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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO TÉCNICO DE UNA RED DE
DISTRIBUCIÓN DE AGUA POR GRAVEDAD PARA LA VEREDA DE
RÍO FRÍO EN ZIPAQUIRÁ, COLOMBIA
DANIEL FERNANDO MORALES BERNAL
COD. 201212200
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C 2018
DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO TÉCNICO DE UNA RED DE
DISTRIBUCIÓN DE AGUA POR GRAVEDAD PARA LA VEREDA DE
RÍO FRÍO EN ZIPAQUIRÁ, COLOMBIA
AUTOR DEL PROYECTO
DANIEL FERNANDO MORALES BERNAL
PROFESOR ASESOR
JAIME LOBOGUERRERO USCATEGUI
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C 2018
JUNIO DEL 2018
i
DEDICATORIA
A mi madre por su esfuerzo incansable, su dedicación absoluta y su apoyo incondicional.
Gracias al cual ha sido posible la consecución de todas mis metas a lo largo de mi vida.
Su empeño por formar un ser íntegro y responsable. Su capacidad para escuchar y
apoyar en situaciones difíciles y su don de la paciencia. Permitieron la realización de este
proyecto, no sin destacar la ayuda de mi familia y amigos que impulsaron mi creatividad
y fomentaron en mí el trabajo constante para alcanzar resultados positivos sin importar
la dificultad o la duración de estos. Tal como una vez me dijeron 99% de trabajo y 1% de
talento. Finalmente quiero agradecer a mi padrino o tío leo como le digo, gracias al cual
nació la motivación de este proyecto y la realización de este.
ii
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero Jaime Loboguerrero Uscategui, el cual tuvo el papel de asesor durante la
consecución de este proyecto, del cual siempre recibí apoyo incondicional no solo desde
la parte académica sino personal. A mis amigos que me apoyaron incondicionalmente
en cada fase de elaboración de este proyecto, sirviendo en muchos casos como
asistentes y en algunos otros como investigadores. A mi familia que, con frases de apoyo,
con un abrazo o una sonrisa, me impulsan a seguir adelante física y espiritualmente.
Finalmente, a todo el departamento de ingeniería mecánica que hizo posible este
proyecto con la construcción de conocimientos teórico-prácticos, en el desarrollo de
habilidades ingenieriles, que me permitieron sortear los obstáculos presentados a lo largo
de este proyecto.
iii
RESUMEN
El presente proyecto tiene como objeto mostrar los diferentes pasos de estudio
realizados para el diseño de una red de distribución de agua potable por gravedad, para
la vereda de río frío en Zipaquirá, Colombia. El proyecto ha sido enmarcado dentro de
una serie de requerimientos y procedimientos técnicos recomendados para la
formulación y diseño de acueductos rurales.
Para formulación o identificación del problema, se estudió la problemática vivida por más
de 10 años en esta población que no tiene un sistema que garantice la distribución
continua de agua potable. Se realizó un diseño de la red de distribución tomando en
cuenta aspectos hidrológicos, topográficos y poblacionales de la vereda para tener la
mayor cobertura posible en cuanto a la distribución efectiva del agua a lo largo de la
vereda. Se realizaron cálculos y simulaciones para conocer el funcionamiento del
sistema existente, para establecer las mejoras por realizar y definir el diseño final de un
sistema óptimo para las características particulares de esta zona aledaña a Zipaquirá.
Fueron tomados en cuenta los criterios y la normatividad correspondiente para el diseño
de elementos principales y accesorios de la red. El diseño técnico presentado comprende
una red distribución junto a sus accesorios, manuales de mantenimiento,
consideraciones de seguridad, y estimaciones de presupuestos para la realización del
proyecto.
INDICE GENERAL
DEDICATORIA ................................................................................................................ i
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... ii
RESUMEN ..................................................................................................................... iii
CAPITULO I INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 1
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA....................................................................................................................... 1
1.2. JUSTIFICACION .............................................................................................................................................. 2
1.3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA .................................................................................... 3 1.3.1. Alcances ............................................................................................................................................. 3 1.3.2. Limitaciones ....................................................................................................................................... 3
1.4. OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 4 1.4.1. Objetivos generales ........................................................................................................................... 4 1.4.2. Objetivos específicos ......................................................................................................................... 4
1.5. MARCO TEORICO ........................................................................................................................................... 5 1.5.1. Principio de Bernoulli ......................................................................................................................... 5 1.5.2. Ecuación de continuidad .................................................................................................................... 5 1.5.3. Calculo de pérdidas por fricción ........................................................................................................ 5 1.5.4. Calculo de perdidas menores............................................................................................................. 7 1.5.5. Distribución del agua ......................................................................................................................... 8
1.5.5.1. Red de distribución abierta .......................................................................................................... 8 1.5.5.2. Redes de distribución cerrada o en malla .................................................................................... 9
1.5.6. Normatividad ................................................................................................................................... 11 1.5.6.1. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico – RAS .......................... 11
1.5.6.1.1. Titulo B Sistemas de acueducto ...................................................................................... 11 1.5.6.1.2. Titulo H Compendio de la normatividad técnica y jurídica del sector de agua potable y
saneamiento básico y sus actividades complementarias ...................................................................... 12 1.5.6.1.3. RAS 001 Definición del nivel de complejidad y evaluación de la población, la dotación y
la demanda de agua .............................................................................................................................. 12 1.5.6.1.4. RAS 008 Acueductos rurales ........................................................................................... 12
1.5.6.2. Corporación autónoma regional y de desarrollo sostenible – CAR ............................................ 13 1.5.6.2.1. Concesión de agua M.I. 176 -16756 ................................................................................ 13
CAPITULO II PLANTEAMIENTO Y DISEÑO CONCEPTUAL DE LA RED DE
DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD .............................................................................. 14
2.1. ESTUDIO SOCIOECONOMICO Y DE INFRAESTRUCTURA .............................................................................. 14 2.1.1. Aspectos generales de la zona del proyecto .................................................................................... 14
2.1.1.1. Localización y referencia del área del proyecto ......................................................................... 14 2.1.1.2. Topografía .................................................................................................................................. 14 2.1.1.3. Vegetación .................................................................................................................................. 15
2.1.1.4. Infraestructura existente para el abastecimiento de agua ........................................................ 15 2.1.1.5. Situación socio económica de la vereda .................................................................................... 17
2.1.2. Estimación de la población .............................................................................................................. 18 2.1.2.1. Censo de población .................................................................................................................... 18 2.1.2.2. Demanda y oferta del recurso hídrico ........................................................................................ 18
2.1.3. Medición y estudio de la demanda .................................................................................................. 18 2.1.4. Estudio de la oferta del agua ........................................................................................................... 19
2.2. DISEÑO CONCEPTUAL ................................................................................................................................. 19 2.2.1. Definición del nivel de complejidad del proyecto............................................................................ 19 2.2.2. Identificación de la fuente de abastecimiento ................................................................................ 20 2.2.3. Caudales de diseño .......................................................................................................................... 20 2.2.4. Selección de tuberías ....................................................................................................................... 22
2.2.4.1. Diámetros mínimos .................................................................................................................... 22 2.2.4.2. Presiones mínimas en la red ...................................................................................................... 23 2.2.4.3. Presiones máximas en la red ...................................................................................................... 23
2.3. DISEÑO DE INGENIERÍA ............................................................................................................................... 23 2.3.1. Determinación de la dotación y la demanda ................................................................................... 23
2.3.1.1. Estimación de la población ......................................................................................................... 23 2.3.1.2. Población futura ......................................................................................................................... 24 2.3.1.3. Dotación neta y bruta................................................................................................................. 25
