alcantarillado sanitario

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El alcantarillado sanitario se diseña para evacuar las aguas residuales de una población CAUDAL DE DISEÑO El caudal de aguas residuales de una población está compuesto por los siguientes aportes: · Aguas residuales domésticas. · Aguas residuales industriales, comerciales e institucionales. · Aguas de infiltración. · Conexiones erradas. CAUDALDE AGUASRESIDUALES DOMÉSTICAS El punto de partida para la cuantificación de este aporte es el caudal medio diario, el cual se define como la contribución durante un período de 24 horas, obtenida como el promedio durante un año. Cuando no se dispone de datos de aportes de aguas residuales, lo cual es usual en la mayor parte de los casos, se debe cuantificar este aporte con base en el consumo de agua potable obtenido del diseño del acueducto. El resultado final es uncaudal en l/hb/d para la población en general o para cada

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El alcantarillado sanitario se disea para evacuar las aguas residuales de una poblacin

CAUDAL DE DISEOEl caudal de aguas residuales de una poblacin est compuesto por los siguientes aportes: Aguas residuales domsticas. Aguas residuales industriales, comerciales e institucionales. Aguas de infiltracin. Conexiones erradas.Caudalde aguasresiduales domsticasEl punto de partida para la cuantificacin de este aporte es el caudal medio diario, el cual se define como la contribucin durante un perodo de 24 horas, obtenida como el promedio durante un ao. Cuando no se dispone de datos de aportes de aguas residuales, lo cual es usual en la mayor parte de los casos, se debe cuantificar este aporte con base en el consumo de agua potable obtenido del diseo del acueducto. El resultado final es uncaudal en l/hb/d para la poblacin en general o para cada zona del estudio de planeacin de la poblacin.El aporte medio diario para cada una de las zonas se puede expresar en funcin del rea servida y sus caractersticas como:Q = CRxCxDxA

86.400

en function del nmero de habitantes servidos por el alcantarillado:

CRxCxPQ =86.400

en donde:Q = caudal medio de aguas residuales domsticas, l/s CR = coeficiente de retornoC= consumo neto de agua potable, l/hb/dD = densidad de poblacin de la zona, hb/haA = rea de drenaje de la zona, haP = nmero de habitantes de la zona

Debido al hecho de que el comportamiento hidrulico del alcantarillado sanitario puede ser bastante diferente en el perodo de diseo inicial y final del proyecto, se debe evaluar el caudal para ambos extremos del horizonte de diseo.

Coeficiente de retornoEste coeficiente tiene en cuenta el hecho de que no toda el agua consumida dentro del domicilio es devuelta al alcantarillado, en razn de sus mltiples usos como riego, lavado de pisos, cocina y otros. Se puede establecer, entonces, que slo un porcentaje del total de agua consumida se devuelve al alcantarillado. Este porcentaje es el llamado "coeficiente de retorno", el que estadsticamente flucta entre 65 y 85% (para la ciudad de Quito, de acuerdo a las normas, se adopta un valor del 85%).

CONSUMO DE AGUA POTABLEEl consumo de agua potable que debe tenerse en cuenta para la determinacin del aporte de aguas residuales domsticas corresponde al consumo neto dentro del domicilio y se determina segn se estableci en el captulo 4 de este libro.

PoblacinLa poblacin actual y futura servida por el proyecto puede estimarse a partir de los censos de poblacin y complementarse con informacin del nmero de suscriptores de diferentes servicios pblicos, como por ejemplo de acueducto o energa.

Los mtodos de proyeccin de poblacin se definen en el captulo 3 de este libro.

La poblacin servida puede estimarse como el producto de la densidad de poblacin y del rea bruta servida por dicho colector. Igualmente, puede estimarse a partir del nmero de viviendas y del nmero de habitantes por vivienda.

Densidad de poblacinLa densidad de poblacin se define como el nmero de personas que habitan en una extensin de una unidad de superficie (hectrea). Un estudiodedensidad de poblacin,debe reflejarsudistribucinde manera zonificada, la densidad actual y la mximadensidad esperada (densidadde saturacin); hay que valorar este ltimo, con el cual se debe disear el sistema de alcantarillado, y con la densidad actual verificar el comportamiento hidrulico del sistema.

