HIDROGRAMA 0,04 55,354
J-10 3.728,00 0,05 HIDROGRAMA 0,05 54,076
J-11 3.726,30 0,05 HIDROGRAMA 0,05 55,471
J-12 3.727,20 0,04 HIDROGRAMA 0,04 54,853
J-13 3.720,80 0,16 HIDROGRAMA 0,16 61,565
J-14 3.712,40 0,05 HIDROGRAMA 0,05 62,392
J-16 3.718,35 0,17 HIDROGRAMA 0,17 63,617
J-17 3.714,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 65,816
J-19 3.714,00 0,19 HIDROGRAMA 0,19 67,599
J-20 3.711,00 0,1 HIDROGRAMA 0,1 69,166
J-22 3.707,90 0,1 HIDROGRAMA 0,1 67,796
J-23 3.706,80 0,05 HIDROGRAMA 0,05 68,591
DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE
_____________________________________________________________________________________________________________________
77
J-24 3.720,60 0,13 HIDROGRAMA 0,13 60,642
J-25 3.711,30 0,15 HIDROGRAMA 0,15 65,271
J-26 3.722,95 0,14 HIDROGRAMA 0,14 57,998
J-28 3.716,70 0,15 HIDROGRAMA 0,15 59,901
J-29 3.723,95 0,17 HIDROGRAMA 0,17 56,706
J-30 3.724,90 0,2 HIDROGRAMA 0,19 54,834
J-32 3.716,20 0,05 HIDROGRAMA 0,05 60,09
J-33 3.721,95 0,07 HIDROGRAMA 0,07 56,355
J-34 3.721,30 0,04 HIDROGRAMA 0,04 56,525
J-35 3.722,20 0,03 HIDROGRAMA 0,03 55,495
J-36 3.719,90 0,05 HIDROGRAMA 0,05 52,434
J-37 3.717,00 0,05 HIDROGRAMA 0,05 55,004
J-39 3.718,95 0,05 HIDROGRAMA 0,05 52,39
J-40 3.717,20 0,05 HIDROGRAMA 0,05 53,851
J-41 3.723,50 0,07 HIDROGRAMA 0,07 53,883
J-42 3.724,10 0,08 HIDROGRAMA 0,08 52,452
J-44 3.727,20 0,1 HIDROGRAMA 0,1 49,684
J-45 3.728,90 0,1 HIDROGRAMA 0,1 46,623
J-47 3.729,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 46,502
J-48 3.730,70 0,08 HIDROGRAMA 0,08 45,045
J-49 3.731,20 0,09 HIDROGRAMA 0,09 45,013
J-50 3.732,15 0,07 HIDROGRAMA 0,07 43,545
J-51 3.733,40 0,1 HIDROGRAMA 0,1 42,629
J-52 3.733,50 0,07 HIDROGRAMA 0,07 41,955
J-53 3.736,20 0,09 HIDROGRAMA 0,09 39,605
J-54 3.734,80 0,06 HIDROGRAMA 0,06 40,554
J-55 3.739,00 0,08 HIDROGRAMA 0,08 36,643
J-56 3.736,75 0,08 HIDROGRAMA 0,08 38,201
J-57 3.743,10 0,1 HIDROGRAMA 0,1 32,359
J-58 3.738,15 0,1 HIDROGRAMA 0,1 36,111
J-60 3.747,50 0,12 HIDROGRAMA 0,12 27,598
J-61 3.742,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 30,935
J-63 3.753,00 0,16 HIDROGRAMA 0,16 21,318
J-65 3.747,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 25,16
J-67 3.758,60 0,17 HIDROGRAMA 0,17 15,106
J-68 3.749,80 0,1 HIDROGRAMA 0,1 22,689
J-70 3.760,85 0,11 HIDROGRAMA 0,11 11,926
J-71 3.753,95 0,09 HIDROGRAMA 0,09 17,934
J-73 3.750,50 0,1 HIDROGRAMA 0,1 23,45
J-74 3.747,90 0,02 HIDROGRAMA 0,02 25,807
J-76 3.748,30 0,04 HIDROGRAMA 0,04 25,199
J-78 3.749,50 0,04 HIDROGRAMA 0,04 22,804
J-79 3.757,00 0,11 HIDROGRAMA 0,11 15,476
J-80 3.766,80 0,05 HIDROGRAMA 0,05 5,256
J-81 3.765,50 0,03 HIDROGRAMA 0,03 6,291
J-82 3.757,70 0,03 HIDROGRAMA 0,03 13,952
Fuente: Salida de datos (Water Cad) Ver Anexo