2.3.2. Variaciones de la demanda de agua ................................................................................................ 26 2.3.2.1. Caudal medio residencial (Qmr) ................................................................................................. 26 2.3.2.2. Caudal medio diario (Qmd) ........................................................................................................ 27 2.3.2.3. Caudal máximo diario (QMD) ..................................................................................................... 27 2.3.2.4. Caudal máximo horario (QMH) .................................................................................................. 28
2.3.3. Estudio hidrológico de la fuente ...................................................................................................... 30 2.3.3.1. Localización y características ...................................................................................................... 30 2.3.3.2. Clima y precipitación .................................................................................................................. 31 2.3.3.3. Caudal medio ............................................................................................................................. 33
2.3.4. Diseño hidráulico y geométrico del sistema de captación .............................................................. 37 2.3.4.1. Tipo de captación ....................................................................................................................... 37
2.3.5. Potabilización ................................................................................................................................... 38 2.3.5.1. Rejillas ........................................................................................................................................ 39 2.3.5.2. Desarenador y sedimentador ..................................................................................................... 42
2.3.6. Diseño del tanque de almacenamiento y compensación ................................................................ 51 2.3.7. Diseño de la red de distribución ...................................................................................................... 54
2.3.7.1. Sistema actual en EPANET 2.0 y diseño de la red de distribución.............................................. 54 2.3.7.2. Modelo final en EPANET 2.0 ....................................................................................................... 60 2.3.7.3. Cámaras de distribución de caudal ............................................................................................ 63
2.3.8. Presupuesto de construcción del sistema de acueducto rural ........................................................ 67 2.3.8.1. Costo del proyecto ..................................................................................................................... 67 2.3.8.2. Mano de obra ............................................................................................................................. 72
2.3.9. Seguridad ......................................................................................................................................... 73 2.3.9.1. Zonas de alta vulnerabilidad ...................................................................................................... 73
2.3.10. Mantenimiento ................................................................................................................................ 76 2.3.10.1. Rejillas ................................................................................................................................... 76 2.3.10.2. Desarenador y Sedimentador ............................................................................................... 76 2.3.10.3. Red de distribución ............................................................................................................... 77
2.4. CONCLUSIONES ........................................................................................................................................... 78
2.5. RECOMENDACIONES ................................................................................................................................... 78
2.6. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................................. 79
CAPITULO III ANEXOS ............................................................................................... 81
3.1. GENERACIÓN DE INFORMES ....................................................................................................................... 81 3.1.1. Memorias de calculo ........................................................................................................................ 82 3.1.2. Especificaciones técnicas ............................................................................................................... 100
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Nivel de complejidad. ..................................................................................................................................... 19 Tabla 2. Caudales de diseño. ....................................................................................................................................... 21 Tabla 3. Índices de la cuenca, ...................................................................................................................................... 22 Tabla 4. Presión mínima. ............................................................................................................................................. 23 Tabla 5. Valor de ingresos. .......................................................................................................................................... 24 Tabla 6. Población futura............................................................................................................................................. 25 Tabla 7. Dotación bruta. .............................................................................................................................................. 26 Tabla 8. Qmr. ............................................................................................................................................................... 27 Tabla 9. Qmd. .............................................................................................................................................................. 27 Tabla 10. QMD. ............................................................................................................................................................ 28 Tabla 11. Coeficiente k2. .............................................................................................................................................. 29 Tabla 12. QMH. ............................................................................................................................................................ 29 Tabla 13. Dimensiones aproximadas de la cuenca. ..................................................................................................... 31 Tabla 14. Localización de la cuenca. ............................................................................................................................ 31 Tabla 15. Parámetro e. ................................................................................................................................................ 34 Tabla 16. Coeficiente CT. ............................................................................................................................................. 34 Tabla 17. Coeficiente Tx. .............................................................................................................................................. 34 Tabla 18. Rs. ................................................................................................................................................................ 35 Tabla 19. ETP ............................................................................................................................................................... 35 Tabla 20. Q medio inferior. .......................................................................................................................................... 36 Tabla 21. Caudal medio real. ....................................................................................................................................... 36 Tabla 22. Características de la rejilla. .......................................................................................................................... 40 Tabla 23. Perdidas en la rejilla. .................................................................................................................................... 41 Tabla 24. Criterios de diseño........................................................................................................................................ 43 Tabla 25. Constantes de diseño. .................................................................................................................................. 44 Tabla 26. Velocidad de sedimentación. ....................................................................................................................... 44 Tabla 27. Tiempo de retención. ................................................................................................................................... 45 Tabla 28. Velocidades de sedimentación. .................................................................................................................... 46 Tabla 29. Valores de diseño. ........................................................................................................................................ 47 Tabla 30. Volumen del tanque de reserva. .................................................................................................................. 52 Tabla 31. Caudal promedio. ......................................................................................................................................... 53 Tabla 32. Características topográficas. ....................................................................................................................... 55 Tabla 33. Altitud de los puntos de entrega. ................................................................................................................. 55 Tabla 34. Características de la infraestructura. ........................................................................................................... 57 Tabla 35. Nodos con problemas. ................................................................................................................................. 59 Tabla 36. Nuevos datos de cabeza y velocidad. ........................................................................................................... 60 Tabla 37. Datos de entrada de la cámara. .................................................................................................................. 65 Tabla 38. Dimensiones de la caja. ............................................................................................................................... 65 Tabla 39. Cajas para punto de recaudo. ...................................................................................................................... 65 Tabla 40. Orificio para cajas de recaudo. .................................................................................................................... 66 Tabla 41. Costo de rejilla. ............................................................................................................................................ 68 Tabla 42. Costo del desarenador. ................................................................................................................................ 69 Tabla 43. Costo de caja colectiva de caudal. ............................................................................................................... 69 Tabla 44. Costo de la red de la cuenca. ....................................................................................................................... 69 Tabla 45. Costo de la red de distribución. .................................................................................................................... 70