La densidad vara segn el estrato socioeconmico y el tamao de la poblacin. Para poblaciones pequeas, la densidad puede fluctuar entre 100 y 200 hb/ha, mientras que para poblaciones mayores o ciudades, la densidad suele determinarse por el estrato y los usos de la zona (residencial, industrial o comercial) y puede llegar a valores del orden de 400 hb/ha o ms.

AREA DE DRENAJELa determinacin de las reas de drenaje a cada colector debe hacerse de acuerdo con el plano topogrfico de la poblacin y el trazado de las tuberas. El rea bruta de drenaje aferente a cada colector se obtiene trazando las diagonales o bisectrices sobre las manzanas de la poblacin. Las zonas de uso recreacional deben incluirse en dicha rea.

CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALESEste aporte de aguas residuales debe evaluarse para cada caso en particular, ya que vara de acuerdo con el tipo y el tamao de la industria, as como de los procesos de tratamiento de aguas, reutilizacin de la misma y, en general, de la tecnologa empleada para reducir el impacto ambiental de la misma. Por lo anterior, es necesario recurrir a la evaluacin individual de consumos de agua en la industria por medio de censos, encuestas y aforos.

En poblaciones pequeas, donde posiblemente no existan zonas industriales netamente definidas y se trate de industria pequea localizada en zonas residenciales o comerciales, puede tomarse un aporte medio de 0.4 l/s/ha hasta 1.5 l/s/ha (segn el tamao de la poblacin), correspondiendo las hectreas a rea de uso industrial.

El caudal de aguas residuales industriales debe ser definido, tanto para las condiciones iniciales del proyecto, como para el perodo final de diseo.

Caudal de aguas residuales comercialesEs posible que para zonas comerciales claramente definidas, se cuente con informacin de consumos netos, densidades de poblacin y coeficientes de retorno (mayores que en zonas residenciales). En este caso, el aporte de aguas residuales comerciales se determina de manera similar al formulado para las aguas residuales domsticas. Cuando no se presenten las condiciones anteriores, sepuede emplearun aportecomercial mediode0.4l/s/haa0.5 l/s/ha, correspondiendo lashectreasareadeusoComercial.

El caudaldeaguas residuales comerciales debe definirse, tanto para las condiciones iniciales del proyecto, como para el perodo final de diseo.

CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INSTITUCIONALESEn esta categora se encuentran los aportes de instituciones tales como escuelas, colegios, universidades, centros de salud, hospitales, hoteles u otros establecimientos que requieran un tratamiento especial. Como en el caso del aporte industrial, el aporte institucional vara de acuerdo con el tipo y tamao de la institucin, por lo que se debe considerar cada caso en particular. Sin embargo, para instituciones pequeas localizadas en zonas residenciales, puede tomarse unaportemediodiarioentre 0.4l/s/ha y 0.5 l/s/ha, correspondiendolashectreasareade uso institucional.

El caudal de aguas residuales institucionales debe definirse, tanto para las condiciones iniciales del proyecto, como para el perodo final de diseo.

Caudal medio diario de aguas residualesEl aporte medio diario al alcantarillado sanitario resulta de sumar los aportes domsticos con los industriales, comerciales e institucionales a que haya lugar. Se obtienen tanto para el perodo final del proyecto como para el inicial.

Caudal mximo horario de aguas residualesElcaudal de diseo delared de colectores debe contemplarel caudal mximohorario. Este caudal se determina a partir de factores de mayoracin del caudal medio diario obtenido anteriormente, los cuales se seleccionan de acuerdo con las caractersticas propias de cada poblacin.

Debe tenerseencuentaque el factordemayoracin es inversamenteproporcionalal nmero de habitantesservidos. Es decir, que los tramos iniciales tendrn factores de mayoracin mayores, mientras que el emisario final tendr un factor de mayoracin menor debido al amortiguamiento de los picos a travs de la red de tuberas.

En ausencia de valores histricos de mediciones de campo que determinen la variacin de caudales, se pueden emplear ecuaciones empricas que determinan el factor de mayoracin. En las ecuaciones 1 y 2 se plantea el caudal mximo horario en funcin de la poblacin expresada en miles de habitantes, mientras que en las ecuaciones 3 y 4 se plantea el caudal mximo horario en funcin del caudal medio diario expresado en m3/s.

Ecuacin de Babbit:Para poblaciones menores de mil habitantes.

Ecuacin de Harmon:Para poblaciones entre mil y un milln de habitantes.

Ecuacin de Los ngeles:Para caudales entre 2.8l/s y 28.3 m3/s.

