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1 COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERÚ- C.D.

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3.1.- CAPTACIONES.- Diseño, proyecto, construcción, explotación y gestión. Variedad, tipologías. 3.2.- CONDUCCIONES DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN. ÓRGANOS DE CONTROL Y MANIOBRA.- Diseño, proyecto, construcción, explotación, gestión y mantenimiento. Variedad (gravedad, presión). 3.3.- IMPULSIONES. 3.4.- ESTACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE (ETAP).- Diseño, proyecto, equipamiento, construcción, explotación, gestión y mantenimiento. ETAP’s menores. 3.5.- DEPÓSITOS.- Diseño, proyecto, equipamiento, construcción, explotación, conservación y mantenimiento.


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3.1.- CAPTACIONES.-Superficiales y subterráneas.


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3.1.1.-CAPTACIONES SUPERFICIALES. TIPOS.

•Aljibes y superficies de recogida. •Tomas directas. •Tomas en embalses. Torres de toma y tomas flotantes.

•Para atender la demanda del suministro de agua, ante la imposibilidad de disponer de ella en cantidad suficiente en el tiempo en régimen de flujo natural, es necesario almacenarla. Por ello los embalses y aljibes. •Los aljibes son solución para pequeñas poblaciones, demandas y abastecimientos. •Los embalses son para grandes consumos que necesiten ser garantizados (garantía del embalse en tiempo y en volumen, para abastecimiento de población e industria, 95-97%). •Tomas directas: cuando el caudal fluyente siempre es mayor al demandado.

FUNDAMENTOS.


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ALJIBES.


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ALJIBES (continuación).

•Hay que captar el agua de lluvia → eras de captación, tejados. Tienen polvo y suciedad → hay que garantizar la limpieza y desinfección de esta agua captada → filtros y cloración. •La superficie de captación que se utiliza en el cálculo es para la demanda total anual. Valor del coeficiente de escorrentía. •A partir de los datos de demanda y aportaciones por lluvias, se obtienen las curvas resultantes, se ve el déficit a almacenar y regular. •El volumen útil del aljibe se obtiene de las curvas de aportaciones y consumo, de las tangentes que nos determinan la necesidad de regulación.


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•EL aljibe tendrá un volumen total: Vtotal = 3 x Vútil. Esto es por la necesidad de arenas, gravas en la constitución del filtro y el índice de huecos de ellas. •Los aljibes deben estar dotados, además del filtro, de:

Pozo de toma y bombeo. Cloración. Aliviadero y desagüe de fondo.

•El aljibe requiere de conservación y mantenimiento ya que habrá que limpiar los filtros y/o reponer el material cada cierto tiempo.


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Tipos de aljibes: veneciano, de filtro superior, americano, alemán.

Aljibe veneciano.

Aljibe de filtro superior.


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TOMAS DIRECTAS.

•Cuando el flujo de agua asegura un caudal siempre mayor al demandado. •La toma ha de ponerse de forma que no esté según las líneas de corriente para evitar la entrada de arrastres que colmaten los filtros, mejor en lateral. •Se habrá de disponer de:

Rejas: eviten entren flotantes. Tamices: eviten entren seres vivos (materia orgánica). Filtros: eviten entren arenas (abrasión impulsión).


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TOMAS DIRECTAS (continuación).

•Hay que conocer:

Nivel del agua en las distintas épocas del año. Nivel de avenidas para T=25 años para evitar que el rio inunde la toma y aporte agua sin el control previsto. Nivel ordinario del rio: nivel máximo del rio, con ello se dimensiona la toma para captar agua todo el año. Nivel mínimo en época de estiaje.


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TOMAS EN EMBALSES.

•Se deben disponer a distintas alturas para poder captar siempre agua de calidad para el uso de destino. La calidad del agua depende de la temperatura, oxígeno disuelto y de la cantidad de algas. •En zonas de heladas, la toma mínimo 50 cm bajo la superficie y según la expresión:

E (cm) = 44 – 5,6 T (T = temperatura bajo cero). •La velocidad de aproximación del agua a la toma en embalse ≤ 0,1 m/s.


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TOMAS EN EMBALSES (continuación).


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3.1.2.-CAPTACIONES SUBTERRÁNEAS. POZOS Y MANANTIALES.

•Tipos de agua en el terreno: Agua de constitución. Agua de retención (higroscópica, pelicular). Agua capilar: aislada y continua. Agua de gravedad: el que podemos captar, es el agua que circula por el terreno. Se transmite por presión hidrostática.