Tabla 46. Costo del tanque de 100000 L. ..................................................................................................................... 70 Tabla 47. Costo del tanque de 75000 L. ....................................................................................................................... 70 Tabla 48. Costo del tanque de 35000 L. ....................................................................................................................... 71 Tabla 49. Costo de las cajas individuales de caudal. ................................................................................................... 71 Tabla 50. Comparación de opciones de aplicación. ..................................................................................................... 71 Tabla 51. Puntos de vulnerabilidad. ............................................................................................................................ 76
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ejemplo de red abierta. __________________________________________________________________ 9 Figura 2. Ejemplo de red cerrada. _________________________________________________________________ 11 Figura 3. Tubería actual. ________________________________________________________________________ 16 Figura 4. Captación con manguera. _______________________________________________________________ 16 Figura 5. Distribución poblacional por género. ______________________________________________________ 24 Figura 6. Distribución de actividades en la vereda. ___________________________________________________ 24 Figura 7. Precipitaciones 1957-2017. ______________________________________________________________ 32 Figura 8. Promedio de precipitación. ______________________________________________________________ 32 Figura 9. Caja de adaptación. ____________________________________________________________________ 37 Figura 10. Ángulo de inclinación. _________________________________________________________________ 38 Figura 11. Esquema de rejilla. Tomada de: RAS 008. __________________________________________________ 39 Figura 12. Formas de barrote de rejillas. Tomada de: RAS Titulo B. ______________________________________ 40 Figura 13. Factor de forma. _____________________________________________________________________ 41 Figura 14. Modelo 3D de la rejilla. ________________________________________________________________ 42 Figura 15. Orificios de la pantalla. ________________________________________________________________ 49 Figura 16. Diseño interior del desarenador. _________________________________________________________ 50 Figura 17. Desarenador. ________________________________________________________________________ 50 Figura 18. Demanda. ___________________________________________________________________________ 51 Figura 19. Caudal promedio. _____________________________________________________________________ 53 Figura 20. Panorámica de la vereda. ______________________________________________________________ 54 Figura 21. Bombas utilizadas en la vereda. _________________________________________________________ 56 Figura 22. Problema del sistema actual. ___________________________________________________________ 57 Figura 23. Reporte de error. _____________________________________________________________________ 58 Figura 24. Configuración actual del sistema. ________________________________________________________ 58 Figura 25. Modelo unificado. ____________________________________________________________________ 59 Figura 26. Control. _____________________________________________________________________________ 61 Figura 27. Llenado y vaciado del tanque. ___________________________________________________________ 62 Figura 28. Descenso real del nivel del tanque. _______________________________________________________ 62 Figura 29. Modelado de la cuenca. ________________________________________________________________ 63 Figura 30. Parte de la red de distribución. __________________________________________________________ 63 Figura 31. Diseño interior de la caja de caudales. ____________________________________________________ 67 Figura 32. Caja de caudales. _____________________________________________________________________ 67 Figura 33. Porcentaje de ocupación de los hombres. __________________________________________________ 73 Figura 34. Zanja lateral. ________________________________________________________________________ 75 Figura 35. Plancha. ____________________________________________________________________________ 75 Figura 36. Estructura de soporte. _________________________________________________________________ 75
INDICE DE ECUACIONES
( 1) Ecuación de Bernoulli ________________________________________________________________________ 5 ( 2) Ecuación de continuidad ______________________________________________________________________ 5 ( 3) Perdidas por friccíon _________________________________________________________________________ 5 ( 4) Coeficiente de fricción de Darcy (flujo laminar) ____________________________________________________ 6 ( 5) Coeficiente de fricción (flujo turbulento) _________________________________________________________ 6 ( 6 ) Numero de Reynolds ________________________________________________________________________ 6 ( 7 ) Perdidas menores (accesorios) ________________________________________________________________ 7 ( 8 ) Perdidas menores (relación de longitud/diametro > 30) ____________________________________________ 7 ( 9 ) Perdidas menores (relación de longitud/diametro < 30) ____________________________________________ 7 ( 10 ) Perdidas en una red de distribución abierta _____________________________________________________ 8 ( 11 ) Continuidad en una red abierta _______________________________________________________________ 9 ( 12 ) Continuidad en una red cerrada o en malla _____________________________________________________ 9 ( 13 ) Velocidad en terminos de caudal para una red cerrada ___________________________________________ 10 ( 14 ) Perdidas menores en terminos del caudal para una red cerrada____________________________________ 10 ( 15 ) Modelo de crecimiento geometrico para estimar la poblacion futura _______________________________ 25 ( 16 ) Tasa de crecimiento anual __________________________________________________________________ 25 ( 17 ) Dotación bruta ___________________________________________________________________________ 26 ( 18 ) Caudal medio residensial ___________________________________________________________________ 26 ( 19 ) Caudal medio diario _______________________________________________________________________ 27 ( 20 ) Caudal maximo diario _____________________________________________________________________ 28 ( 21 ) Caudal maximo horario ____________________________________________________________________ 28 ( 22 ) Caudal maximo horario para un sistema de complejidad baja _____________________________________ 29 ( 23 ) Caudal medio ____________________________________________________________________________ 33 ( 24 ) Presión de vapor de saturación ______________________________________________________________ 33 ( 25 ) Coeficiente adimensional C _________________________________________________________________ 34 ( 26 ) Coeficiente adimiensional T _________________________________________________________________ 34 ( 27 ) Radiación solar sino existiera atmosfera ______________________________________________________ 34 ( 28 ) Evotranspiración _________________________________________________________________________ 35 ( 29 ) Caudal medio real ________________________________________________________________________ 36 ( 30 ) Área de la rejilla __________________________________________________________________________ 39 ( 31 ) Área de los orificios de la rejilla ______________________________________________________________ 40 ( 32 ) Factor de perdidas en la rejilla ______________________________________________________________ 41 ( 33 ) Velocidad de sedimentación en el sedimentador ________________________________________________ 44 ( 34 ) Tiempo de retención del fluido en el sedimentador ______________________________________________ 45 ( 33 ) Caudal en la cámara de distribución de caudal _________________________________________________ 64
1
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
La vereda de Río Frío es una de las zonas rurales con mayor población, aledaña a
Zipaquirá. Esta se encuentra a 10 km del casco urbano y cuenta con cerca de 2000
habitantes. La mayoría de los pobladores son oriundos de esta zona y se dedican
principalmente a la agricultura enfocada a frutas como limón, durazno, tomate de árbol,
entre otros. También realizan labores como la piscicultura o la ganadería. Por otra parte,
aquellos que no realizan actividades agrícolas propias son empleados o administradores
de fincas dedicados principalmente a la exportación de flora o negocios particulares
como la elaboración de cartón o el corte especializado de madera, entre otras. En otros
casos a la siembra de papa, zanahoria, lechuga entre otras legumbres y tubérculos que
por la característica climática y geográfica de la zona crecen fácilmente. Sin embargo, al
ser una zona rural no cuenta con servicio de acueducto y alcantarillado. Los habitantes
se enfrentan a diario al problema de la adquisición y transporte de agua para sus
viviendas, cultivos y funcionamiento en general de la vereda. Como solución a ello, han
utilizado una cuenca del rio frio para desviar parte del caudal y usar agua potable para la
vereda, pero dado el costo de este sistema no solo en infraestructura sino en mano de
obra, han beneficiado solo a las fincas grandes o aquellos que tienen mayor capacidad
de adquisición.