Ecuacin de Tchobanoglous:Para caudales entre 4 l/s y 5 m3/s, en poblaciones con aportes de aguas residuales domsticas superiores al 75% del total de aportes.

CAUDAL DE INFILTRACINEl caudal de infiltracin es producido por la entrada del agua que se encuentra por debajo del nivel fretico del suelo a travs de las uniones entre tramos de tuberas, de fisuras en el tubo y en la unin con las estructuras de conexin como los pozos de inspeccin.

Este aporte adicional se estima con base en las caractersticas de permeabilidad del suelo en el que se ha de construir el alcantarillado sanitario. Puede expresarse por metro lineal de tubera o por su equivalente en hectreas de rea drenada. A continuacin se presentan algunos valores de infiltracin que pueden usarse, siempre y cuando no se disponga de informacin de campo.

Tabla 1Aporte de infiltracin por longitud de tubera

CondicionesInfiltracin (l/s/km)

AltaMediaBaja

Tuberas existentes4.03.02.0

Tuberas nuevas con unin de:

Cemento3.02.01.0

Caucho1.51.00.5

Tabla 2Aporte de infiltracin por rea drenada Infiltracin (l/s/ha)AltaMediaBaja0,15 - 0,40,1 - 0,30,05 - 0.2

Se recomienda utilizar los valores superiores del rango establecido en las tablas 1 y 2 cuando las condiciones de construccin no sean las mejores y la precipitacin y riesgo de amenaza ssmica sean elevadas.

CAUDAL DE CONEXIONES ERRADASEl aporte de caudal por conexiones erradas en un alcantarillado sanitario proviene en especial de las conexiones que equivocadamente se hacen de las aguas lluvias domiciliarias y de conexiones clandestinas. 7-4 (24-10-2013)

Existen diversos criterios para estimar el aporte por conexiones erradas. La subestimacin de este parmetro puede traer consecuencias sanitarias a la poblacin, debido a que en el momento de presentarse precipitaciones extremas es posible que se sobrepase la capacidad de transporte del colector y las aguas residuales diluidas salgan a la superficie a travs de los pozos o de las mismas conexiones domiciliarias.

El criterio tcnico planteado como uso tpico, establece que para poblaciones que disponen de un sistema de alcantarillado pluvial, el valor de conexiones erradas puede variar entre 0.1 l/s/ha hasta 0.2 l/s/ha, tomando el valor mximo en poblaciones pequeas donde las medidas de control pueden no ser eficientes. En caso de no existir un alcantarillado pluvial, el aporte de conexiones erradas es mayor y puede ser superior a 2 l/s /ha.

Las conexiones erradas pueden definirse en funcin de otros parmetros, tales como la densidad de poblacin, y adoptar coeficientes de aportes unitarios que en poblaciones pequeas pueden ser del orden de 5 l/hb/d.

Caudal de diseoCorresponde a la suma del caudal mximo horario (aporte domstico, industrial, comercial e institucional), caudal de infiltracin y caudal de conexiones erradas. Debe calcularse para las condiciones finales del proyecto (perodo de diseo), situacin para la cual se ha de dimensionar el sistema, y para las condiciones iniciales en las que se verifican los parmetros d funcionamiento hidrulico del sistema previamente dimensionado.

El caudal de diseomnimo para cualquier colector, debeser de 1.5 l/s.

OTRAS ESPECIFICACIONES DE DISEOAdems de cumplir las normas generales expuestas en el captulo anterior, se deben cumplir las normas especficas para alcantarillados sanitarios descritas a continuacin.

VelocidadVelocidad mnimaEs usual que cuando la tubera trabaja con caudales menores que el caudal de diseo, se presente sedimentacin de los slidos transportados en las aguas residuales. Con el objeto de lograr la resuspensin del material sedimentado, se debe disear una tubera con caractersticas de "autolimpieza", definida segn criterios de velocidad mnimay esfuerzo cortante mnimo (siguiente numeral). La velocidad real mnima recomendada para alcantarillados convencionales que transportan aguas residuales con predominio de aportes domsticos (DBO efectiva < 200 mg L) es de 0.45 m/s. Los alcantarillados simplificados deben disearse con velocidades reales superiores a 0.4 m/s.