•Se harán pozos de inspección y el pozo principal. •Nos interesa saber:

Profundidad del nivel freático. Potencia del acuífero: donde está la capa impermeable para saber el agua que podemos sacar. Identificación de la dirección del flujo de agua y su velocidad: utilizando los pozos de inspección, echamos sales y vemos lo que tarda en llegar al principal. También se puede hacer por métodos eléctricos, nucleares.

POZOS.


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CAPTACIONES SUBTERRÁNEAS. POZOS Y MANANTIALES.

•Importante en pozos:

Evitar la colmatación → para ello limitar la velocidad de afluencia del agua al pozo. Eso determinará el cauda máximo que se puede extraer del pozo.

Para ello hay que obtener la curva de descenso del pozo.

POZOS (continuación).


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CAPTACIONES SUBTERRÁNEAS. POZOS Y MANANTIALES.

•Hay que cuidar:

No variar la temperatura del agua porque varía sus propiedades. No remover el terreno ni meter cargas explosivas. En la captación → compartimentación → 1º zona de desarenado, 2º aspiración o conducción.

•Proteger el manantial frente a infiltraciones, contaminantes externos, variaciones de temperatura → cubrir el manantial con losa de hormigón.

MANANTIALES.


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3.2.- CONDUCCIONES DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN. ÓRGANOS DE CONTROL Y MANIOBRA.- Diseño, proyecto, construcción, explotación, gestión y mantenimiento. Variedad (gravedad, presión).


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3.2.1- CONDUCCIONES DE TRANSPORTE .

A) POR GRAVEDAD. CANALES.


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DISEÑO. •Cálculo de la demanda para el año horizonte y para el año horizonte (meses, horarias). •Trazado → estudio y encaje geométrico: alineaciones, curvas (no tienen Rmin pero sí se ha de controlar la sobreelevación), pendiente (milésimas, 30/00; diezmilésimas, 0,9 0/00) •Estudio hidraulico. •Estudio geológico y geotécnico:

Estabilidad: capacidad portante, talud natural, movimientos del terreno seco-mojado, heterogeneidad en la sección transversal. Nivel freático: expansividad, colapso. Impermeabilidad. Erosionabilidad. Agresividad.

•Estudio Económico: alternativas. •Estudio Medioambiental: alternativas.

A) POR GRAVEDAD. CANALES.


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REGÍMENES DE FUNCIONAMIENTO DEL CANAL. •Según la variación en el tiempo:

Régimen Permanente: no varía, se mantiene constante. Régimen Variable: varía alguna variable, situación transitoria.

•Según varían condiciones a lo largo del canal: Régimen uniforme: en canal sección cilíndrica y régimen permanente. Régimen variado: ej. canal secc. variable → el régimen de circulación en el canal varía porque varían los calados. Un régimen puede ser permanente y variado.

•Clasificación del régimen en: rápido, lento y crítico. Para definirlo y controlar el régimen, importante controlar el nº de Froude (F).

F=1 → Régimen crítico → yc

F>1 → Régimen rápido → y<yc

F<1 → Régimen lento → y>yc

A) POR GRAVEDAD. CANALES (continuación).


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REGÍMENES DE FUNCIONAMIENTO DEL CANAL (continuación). •Esto es importante en los cambios del canal: resaltos, rápidos, etc. Se estudian con las curvas de remanso. Rég. Rápido → se controla desde aguas arriba de la sección crítica. Rég. Lento → se controla desde aguas debajo de la sección crítica. REVESTIMIENTO DE CANALES. Se hace todo para evitar pérdidas de agua. Tipos de revestimientos:

•Hormigón en masa. •Hormigón armado: poco, se coloca mallazo para el caso de movimientos. •Hormigón asfáltico: en balsas, en canales solo para los de navegación y reparación de canales de riego. •Lámina de plástico: en zonas concretas donde hay problemas de disolución y transporte de materiales → se pone para impermeabilización.



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REVESTIMIENTO DE CANALES (continuación). •Revestimiento de hormigón en masa. Según Comité Internacional:

Q= 0-10 m3/s → e= 5-6 cm. Q= 10-50 m3/s → e= 6-8 cm. Q= 50-100 m3/s → e= 8-10 cm. Q> 100 m3/s → e>12 cm y hasta 15 cm.

•Caso canales en España, canales medianos, Q=120 m3/s → e=12-15 cm, tolerancias +20% y -10%. •Taludes del cajero del canal y de su revestimiento (secc. Trapezoidal):

Calado y<50 cm → 1(H):1(V). Calado y>50 cm → 1,5(H):1(V).