Debido a esto, los pequeños campesinos o empresarios se ven obligados a utilizar
sistemas de distribución hechizos o de baja calidad que fallan a menudo, y
continuamente tienen un funcionamiento indebido, por lo cual sus actividades se ven
afectadas con costos adicionales. El continuo mantenimiento que demandan estos
sistemas obliga a la necesidad de tener que dirigirse a otra cuenca o a Zipaquirá para
adquirir el recurso hídrico.
2
1.2. JUSTIFICACION
Dado que gran parte de la población localizada en la vereda de Río Frío no cuenta con
los recursos ni el conocimiento técnico para el diseño e instalación de sistemas de
bombeo. De esta manera se requiere un aporte externo para la comunidad. Por el
momento se implementan soluciones hechizas con poca efectividad para los
requerimientos funcionales que cada uno presenta. De esta manera el asesoramiento
técnico de un ingeniero con conocimientos de hidráulica permitiría, entre otras cosas
identificar los requerimientos reales del sistema de bombeo por gravedad o turbo
maquinaria, necesaria para la adecuada distribución del agua a lo largo de la vereda y
para su posterior diseño técnico
Un buen sistema de distribución equitativo del agua contribuye a mejorar las condiciones
socio económicas de la población, ayudando a que sus distintas actividades económicas
como la agricultura, turismo, ventas entre otras tengan confiabilidad. Es importante en
este proyecto involucrar a la población, ya que su conocimiento previo de la topografía y
el clima de la vereda facilitará el planteamiento de requerimientos funcionales y un diseño
adecuado a estas características. Por otro lado, se mejorará el conocimiento técnico de
la población, dándoles herramientas prácticas para identificar cuando un sistema de
distribución de agua no tiene un correcto funcionamiento, ya sea por fallas propias del
sistema o por el uso indebido del mismo. Al apropiarse del proyecto por parte de la
comunidad este no será vulnerado o dañado y se harán los mantenimientos requeridos.
3
1.3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA
Alcances
• Con este proyecto se realizará una evaluación técnica del sistema actual, esto con
la finalidad de hacer un diagnóstico de las características de funcionamiento. Para
corregir los defectos identificados del paso anterior, se diseñará una red de
distribución por gravedad que cumpla con las regulaciones y normatividad
dispuesta por el gobierno nacional y que satisfaga la demanda instantánea de
cada una de las zonas que componen la vereda de rio frio.
Limitaciones
• Falta de datos técnicos precisos de la zona de estudio, ya que aquellos
disponibles hacen referencia de manera general a la vereda y no a cada zona
constituyente de esta.
• Existe una mala disposición por parte de los empleados estatales en brindar
información o disposición de tiempo por parte de ellos debido a sus ocupaciones
laborales.
• Hay dificultades de acceso a las instalaciones existentes, dado que la mayoría
están en terrenos privados y algunos de los propietarios restringen las zonas para
inspección.
4
1.4. OBJETIVOS
Objetivos generales
• Realizar el proceso de diseño y dimensionamiento técnico de un sistema de
distribución de agua por gravedad en la vereda de Río Frío.
Objetivos específicos
• Realizar un estudio socioeconómico de la población para identificar la capacidad
adquisitiva de la población y de esta manera limitar la inversión y costos
posteriores de diseño del sistema.
• Identificar los requerimientos reales de funcionamiento e infraestructura
necesarios, para el diseño del sistema de distribución de agua. Se tomarán en
cuenta estudios climáticos y topográficos de la zona para cuantificar de la mejor
manera posible el problema.
• Desarrollar el diseño teórico del sistema conjunto a un modelo computacional que
permita simular el funcionamiento real del sistema, el cual permita identificar
falencias o variantes del sistema diseñado con el fin de refinar el diseño propuesto.
• Realizar el dimensionamiento técnico del sistema de distribución de agua.
5
1.5. MARCO TEORICO
Principio de Bernoulli
La ecuación de Bernoulli es una expresión que permite relacionar la velocidad, presión y
elevación para un líquido inmerso en un flujo. Esta es válida en regiones donde el flujo
es de carácter estacionario e incompresible y donde las fuerzas netas de fricción son
despreciables (Cimbala, 2010).
𝑷𝟏
𝜸+
𝑽𝟏𝟐
𝟐𝒈+ 𝒛𝟏 =
𝑷𝟐
𝜸+
𝑽𝟐𝟐
𝟐𝒈+ 𝒛𝟐
( 1)
Ecuación de continuidad
La conservación de la masa de un fluido a través de dos secciones de un conducto
establece que la masa que entra es igual a la masa que sale. De esta manera se tiene
que con densidad constante:
𝑨𝟏𝑽𝟏 = 𝑨𝟐𝑽𝟐 ( 2)
Cálculo de pérdidas por fricción
El cálculo de pérdidas de energía debido a la fricción en una tubería o conducto cilíndrico
largo, con un interior de diámetro continuo, debe realizarse por medio del uso de las
ecuaciones de Darcy-Weisbach (Básico, 2010).
𝒉𝒇 = 𝒇 (𝑳
𝑫) (
𝒗𝟐
𝟐𝒈)
( 3)
Donde:
𝑓= factor de fricción.
𝐿= Longitud de la tubería [𝑚].
𝐷= Diámetro de la tubería [𝑚].
6
𝑣= Velocidad media del fluido [𝑚
𝑠].
𝑔= Aceleración de la gravedad [𝑚
𝑠2].
Adicionalmente para realizar un correcto uso de esta relación se deben tener en cuenta
aspectos como
• Coeficiente de fricción de Darcy: en el caso de tuberías de sección circular
uniforme, el valor se obtiene a partir de las siguientes relaciones:
𝒇 =𝟔𝟒
𝑹𝒆 (𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒍𝒂𝒎𝒊𝒏𝒂𝒓, 𝑹𝒆 < 𝟐𝟎𝟎𝟎)
( 4)
Donde:
𝑅𝑒= Numero de Reynolds (adimensional)
𝑓= Factor de fricción (adimensional)
𝟏
√𝒇= −𝟐 𝐥𝐨𝐠𝟏𝟎 (
𝒌𝒔
𝟑. 𝟕𝑫+
𝟐. 𝟓𝟏
𝑹𝒆√𝒇) (𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒕𝒖𝒓𝒃𝒖𝒍𝒆𝒏𝒕𝒐, 𝑹𝒆 > 𝟒𝟎𝟎𝟎)
( 5)
Donde:
𝑘𝑠= Rugosidad absoluta de la tubería [𝑚].