Cuando las aguas residuales sean tpicamente industriales, hay que aumentarla velocidad mnima debido a la mayor cantidad de slidossedimentables y para evitar la formacin de sulfuros, conla consiguientecorrosinde la tubera. En la tabla 4 se especifica la velocidad mnima que depende de la Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO) efectiva, la cual se determina a partir del anlisis de la DBO medida a los cinco das (DBO5) y cuya relacin se establece en la siguiente ecuacin:

DBO efectiva = 1.25 (DB05 ) (1.07)T -20(3)

En donde T es la temperatura del agua en grados centgrados.

Tabla 4Velocidades mnimas reales para residuos industrialesDBO efectiva (mg/l)Velocidad mnima (m/s)< 2250,50225 - 3500,65351 - 5000,75501 - 6900,90691 - 9001,00

Velocidad mxima-Cualquiera que sea el material de la tubera, la velocidad mxima no debe sobrepasar el lmite de5.0 m/s para evitar la abrasin de la tubera.jEsfuerzo cortanteSe.debe calcular el esfuerzo cortante medio con el objeto de verificar la condicin de autolimpieza de la tubera con las condiciones iniciales de operacin del sistema. La relacin entre el esfuerzo cortante con la velocidad, se define como: = R S(4)en donde: = esfuerzo cortante medio, N/m2 = peso especfico del agua residual, 9.81 KN/m3R = radio hidrulico de la seccin de flujo, mS = pendiente de la tubera

El esfuerzo cortante mnimo recomendado para las condiciones de operacin inicial de un alcantarillado sanitario convencional es de 1.5 N/m2 (0.15 kg/m2). Cuando se trate de sistemas de alcantarillados sanitarios simplificados, es posible reducir la especificacin a un mnimo de 1.0 N/m2.

En poblaciones donde la pendiente de los colectores deba ser muy baja, es posible que no se pueda cumplir con la especificacin de velocidad mnima real de 0.45 m/s para el caudal de diseo. Se puedeadmitir talcondicin,siempre y cuando se garantice un esfuerzo cortante medio superior a 1.2 N/m2. Para elclculodel radio hidrulico, se debetenerencuentaquee1 caudal mnimo de diseodecualquier colectoresde1.51/s.

Los sistemas de alcantarillados que transportan aguas residuales industriales deben disearse para cumplir con un esfuerzo cortante mnimo del orden de 1.5 N/m2 a 2.0 N/m2.

Dimetro mnimoEl dimetro nominal mnimo para la red de colectores de un alcantarillado sanitarioconvencional debeserde8"(200 mm). En alcantarillados simplificados o poblaciones pequeas, puede justificarse la reduccin a 6" (150 mm) como dimetro mnimo.

Borde libreEn la hiptesis de flujo uniforme y permanente, para la seleccin del dimetro se acostumbra utilizar la ecuacin de Manning.

El dimetroobtenidodeestaecuacin se debeaproximar al dimetronominal superior y,con ellose obtiene un borde libre porencimadelalminade agua hastala clave delatubera.

Al seleccionareldimetro nominal superior,sedebeasegurar un bordelibre que permitalaadecuada ventilacin delatubera; en razn delaaltapeligrosidadde los gasesque en ella se forman. El criterio para definir el borde libre puede estar en funcin del mximo porcentaje de utilizacin de la capacidad de transporte de agua en la tubera (Q/Qo) dado en la tabla 5 o de la relacin entre la profundidad hidrulica al dimetro interno del colector (H/D), la cual debe ser como mximo de 85%.

En este sentido, la definicin de un borde libre se convierte en una restriccin para la adopcin final del dimetro del colector, que enocasiones obliga a tomar un dimetro superior al hidrulicamente necesario.Tabla 5Borde libre en funcin de la relacin Q/Qo mxima permitida

Dimetro de la tuberaQ/Qo mxima

200 mm - 600 mm0,6

600 mm - 1200 mm0,7

> 1.200 mm0,9

CorrosinEl problema de la corrosin de tuberas, relevante para materiales tales como concreto, asbesto-cemento, hierro o acero, solubles en cido, puede llevar ala falla de la tubera por destruccin de la corona de la misma.

El proceso de degradacin de la materia orgnica, ilustrado en la siguiente figura, comienza por la reduccin bacterial de sulfatos en condiciones anaerbicas y de pH bajo, produciendo cido sulfhdrico (H2S). El cido sulfhdrico es liberado a la atmsfera de la alcantarilla, donde entra en solucin con el agua condensada acumulada en la corona de la tubera. Posteriormente, bajo la accin de la bacteria aerbica Thiobacillus, se presenta la oxidacin del cido sulfhdrico, produciendo cido sulfrico (H2SO4).