•Cemento utilizado para el hormigón de revestimiento, con cenizas volantes: 70% de c. + 30% de c.v. → ↓precio y ↓ calor de fraguado. (Para fck=20 N/mm2 → contenido máximo de cemento 280-300 kg/m3).

•Con el revestimiento del canal se consigue un coeficiente de rugosidad más bajo → coef. Rugosidad de Manning, n=0,013-0,014. Esta rugosidad se puede ir perdiendo debido a la erosión, ello produciría pérdidas de carga y sedimentaciones.



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REVESTIMIENTO DE CANALES (continuación). •Se limita la velocidad del agua en canales por:

Evitar sedimentación: velocidad recomendada v≥0,6-0,9 m/s. Evitar arrastres. Evitar abrasión. Consideraciones hidraulicas y mecánicas.

•Recomendable: 0,6 m/s ≤ v ≤ 3m/s. •Nunca v > 6 m/s. SECCIONES DEL CANAL. Tipos: trapecial, circular, rectangular, transiciones. JUNTAS EN EL CANAL. Son necesarias porque los revestimientos son rígidos y el terreno experimenta movimientos → fisuración. Tipos de juntas:

Transversales, longitudinales (cada 4 m). De construcción: programadas y no programadas. De dilatación: en puntos singulares, acueductos.



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EFICIENCIA DE UN CANAL. •En un canal siempre va a haber fisuras → pérdidas. Si las pérdidas son 25 l/m2día → eficiencia canal ≈ 90%. •Eficiencia en riego: Eriego=Econducc.ppal. x Ered_distrib.x Emodo_riego

Riego por gravedad: Eriego = 30%-50%. Riego por aspersión: Eriego = 65%. Eriego lo determinará el modo de riego.



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OBRAS ESPECIALES EN CANALES. •Transiciones. •Rápidas (∆z≤2m). •Saltos (∆z>2m). •Sifones. •Terraplenes. •Acueductos. •Aliviaderos. •Almenaras (desagües de fondo del canal). •Tomas. •Rampas. •Dársenas, compuertas.



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CONTROL Y REGULACIÓN EN CANALES. I.- Elementos de control y regulación.

Estáticos: aliviaderos de seguridad, aliv. de retención (pico de pato), almenaras, balsas. Dinámicos: compuertas (de regulación, de nivel constante – a. arriba, a.abajo).

II.- Elementos de medida, aforos. III.- Elementos de información: adquisición de datos, transmisión de datos. IV.- Elementos de decisión:

Local: manual / telemando. Central: telemando.



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B) CONDUCCIONES EN PRESIÓN. TUBERÍAS.


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DISEÑO. •Trazado: Siempre debe acercarse al punto de destino (no pasear el agua), no ir para atrás.

Por zonas de lindes, zona de servidumbres, si es posible. Evitar en lo posible cortar y dividir parcelas, si no queda más remedio pues atravesará parcela y la dividirá. Por terrenos no agresivos (sulfatos, etc) y con capacidad portante.

•Pendientes: no tiene sentido poner tramos horizontales porque hay que facilitar la salida del aire, si no se formarán bolsas de aire → aire comprimido → roturas.

Pendientes recomendadas: 2 ‰ en sentido de recorrido del agua. 5‰ en sentido contrario al recorrido del agua, para facilitar la expulsión del aire hacia el punto alto.

•Línea piezométrica: nunca debe quedar por debajo de la rasante pues se produciría cavitación en la tubería → corrosión. Recomendable resguardo de 1 metro.


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DISEÑO (continuación). •Velocidad del agua: En transporte, vmáx = (2+φ) m/s porque en los tubos el agua no puede ir a gran velocidad (↑∆H). •Timbraje de los tubos: optimización del material, quizás mejor ↑φ para ↓e y además ↓∆H → estudios de alternativas y su economía. •Tipos de tubos:

Hormigón: Armado: hasta 4-5 atm. Con camisa de chapa vale para presiones mayores y se comportan bien en zanjas profundas. Pretensado: más económico para presiones >5 atm.


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•Tipos de tubos (continuación): PRFV (Poliester Reforzado con Fibra de Vidrio):

Para saneamiento y abastecimientos hasta 25 bares. Juntas = manguitos.