𝑓= Factor de fricción (adimensional).
𝐷= Diámetro de la tubería [𝑚].
𝑅𝑒= Número de Reynolds (adimensional).
• El número de Reynolds: este se define por la ecuación
Donde:
𝜌= Densidad del fluido [𝑘𝑔
𝑚3].
𝜇= Viscocidad dinámica del fluido [𝑃𝑎 ∗ 𝑠].
𝑹𝒆 =𝝆𝒗𝑫
𝝁
( 6 )
7
𝑣= Velocidad media del fluido [𝑚
𝑠].
𝐷= Diametro de la tubería [𝑚].
Calculo de perdidas menores
Para el caso de pérdidas por accesorios o uniones de tubería se deben tener en cuenta
las siguientes relaciones
Donde:
𝑘𝑚= Coeficiente de perdidas menores (adimensional).
𝑣= Velocidad media del fluido [𝑚
𝑠].
𝑔= Aceleración gravitacional [𝑚
𝑠2].
Adicionalmente de acuerdo con diámetro y longitud para el caso de las uniones se tiene
que:
Donde:
𝑙𝑗
𝐷= Distancia entre juntas, en metros y D corresponde al diámetro interno de la tubería
en metros.
𝑘0, 𝑘1= Coeficientes tabulados de acuerdo con valores nominales estándar de la relación
𝑙𝑗
𝐷, ambos son adimensionales.
𝒉𝒎 = 𝒌𝒎 (𝒗𝟐
𝟐𝒈)
( 7 )
𝒌𝒎 = 𝒌𝟎𝒌𝟏 (𝒍𝒋
𝑫< 𝟑𝟎)
( 8 )
𝒌𝒎 = 𝒌𝟏 (𝒍𝒋
𝑫> 𝟑𝟎)
( 9 )
8
Distribución del agua
1.5.5.1. Red de distribución abierta
Una red abierta es aquella que se caracteriza por poseer sistemas de distribución (tubos)
ramificados que no se interconectan o intersecan entre sí. Los extremos finales pueden
terminar en depósitos o en descargas libres dependiendo las especificaciones del
sistema (Avila, 1997). A manera de ejemplo se ilustrará este tipo de red para entender el
procedimiento de análisis acorde las especificaciones de este. Este ejemplo se ve en la
Figura 1, donde de acuerdo con los niveles de los depósitos y la longitud de la tubería se
deberá suponer la dirección del flujo de las distintas ramas (Avila, 1997). De esta manera
un modelo matemático ajustado para las pérdidas de este tipo de red seria
Donde 𝑧𝑗 es el nivel de la superficie libre del agua si la ramificación descarga en un
depósito, o bien el nivel del centro de gravedad si la ramificación descarga a la atmosfera.
Donde el subíndice 𝑗 hace referencia a las características hidráulicas en un punto
particular de la red 𝑗, y el termino ∑ ℎ𝑛𝑖=1 es la suma de pérdidas primarias o por fricción
a lo largo del trayecto de conducción desde el punto extremo 1 hasta el punto de interés
𝑗, con signo positivo cuando coincide con la dirección del flujo asumida y negativo en el
caso contrario. Adicionalmente para cada punto de la red se satisface por medio de la
ecuación de continuidad que la sumatoria de gastos en el nudo debe ser igual a cero,
siendo negativos aquellos que entran al nudo y positivo aquellos que salen de este. De
esta manera se tiene que
𝐳𝟏 − (𝐳𝐣 +𝐕𝐟
𝟐
𝟐𝐠) = ∑ 𝐡
𝐧
𝐢=𝟏
( 10 )
9
Finalmente se espera que para este tipo de problemas se tenga un sistema de
ecuaciones del tipo (1) con un número igual a la cantidad de extremos finales que tenga
la red y del tipo (2) igual a la cantidad de nudos que posea el sistema (Avila, 1997).
Figura 1. Ejemplo de red abierta.
1.5.5.2. Redes de distribución cerrada o en malla
Una red cerrada es aquella que se caracteriza por poseer sistemas de distribución
(tubos) interconectados o entrelazados entre sí, formando circuitos. De esta manera se
tienen extremos finales que terminan en depósitos y nunca en descargas libres. Este tipo
de red se puede ver en la Figura 2, para resolver este tipo de problema al igual que los
sistemas abiertos se utiliza la ecuación de perdida de energía y la de nudos, pero
adaptadas a las características particulares de esta configuración. De esta manera se
tiene que
∑ 𝑸𝒊𝒋 + 𝑸𝒊 = 𝟎
𝒏
𝒊=𝟏 ∋ 𝒋∈𝒊
( 12 )
∑ 𝐐 = 𝟎 ( 11 )
10
Donde el gasto 𝑄𝑖𝑗 representa el gasto que va del nudo 𝑗 al nodo 𝑖 (negativo si llega al
nodo 𝑖 y positivo si sale de este), 𝑄𝑖 representa el gasto que entra o sale al nudo 𝑖 con la
misma convención de signos mencionada anteriormente. Cabe resaltar que la
terminología 𝑗 ∈ 𝑖, se interpreta como todos los nudos 𝑗 conectados a 𝑖 por medio de un
sistema de distribución.
Análogamente para la ecuación de perdidas, partiendo de la definición de velocidad en
términos de caudal se tiene que
𝑽𝒊𝒋 =𝟒𝑸𝒊𝒋
𝝅𝑫𝒊𝒋𝟐
( 13 )
𝒉𝒊𝒋 = 𝒂𝒊𝒋𝑸𝒊𝒋𝑵 ( 14 )
Donde 𝑎𝑖𝑗 representa una constante característica del tramo de interés 𝑖𝑗. Para calcular
esta se puede hacer uso de las fórmulas de fricción de Darcy-Weisbach o Hazen-
Williams. Finalmente se espera que la solución de este tipo de sistemas de ecuaciones
se resuelva por medio de computadora debido a su carácter no lineal, por lo que a partir
de valores iniciales e iteraciones con correcciones cíclicas se obtenga la solución óptima
del sistema. Este principio es utilizado en la actualidad por programas de modelación de
redes como EPANET 2.0, que hacen uso de los métodos de Cross para balance de
pérdidas y Cornish para el balance de gastos. La explicación de cada uno de ellos se
omite de este documento, dado que el objetivo de este proyecto no contempla la
elaboración de sistemas particulares de iteración, para la solución de redes complejas.
11
Figura 2. Ejemplo de red cerrada.