El fenmeno de corrosin se agrava en situaciones de pendientes bajas, produciendo velocidades bajas, tiempos de retencin largos, poca ventilacin del sistema con borde libre pequeo y temperaturas relativamente altas. Es posible contrarrestar la corrosin mediante el revestimiento interno de la tubera en un material inerte, la ventilacin forzada del conducto o con cloracin (solucin temporal).

En el diseo hidrulico de la tubera se puede prever la posible generacin de cido sulfhdrico mediante la aplicacin del ndice dePomeroy.

en donde todos los trminos se han definido previamente.

Tabla 5Estimacin de la posibilidad de generacin de H2S, segn el ndice de Pomeroy

ndice de Pomeroy, ZGeneracin de H2S< 5.000Poco probable5.000 - 10.000Posible10.000Muy probableFigura 15.2 Esquema de corrosin en tuberas de alcantarillados sanitarios.EJEMPLO DE :DISEO;Sobre el plano de loteo de la poblacin, se hace el trazado de la red de colectores, se seleccionan los colectores iniciales y se numeran los pozos teniendo en cuenta la topografa del terreno, el funcionamiento por gravedad del sistema y los criterios de localizacin de tuberasEl punto marcado como "E" corresponde realmente al primer nudo.

A continuacin, se debedeterminarel rea dedrenaje aferentea cada colector,trazandolasdiagonales o bisectrices sobre cada manzana, conforme la siguiente figura.

Una vez determinados el trazado de la red y las reas de drenaje, se procede a establecer el caudal de aguas residuales. Para efectos del presente ejemplo, se supone una densidad de poblacin uniforme.

Parmetros generales de diseoPerodo.de diseo. Teniendo en cuenta el tamao de la poblacin y la capacidad econmica de sus habitantes, se disea para un horizonte de quince aos.

Poblacin de diseo. A continuacin se presentan los datos obtenidos de la proyeccin de poblacin obtenida en el captulo correspondiente a proyeccin de la poblacin.

Proyeccin finalTomando los resultados finales de los mtodos aplicados, se presenta la siguiente tabla con el promedio aritmtico de las proyecciones para cada ao:AoLinealGeomtricoLogartmicoWappusGrficoPromedio

20034.5954.8376.1514.9714.9215.095

20084.8475.2646.9545.5395.2655.574

20135.1005.7327.8606.2375.5916.104

20185.3526.2458.8867.1286.1876.760

20235.6056.80810.0448.3336.9987.557

20285.8577.42511.35410.129.8.0458.562

20336.1108.10212.83513.3809.0939.904

AoPoblacin(habitantes)20035.09520186.760

rea- total- del Municipio. El rea para el ao 2003 de la totalidad del municipio dentro del permetro de servicios es de 13.5 hectreas y se estima que el rea futura para el ao 2018 ser de 17.9 hectreas, en la hiptesis de que la densidad de poblacin se mantiene constante.

Densidad de poblacin. La densidad de poblacin se adopta como uniforme para todo el sector de diseo, entendindose que de acuerdo con el uso del suelo se tendrn densidades diferentes. Para efectos del presente ejemplo se calcula una densidad de poblacin de 377 hb/ha.

Consumo neto. El consumo neto de agua potable se establece segn el procedimiento definido en el captulo 4. De acuerdo con el ejercicio all planteado, el consumo neto para los aos 2003 y 2018 se puedeadoptar como de 200 l/hb/d (pag 63).

AoPobla-cinIncre-mento pobl.Increm. Consu-moNeto% PTotalAdop-tadoCaudal diseo

2003509519630%28028016.51

9.4%0.9%

2004557419828%27428018.06

9.5%1.0%

2005610420026%26927019.08

10.7%1.1%

2006676020224%26426020.34

11.8%1.2%

2007755720421%26026022.74

13.3%1.3%

2008856220718%25325024.77

15.7%1.6%

2000990421015%24725028.66

Caudal de diseoTeniendo en cuenta la informacin previa se elabora la tabla de clculodel caudal de diseo de cada colector con los criterios establecidos a continuacin.

1. AREA DE DRENAJE

Columna [1]: Numeracin del colectorEn esta columna se indica el nmero de los pozos inicial y final del tramo. Puede existir otra columna adicional en la que se seale la localizacin del colector con la nomenclatura de la poblacin (carrera segunda entre calles segunda y tercera).