Acero: para grandes diámetros, altas presiones y tramos especiales. Sensible a la corrosión y al aplastamiento. Protección exterior con cemento, pinturas catiónicas de resinas epoxi frente a corrientes parásitas. Fundición: φ 1000-1500 mm, compite con acero y hormigón, es material caro. Es competitivo para grandes diámetros y presiones, no tienen problemas de corrosión por el tratamiento interior (mortero de cemento más pintura epoxi alimentaria) y exterior (pintura catiónica). Se pone en obra bien.


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ELEMENTOS DE OPERACIÓN Y MANIOBRA EN LA RED DE TRANSPORTE. i) Chimeneas de equilibrio: para evitar el golpe de ariete.


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ELEMENTOS DE OPERACIÓN Y MANIOBRA EN LA RED DE TRANSPORTE. ii) Válvulas.

Válvula de mariposa.


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ELEMENTOS DE OPERACIÓN Y MANIOBRA EN LA RED DE TRANSPORTE. ii) Válvulas.

Válvula reductora de presión, de DN400 mm a DN1200 mm, presión entrada16 atm (opcional de 25 a 40 atm), presión mínima de salida 0,35 atm.


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ELEMENTOS DE OPERACIÓN Y MANIOBRA EN LA RED DE TRANSPORTE. iii) Filtros.

Filtro colador para grandes caudales, hasta φ900 mm, malla acero inoxidable luz 4 mm, presión 16 atm y hasta 25 atm.


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ELEMENTOS DE OPERACIÓN Y MANIOBRA EN LA RED DE TRANSPORTE. iv) Ventosas y piezas especiales.

Ventosa trifuncional doble cuerpo con purga. Filtro en “Y”.


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3.2.2- CONDUCCIONES DE DISTRIBUCIÓN.


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•Suministrará el agua desde los depósitos de regulación y carga a los consumidores. TIPOS DE REDES:

Red ramificada. Red mallada.


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CRITERIOS DE DISEÑO. •Estudio de demanda en año horizonte a 25 años vista. •El agua debe llegar a los usuarios con holgura de presión de 5 m.c.a. sobre cubierta a todos los puntos. •La línea piezométrica nunca debe cortar la de rasante. •Limitación de velocidad para evitar pérdida de carga excesiva:

Qmedio → 0,75 m/s ≤ v ≤ 1,50 m/s. Limitación de vmin → por sedimentaciones. Limitación vmáx → por pérdida de carga.

PRUEBAS EN LA RED. 1.-Prueba de presión interior:

•P=1,4Pmáx, Pmáx = presión máxima de trabajo, contempla la presión máxima de servicio más sobrepresión, incluido el golpe de ariete. •Durante 30 minutos. •Pérdidas:


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PRUEBAS EN LA RED (continuación). 2.-Prueba de estanqueidad:

•Presión de prueba: Presión máxima estática de la red. •Duración prueba: t = 2 horas. •Pérdida de volumen ocurrida, es el volumen que hay que llenar para volver a conseguir la presión máxima estática. La pérdida máxima permitida es:

V (l) = K x L (m) x φ (m).

ORGANOS DE CONTROL Y MANIOBRA. •Válvulas. •Ventosas. •Desagües. •Acometidas. •Hidrante para Protección Contra Incendios (P.C.I.). •Acometidas a parcela, contadores.


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ÓRGANOS DE CONTROL Y MANIOBRA EN CONDUCCIONES (continuación).

Despiece: Te de derivación, cono de reducción, válvula de compuerta y carrete de desmontaje.


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Cruce de vial, despiece de cierre del anillo: Codos para formación de curva, válvula de compuerta, derivación en “te”.


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Ventosa trifuncional. Despiece. Carretes de montaje y desmontaje, Te de derivación con reducción embridada, carrete, válvula de compuerta, ventosa. Todo esto se alberga en una arqueta visitable. La tubería acaba en una brida ciega.


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Derivación a acometidas de parce mediante manguito y piezas especiales a las que se las une tubo de PEAD que va a arqueta en parcela con válvula donde se pondrá contador.


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ÓRGANOS DE CONTROL Y MANIOBRA EN CONDUCCIONES (continuación). Izq.-Despiece: Te de derivación, válvula de

compuerta, piezas especiales de prolongación al hidrante y el hidrante. Abajo: Hidrante de dos bocas.


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3.3.- IMPULSIONES.


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3.3.- IMPULSIONES.

•Tipos de bombas según la salida del flujo de agua: De flujo axial (salida del agua paralela al eje del motor). Centrífugas, flujo perpendicular. Mixtas (hélices).

•Lo importante en las bombas es la velocidad periférica. Los fabricantes actuan sobre ella porque:

La velocidad (v) influye en el caudal (Q). La v2 influye en la presión (H).

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