Normatividad
1.5.6.1. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento
básico – RAS
1.5.6.1.1. Titulo B Sistemas de acueducto
El titulo B hace parte de un compendio de normas elaboradas por el viceministerio de
agua y saneamiento, basadas en la resolución 1096 del año 2000 expedida por el
Ministerio de Desarrollo Económico, en conjunto con manuales prácticos de buena
ingeniería. Aquí se realizan recomendaciones para la formulación, diseño, construcción,
puesta en marcha, operación y mantenimiento de los sistemas de acueducto,
alcantarillado y aseo. De manera que profesionales del sector logren evitar, reducir o
mitigar los impactos sobre el medio ambiente en todo el ciclo del proyecto. Además de
orientar en el cumplimiento de la normatividad ambiental tanto para sistemas rurales
como urbanos.
12
1.5.6.1.2. Titulo H Compendio de la normatividad técnica y jurídica del
sector de agua potable y saneamiento básico y sus actividades
complementarias
El titulo H hace parte de un compendio de normas elaboradas por el viceministerio de
agua y saneamiento, basadas en la resolución 1096 del año 2000 expedida por el
Ministerio de Desarrollo Económico, en conjunto con manuales prácticos de buena
ingeniería. Aquí se presenta un listado detallado de las normas técnicas nacionales e
internacionales para las prácticas de la buena ingeniería, así como la relación de leyes,
decretos y resoluciones que deben tener en cuenta profesionales afines al sector.
1.5.6.1.3. RAS 001 Definición del nivel de complejidad y evaluación de la
población, la dotación y la demanda de agua
La guía 001 busca facilitar el uso del reglamento técnico del sector de agua potable y
saneamiento básico (RAS) en temas de determinación de complejidad de sistemas,
proyecciones de la población y demanda de agua. En esta se encuentran los
lineamientos y elementos básicos necesarios para iniciar el diagnóstico y evaluación de
un sistema de agua potable y saneamiento básico. Entre ellos se destacan proyecciones
de población, estimación de la capacidad económica de los usuarios, métodos
matemáticos y estadísticos que abordan temas de consumo y pérdidas de energía para
realizar proyecciones de demanda y consumo real. Por último, al ser un compendio de
normas este debe seguirse en conjunto a las nombradas anteriormente.
1.5.6.1.4. RAS 008 Acueductos rurales
La guía 008 está encaminada a facilitar la formulación y el diseño de proyectos de
acueducto en el área rural de Colombia. La guía tiene como finalidad orientar, dirigir y
encaminar a profesionales vinculados en el tema de diseño y desarrollo de proyectos, a
autoridades municipales y departamentales prestadoras del servicio de acueducto y
alcantarillado. En cada una de la serie de etapas y requerimientos necesarios para lograr
una distribución uniforme, equitativa y apta para el consumo humano, enfocándose en
13
áreas rurales de población dispersa o nucleada llevando de manera eficiente, económica
y técnicamente correcta el fluido. Todo ello enmarcado en un lenguaje de fácil
entendimiento para todos los usuarios, entiéndase esto último como personas ajenas al
ejercicio profesional de la ingeniería y para personal técnico o especializado.
1.5.6.2. Corporación autónoma regional y de desarrollo sostenible – CAR
1.5.6.2.1. Concesión de agua M.I. 176 -16756
Hace referencia a la concesión de aguas superficiales, tramitada por los propietarios de
la vereda de Río Frío, para hacer uso formal de la fuente hídrica quebrada Las Lajas
para uso doméstico. En esta se detallan las características geográficas, ambientales e
hidráulicas tanto de la quebrada como de la vereda, con el fin de determinar la demanda
y las restricciones que se deben imponer para el consumo, de acuerdo con las
características particulares de cada uno de los predios que componen la zona particular
de estudio.
14
CAPITULO II
PLANTEAMIENTO Y DISEÑO CONCEPTUAL DE LA RED DE
DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD
2.1. ESTUDIO SOCIOECONOMICO Y DE INFRAESTRUCTURA
Aspectos generales de la zona del proyecto
2.1.1.1. Localización y referencia del área del proyecto
La vereda de Río Frío se ubica a unos 12 km del casco urbano del municipio de Zipaquirá,
esta hace parte de la jurisdicción del departamento de Cundinamarca. Su localización se
establece por los siguientes límites: al norte por la vereda el Alto del Águila, al sur por la
vereda Portachuelo, al oriente por la vereda Centro y al occidente por la vereda San
Isidro. Dista unos 2 km de la vía principal que comunica a Zipaquirá con Pacho.
2.1.1.2. Topografía
El área de interés para la realización del proyecto se caracteriza por tener una topografía
de tipo montañoso con pendientes medias y distancias largas (Ver Anexos, plano de la
zona). La primera de estas varía entre 2725 a 2861 m.s.n.m. la segunda se encuentra
entre 3 a 5 km ambas en la zona de servicio. Las formas predominantes en la parte
inferior de la zona son valles, con vegetación variada en tipos de pasto y plantas
naturales pequeñas. En la actualidad la mayoría de estas zonas, son utilizadas para
labores de agricultura y ganadería. En la parte alta se encuentran las zonas con
pendientes más pronunciadas con zonas erosionadas, entre las que se destacan
procesos de desestabilización de laderas y erosión laminar. Estas últimas como
resultado de la mano del hombre al no controlar adecuadamente las aguas que brotan
de las laderas que afectan el terreno y al cultivo desproporcionado en zonas de alto
riesgo. A razón de estas condiciones se hace necesaria la implementación de planes de
contingencia que aseguren la integridad de la red de distribución y de los procesos
naturales de la zona.
15
2.1.1.3. Vegetación
Como parte del trabajo de campo realizado se estudiaron 3 áreas particulares usadas
actualmente por su interés funcional en el desarrollo de la red de distribución (Ver
Anexos, Plano de zonas) estas son
• Zona de la bocatoma: en esta zona se identifica la presencia de vegetación con
características de páramo debido a la temperatura que se experimenta, la cual
está alrededor de los 8 °C. entre esta se encuentran arbustos pequeños, arboles
bajos y característicamente alta densidad de neblina en gran parte del día.
• Zona de conducción: compuesta principalmente por pastos, ya que atraviesa los
valles distribuidos a lo largo de la vereda. Sin embargo, cuenta con algunos
árboles bajos aledaños a los afluentes provenientes de la Quebrada las Lajas
estos afluentes al ser de carácter natural tienen un suelo blando y son
susceptibles a obstruirse fácilmente, debido a su exposición continua al ambiente
y a lo cambiante que este puede ser.