Columna [2]: rea parcial (hectreas)Corresponde al rea aferente a cada colector, de acuerdo con la figura de determinacin de las reas de drenaje aferente a cada colector.

Columna [3]: rea total de drenaje (hectreas)Se acumula el rea de drenaje de los colectores aguas arriba del colector en cuestin. Por ejemplo, para el colector 8-9 se tiene:

Ai = Aaferente + Aaguas arriba[3] 8-9 = [2] 8-9 + [3] 7-8 + [3] 5-8 = 0,25 + 0,917 + 2,0 = 3,167 ha

2. Aportes medio diario de aguas residuales

Aporte de aguas residuales domsticasSe adopta un coeficiente de retorno (CR) del 80% para toda la zona de diseo.

Columna [4]: Porcentaje de reaEs el porcentaje del rea aferente destinada para uso domstico. Vara, dependiendo del estudio del plan de ordenamiento territorial.

Columna [5]: Densidad de poblacin (hb/ha)Es la densidad de poblacin del rea aferente al colector. Como se indic anteriormente, la densidad para el presente ejercicio se supone uniforme para toda la poblacin y se calcula como:

Columna [6]: Poblacin servida (habitantes)Corresponde al estimativo del nmero de habitantes servidos por el colector, teniendo en cuenta la densidad de poblacin en cada zona. Incluye el rea aferente y aguas arriba del tramo considerado. Para el colector 8-9:Pi = Ai aferente x Di + Paguas arriba

[6] = [3] x [5][6]8-9 = [2]8-9 x [5]8-9 + [6]7-8 + [6]5-8[6]8-9 = 0.250 x 377 + 346 + 756 = 1.196 hb

Columna [7]: Aporte unitario de aguas residuales domsticas (L/s/ha)Calculado segn la ecuacin:

Q = CR x C x D x AQ = 0.8 x 200 x 377 = 0.699 l/s86,400 86,400

sin ser afectada por el rea. El aporte domstico es el mismo para todos los colectores, siempre y cuando no cambie la densidad de poblacin o el consumo de agua.

Aporte de aguas residuales industriales, comerciales e institucionales

Columnas [8], [10] y [12]: Porcentaje de rea de cada tipo de uso del suelo

Es el porcentaje del rea aferente destinada para uso industrial, comercial e institucional, respectivamente. Vara, dependiendo del estudio del plan de ordenamiento territorial.

Columnas [9], [11] y [13]: Aporte Industrial, Comercial e Institucional (L/shauso del suelo respectivo)

Aportes unitarios definidos segn las recomendaciones dadas en los correspondientes tratados.

3. Caudal medio diario de aguas residuales

Columna [15]: Aporte unitario ponderado (L/sha)

Promedio ponderado de los aportes unitarios aferentes a cada colector, con el porcentaje de uso del suelo. Para el tramo 8-9 se tiene:

q (L/s ha) = (q ix %i

[15]8-9 = [4] x [7] + [8] x [9] + [10] x [11] + [12] x [13]

[15]8-9 = 0,699 x 0.7 +0.15 x 0.5 + 0.15x 0.5 = 0.640l/s.ha

Columna [16]: Caudal medio diario de aguas residuales (l/s)Es el aporte correspondiente al rea aferente ms los caudales recibidos por el colector aguas arriba. Para el tramo 8-9 se tiene:

Qi = qixAi + Qaguas arriba

[16]8-9=[15]8-9 x [2]8-9 + [16] 7-8 + [16]5-8

[16]8-9=0,639 x 0,25 0.25 + 0,601 + 1,378 = 2,139 l/s

4. Caudal mximo horario de aguas residuales

Para la mayoracin del caudal medio diario se utiliza en este ejemplo la ecuacin de Harmon (ecuacin 15.4), teniendo en cuenta la poblacin servida por el colector (en miles de habitantes).Columna [17]: Coeficiente de rnayoracin, F

Para el colector 8-9:

[17]8-9 =18 +([6]8-9/1.000)0.5=18 +(1195)0.5=3.74 + ([6]8-9/1.000)0.54 + (1195)0.5

En la medida en que el nmero de habitantes servidos se incrementa, el coeficiente de mayoracin disminuye.