• Zona de distribución: corresponde a la Quebrada las Lajas, con un sistema
ecológico enteramente natural, cuenta con algunos terrenos pantanosos debido
a la erosión hídrica natural de la cuenca, adicionalmente afloran arbustos
pequeños y algunas zonas de valle aledañas a este. Se caracteriza por su difícil
acceso, debido a lo pronunciado de sus pendientes y la altura que limitan la
cantidad de oxigeno disponible. Al ser enteramente natural cuenta con una
recirculación continua al provenir del Páramo de Guerrero.
2.1.1.4. Infraestructura existente para el abastecimiento de agua
En la actualidad la vereda cuenta con una red artesanal de distribución, la cual aprovecha
una afluente que atraviesa toda la vereda proveniente de la Quebrada las Lajas, donde
el caudal es constante a lo largo del año, debido a esta característica cada terreno ha
diseñado su propio sistema de adquisición, distribución y almacenamiento del recurso
hídrico. Tradicionalmente lo que utilizan son mangueras sumergidas (Ver, Figura 4), en
puntos particulares de la ruta del afluente, donde estos coindicen con cada uno de los
16
predios que requieren del recurso, adicionalmente implementan un tramo de tubería
típicamente de 33 mm (Ver, Figura 3) que lleva el fluido desde la captación hasta uno o
varios tanques de almacenamiento. Sim embargo, dada la longitud de la zona de
distribución no se maximiza ni la velocidad ni la presión a la cual se traslada este fluido,
por lo que en la mayoría de los casos los tanques de los cuales disponen tardan mucho
en llenar o no se llenan. Adicionalmente, de que no cuentan con ningún tipo de filtrado o
proceso de potabilización lo que genera atrapamientos y taponamientos en los ductos o
en los tanques, requiriendo un incremento sustancial en las labores de mantenimiento
del sistema y del filtrado posterior del agua.
Figura 3. Tubería actual.
Figura 4. Captación con manguera.
17
2.1.1.5. Situación socio económica de la vereda
Para realizar esta parte del estudio se realizaron una serie de visitas de campo, con la
finalidad de visitar cada una de las viviendas existentes en la vereda y así poder
cuantificar variables de interés como: tipo de viviendas, numero de habitantes, genero
de los habitantes, principales ocupaciones e ingresos mensuales promedio.
En general se encuentra que las viviendas que componen la vereda son casas pequeñas,
diseñadas para una familia. Por lo que cuentan con una sola planta, típicamente poseen
2 habitaciones, un baño, zona de comedor y cocina. En casos particulares poseen patio
o zona de lavado. La mayoría de estas viviendas son elaboradas en muros de bloque o
madera y hacen uso de tejas de zinc. La totalidad de las viviendas de la zona no cuentan
con los servicios de acueducto y alcantarillado por lo que no existe tratamiento alguno
de aguas residuales y disposición de residuos. Tradicionalmente estos son depositados
en pozos sépticos elaborados en la disposición general de los terrenos con una duración
promedio de 25 a 50 años. En la actualidad la vereda cuenta con varias rutas de acceso
debido a su cercanía a la zona central de Zipaquirá, la vía más conocida para llegar a la
zona es la vía a Pacho y el Alto del Águila, este último siendo un sitio popular para
deportistas debido a la severidad de la pendiente para llegar a él, por lo que muchos
ciclistas principalmente la utilizan como trayecto de entrenamiento.
La economía de la vereda se basa principalmente en la agricultura particularmente de
legumbres, aunque dependiendo de la temporada del año y las condiciones climáticas
algunos tubérculos también son de interés. Paralelo a esta actividad algunos propietarios
también trabajan en la ganadería y la piscicultura. Sin embargo, estos últimos no son tan
comunes debido a los altos costos de inversión y mantenimiento que requiere este tipo
de actividad. De esta manera los ingresos per cápita de la población de la zona son
aproximadamente de un salario mínimo, esto principalmente a que muchos de ellos son
empleados, pero no dueños de los terrenos.
18
Estimación de la población
2.1.2.1. Censo de población
Para el caso de estudio en particular no se cuenta con información oficial del
Departamento Nacional de Estadística (DANE), esto debido a que la población censada
hacer referencia a toda la vereda de rio frio y no a la zona de interés particular. Por lo
cual todo tipo de comentario referente a este tema se hará por el muestreo particular
relacionado con la investigación basada en la experiencia de miembros consagrados
dentro de la comunidad que permitirán definir tendencias migratorias dentro de la misma.
2.1.2.2. Demanda y oferta del recurso hídrico
Medición y estudio de la demanda
La principal fuente hídrica tradicionalmente utilizada por la población de la zona es la
Quebrada las Lajas, esta se caracteriza por estar no solo alejada de la zona de interés
sino por encontrarse a una altitud mayor, adicionalmente cuenta con una afluente
descendente que por acción de gravedad conduce el fluido a lo largo de toda la vereda,
permitiendo así la captación de este fácilmente. Por lo cual determinar la demanda si
bien no es sencillo, se puede lograr por medio de métodos analíticos y de reporte. El
primero de estos se basa en una cuantificación promedio del consumo que debería
garantizarse a un individuo diariamente. El cual se encuentra estipulado en la ley y en
las guías de RAS para la construcción de acueductos y el segundo de ellos hace
referencia a la cuantificación diaria por medio de reportes del consumo individual y
colectivo de la vereda, para lo cual se requieren un número indeterminado de visitas de
campo a cada uno de los predios que componen la zona de estudio. Sin embargo, dado
que se cuenta con los estudios previos realizados por la CAR en la concesión de agua.
Se realizará una comprobación de posibles fluctuaciones de la demanda actual dado que
los datos reportados pertenecen al año 2016.
19
Estudio de la oferta del agua
Al igual que en el caso anterior existen diversos métodos utilizados tradicionalmente para
cuantificar la cantidad de recurso hídrico disponible de una fuente, uno de los más
utilizados es la relación de áreas, la cual realiza proyecciones con base al área de la
fuente y al valor de precipitación sobre la misma. Lo que permite determinar teóricamente
el valor nominal de caudal que ofrece la fuente. Para este caso no será necesario tomar
ningún tipo de medición, ya que organismos especializados como el Instituto de
Hidrología, Meteorología y Medio ambiente (IDEAM) poseen un sin número de datos
tomados por décadas del comportamiento de la fuente, así como de las precipitaciones
anuales que caen sobre esta por lo que determinar la oferta teóricamente será de
proyección viable para el objeto de este proyecto.
2.2. DISEÑO CONCEPTUAL
Definición del nivel de complejidad del proyecto
Posterior a la definición del tipo de proyecto a realizar el cual para este caso corresponde
al área rural, de acuerdo con la normatividad RAS 001, se debe asignar un nivel de
complejidad del sistema de acuerdo con el número de habitantes de la zona de estudio
y la capacidad económica de los mismos (Ver, Tabla 1). Para la vereda de rio frio se
define el sistema como de nivel de complejidad bajo, el cual es asignado debido a que la
población residente de la zona es inferior a los 2500 habitantes. De igual manera su
capacidad económica se puede catalogar como baja ya que la mayoría de estos no
tienen ingresos superiores a un salario mínimo legal vigente.