Columna [18]: Caudal mximo horario de aguas residuales (l/s)Corresponde al producto del caudal medio diario de aguas residuales por el coeficiente de mayoracin anterior. Para el colector 8-9:

[18] 8-9 = [17] 8-9x[16] 8-9 = 3,7 x 2,139 = 8,02 L/s

5. Caudal de infiltracin

Columna [19]: Coeficiente de infiltracin (l/sha)Coeficiente que depende del tipo de suelo y unin empleados en las tuberas. Se adopta un coeficiente nico para toda la zona, segn la recomendacin dada en el acpite correspondiente del presente captulo.Columna [20]: Caudal de infiltracin (l/s)El aporte total de aguas se calcula en este caso como el producto del rea total drenada por el coeficiente anterior. Si los coeficientes de infiltracin son diferentes en determinadas zonas, debe evaluarse el aporte individual de cada sector y posteriormente sumarse para obtener as el caudal total de infiltracin. Para el colector 8-9:

[20] 8_9 = [19] 8_9 x [3] 8_9 = 0,3 x 3,167 = 0,95 L/s

6. Caudal de conexiones erradas

Columna [21]: Coeficiente de conexiones erradas (L/s -ha)Coeficiente que depende del nivel de control en la administracin del sistema y de la existencia o no de un sistema de alcantarillado pluvial. En este caso, se adopta un coeficiente mximo y nico para toda lazona, equivalente a 2.0 l/ha.

Columna [22]: Caudal de conexiones erradas (l/s)El aporte total de conexiones erradas se calcula como el producto del rea total drenada por el coeficiente anterior. Al igual que en el caso anterior, si los coeficientes de conexiones erradas son diferentes en determinadas zonas, debe evaluarse el aporte individual de cada sector y posteriormente sumarse para obtener as el caudal total de conexiones erradas. Para el colector 8-9:

[22] 8_9 = [21] 8_9 x [3] 8_9 = 2,0 x 3,167 = 6,33 L/s

7. Caudal de diseo

Columna [23]: Caudal de diseo calculado (l/s)Corresponde a la suma de los caudales mximo horario de aguas residuales, infiltracin y conexiones erradas. Para el colector 8-9:

[23]8-9= [18] 8_9 + [20] 8-9 + [22] 8_9 = 8,02 + 0,95 + 6,33 = 15,3 l/s

Columna [24]: Caudal de diseo adoptado (l/s)En muchos tramos iniciales el caudal calculado es muy pequeo. Por seguridad, se recomienda disear la tubera para un caudal mnimo de1.5 l/s que lo determina la norma.

Clculo hidrulico de la red de colectores

Una vez definido el caudal de diseo para cada colector, se prosigue con el clculo hidrulico de la red de colectores teniendo en cuenta los siguientes parmetros de diseo: Las normas y recomendaciones que se han sealado hasta aqu. El empate de los colectores en los pozos se realiza por medio de la lnea de energa. La profundidad mnima en los colectores iniciales es de 0.75 m y de 1.20 m en todos los dems colectores. El material de la tubera es concreto, con un coeficiente de rugosidad de Manning, n igual a 0.013.

En la tabla 15.8 se presentan los resultados finales del diseo para cada colector, los cuales no se obtienen necesariamente de manera directa, sino que por el contrario hay que realizar varios diseos preliminares hasta lograr un resultado que satisfaga las normas y optimice el diseo. A continuacin se presenta la descripcin, columna por columna, del cuadro de clculo indicado en la tabla 15.8.

Para efectos del diseo de las tuberas y su unin en los pozos, las longitudes y cotas se consideran al eje del pozo. Posteriormente se deben calcular las cotas de construccin a la entrada y salida del pozo, teniendo en cuenta el dimetro del pozo y la pendiente aguas arriba y aguas abajo, respectivamente. Columna [2]: Longitud de cada colector (m)

Columna [3]: Caudal de diseo (L/s) = Col. [24] de la tabla 15.7 Columna [4]: Pendiente del colectorEl valor anotado en esta columna se calcula inicialmente con 1.2 m o 0.8 m de profundidad a la cota clave. Este valor puede corregirse posteriormente, de acuerdo con las condiciones obtenidas para el colector: borde libre, esfuerzo cortante y velocidad mnima (ver columnas [38] y [39] de profundidades definitivas a la cota clave).

Columna [5]: Dimetro teorico de la tubera (m)Se calcula de acuerdo con la ecuacin de Manning (ecuacin 14.5):

Columna [6]: Dimetro terico de la tubera (pulgadas).

Columna [7]: Dimetro nominal de la tubera. (pulgadas)El dimetro nominal mnimo es de 8" (200 mm), pero para sistemas de alcantarillado en pequeas comunidades con recursos econmicos limitados o para sistemas condominiales, puede adoptarse 6" (150 mm) como dimetro mnimo.

Columna [8]: Dimetro interno real de la tubera (m)Debe ser mayor o igual que el dimetro terico calculado en la columna [5].

Columna [9]: Caudal a tubo lleno (1/s)Es la capacidad mxima de la tubera, calculada para la seccin de flujo mxima (con el dimetro interno real) segn la ecuacin:

Columna [10]: Velocidad a tubo lleno (m/s)Calculada por la ecuacin de continuidad:

Columna [11]: Relacin entre el caudal de diseo y el caudal a tubo lleno Puede utilizarse para definir el borde libre requerido, en cuyo caso el valor mximo se define en la siguiente tabla:

Tabla 5Borde libre en funcin de la relacin Q/Qo mxima permitida

Dimetro de la tuberaQ/Qo mxima

200 mm - 600 mm0,6

600 mm - 1200 mm0,7

> 1.200 mm0,9

Q = [3]Qo [9]

Columna [12]: Relacin entre velocidad real y velocidad a tubo lleno, encontrada en la tabla 8.2.Columna [13]: Relacin entre lmina de agua y dimetro interno de la tubera, encontrada en la tabla 8.2.

Columna [14]: Relacin entre radio hidrulico de la seccin de flujo y radio hidrulico a tubo lleno (D/4), encontrada en la tabla 8.2.

Columna [15]: Relacin entre profundidad hidrulica de la seccin de flujo y dimetro interno de la tubera, encontrada en la tabla 8.2. La relacin mxima es de 85%.

Columna [16]: Velocidad real en la seccin de flujo (m/s)La velocidad real mnima recomendada es de 0.45 m/s.

Columna [17]: Altura de velocidad (m)

Columna [18]: Radio hidrulico para la seccin de flujo (m)

Columna [19]: Esfuerzo cortante medio (N/m2).El esfuerzo cortante mnimo para las condiciones iniciales de operacin es de 1.5 N/m2 (en el presente diseo no se calcula el caudal inicial). Es posible disear para velocidades reales menores de 0.45 m/s, siempre y cuando el esfuerzo cortante sea superior a 1.2 N/m2 y as garantizar la condicin de tubera auto limpiante. = R S = 9.810 x [18] x [4]

Columna [20]: Altura de la lmina de agua (m)

d=dx D=[13] x [8]

D

Columna [21]: Energa especfica (m)Suma de alturas de velocidad y lmina de agua.

Columna [22]: Profundidad hidrulica en la seccin de flujo (m)

Columna [23]: Nmero de FroudeNF < = 0.9: rgimen de flujo subcrticoNF > = 1.1: rgimen de flujo supercrtico

Columna [24]: Prdida de energa por transicin (m)Se calcula la prdida de energa por la transicin, de acuerdo con la ecuacin 14.33:

donde K = 0.1 para aumento de la velocidad y K = 0.2 para disminucin de la velocidad.

Para efectos de interpretacin de la tabla, la prdida de energa se anota en el tramo aguas arriba del pozo. Por ejemplo, en la unin del colector 4-5 con el 5-8 se produce una prdida de:[24]4-5 = k | [17]5-8 - [17]4-5 | = 0.1 x | 0.021 0.008 | 0.001 m

Columna [25]: Relacin del radio de curvatura al dimetro de la tubera de salida, determinada para evaluar la prdida de energa en el pozo por cambio de direccin. Para dimetros menores de 24" (600 mm) y cambios de direccin a 90, el dimetro del pozo es 1.20 m y el radio de la curva es de 0.60 m.

La relacin r/Ds para la unin del colector 4-5 con 5-8 es:

Hoja1Qmax horario=Qmx3.53Qm-0.0914

Hoja1Qmax horario=Qmx3.7Qm-0.0733

Hoja1Z= 3 (DBO5)(1.07)T-20PS Q H

Hoja1

D=6,760=37717.9

Hoja2

Hoja3

Hoja1Qmax horario=Qmx18 + P4 + P

Hoja1

Q=vxA

v=1R2/3S1/2n

Q=0.312D8/3S1/2n

D=1.548nQ3/8S 1/2

Hoja2

Hoja3

Hoja1 (2)

yc=Q21/3g

yc=0.483Q22/3+0.083DDpara0.3