Tabla 1. Nivel de complejidad.
Nivel de complejidad Población (#) Capacidad económica de
los usuarios
Bajo <2500 Baja
Medio 2501 a 12500 Baja
Medio alto 12501 a 60000 Media
Alto >60000 Alta
20
Identificación de la fuente de abastecimiento
Para el caso de este proyecto se cuenta con una única fuente de abastecimiento viable
esta es la Quebrada las Lajas cuya cuenca se encuentra a una altitud aproximada de
3000 m.s.n.m. y una distancia de 800 m desde el primer punto de adquisición del recurso
hídrico, está quebrada se bastece del Río Frío, el cual atraviesa un 80% de Zipaquirá y
sus alrededores. Se seleccionó esta fuente principalmente dado que su afluente natural
es la más cercana a la zona de estudio, adicionalmente debido al conocimiento ya
adquirido por parte de los habitantes respecto a esta que servirá de apoyo para
caracterizar de mejor manera esta fuente. Finalmente, sobre ella se realizó la concesión
MI 176-16756 por parte de la CAR, por lo que se cuenta con estudios especializados
sobre su comportamiento y el área donde esta se ubica.
Caudales de diseño
A partir del estudio realizado por la CAR en el año 2016 sobre el comportamiento de la
cuenca, se tiene una serie de parámetros de interés para el proyecto en cuestión. El
primero de ellos es el caudal disponible de acuerdo con el mes del año. Con este es
posible realizar estimaciones de los meses críticos para la vereda que podrán
representar temporadas que requieran de medidas preventivas como almacenamiento
programado del recurso hídrico. Otra de las variables de interés es aquella que
corresponde con la demanda, ya que en esta se caracteriza la cantidad de recurso
mensual promedio que la población requiere en general, la cual es consecuencia directa
del tipo de actividad predominante en la zona, donde en ciertas épocas se requiere más
recurso que en otras debido al proceso particular de cultivo o manufactura de cada uno.
Estos valores se pueden ver en la Tabla 3.
21
Tabla 2. Caudales de diseño.
Componente del sistema de
acueducto
Caudal
de diseño
Periodo de diseño para
complejidad baja
Captación de agua superficial QMD 15 años
Captación de agua subterránea QMD 15 años
Aducción y conducción QMD 15 años
Desarenador QMD 15 años
Planta de potabilización QMD* 15 años
Tanques de compensación QMD 20 años
Red de distribución QMH 15 años
Dado que se cuenta con esta información, este será el punto de partida para un estudio
detallado posterior el cual permitirá modificar de ser necesario algunos valores
representados por las variables descritas anteriormente, con el fin de dar la mayor
fiabilidad sobre los datos de interés, adecuando el estudio previo realizado en el año
2016 al año 2018. Año en el cual se presenta este proyecto. De igual forma los caudales
de diseño de acuerdo con la normatividad RAS 008, se encuentran en función del nivel
de complejidad del proyecto. Tal como se definió con anterioridad al estar catalogado
como de nivel bajo se espera un periodo de diseño de 15 años de acuerdo con la
normatividad RAS 2000. Los valores se pueden ver en la Tabla 2, Donde las siglas QMD
hacen referencia al caudal máximo diario, QMH al caudal máximo horario y QMD* como
una excepción en caso de que el proyecto no contemple la construcción de tanques de
compensación. Caso en el cual la planta de potabilización se debe diseñar con el QMH.
22
Tabla 3. Índices de la cuenca,
Variable ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Precipitación [mm]
36.5 59.3 74.7 131 130 101.1 87.9 81.1 78.4 131.2 108.3 55.6
Caudal total [L/S]
4.2 12.8 17.6 33.8 26.4 21.6 17.1 18 20.2 31.8 30 10.2
Caudal disponible
[L/s] 3 9.1 12.5 24 18.7 15.3 12.1 12.8 14.3 22.5 21.3 7.2
Caudal ecológico
[L/s] 0.4 1.3 1.8 3.4 2.6 2.2 1.7 1.8 2 3.2 3 1
Caudal remanente
[L/s] 2.6 7.8 10.7 20.6 16.1 13.1 10.4 11 12.3 19.3 18.3 6.2
Perdidas [L/s]
0.8 2.5 3.4 6.5 5 4.1 3.3 3.4 3.9 6.1 5.7 2
Demanda [L/s]
0.3 1.5 1.5 1.8 1.9 3.2 2.4 2.4 1.6 1.8 5.3 0.9
Índice de escasez
11.1 16.1 12.4 7.4 10.3 20.6 19.5 18.6 11 7.8 24.9 12.5
Demanda otorgada
[L/s] 0.27 1.35 1.35 1.8 1.71 2.56 2.16 2.16 1.44 1.8 4.24 0.81
Selección de tuberías
2.2.4.1. Diámetros mínimos
De acuerdo con título B Sistemas de Acueducto elaborado por el RAS, se tiene que para
para la red de distribución de complejidad baja, el valor mínimo de diámetro nominal en
la red de distribución corresponde a 38.10 𝑚𝑚 (1.5′′). Sin embargo, dado que este
diámetro será el sistema implementado actualmente en la vereda cuenta con tubería de
33 𝑚𝑚, este diámetro será utilizado para los puntos de adquisición particulares de cada
predio, de esta manera se mantendrá el cumplimiento de la norma para la red matriz y
se evitará incurrir en costos adicionales que eleven el presupuesto de implementación
del sistema.
23
2.2.4.2. Presiones mínimas en la red
En el caso de la red de distribución se debe dar cumplimiento de las presiones de servicio
mínimas establecidas en el artículo 82 de la resolución 1096 de 2000, las cuales se
encuentran especificadas en el titulo B Sistemas de Acueductos elaboradas por el RAS.
Estas se pueden ver en la
Tabla 4. Presión mínima.
Nivel de
complejidad
Presión mínima
[kPa]
Presión mínima
[m.c.a.]
Bajo 98.1 10
2.2.4.3. Presiones máximas en la red
En el caso de la red de distribución de acuerdo con la normativa RAS Título B Sistemas
de Acueductos la presión no debe sobrepasar un valor de 588.6 𝑘𝑃𝑎 o 60 𝑚 de cabeza
hidráulica, lo que garantiza que se tendrá un factor de seguridad superior a la unidad lo
cual es deseable debido a la proyección en años establecida de acuerdo con el nivel de
complejidad del proyecto.
2.3. DISEÑO DE INGENIERÍA
Determinación de la dotación y la demanda
2.3.1.1. Estimación de la población
La población residente de la vereda Río Frío, se ha obtenido a partir de la realización de
un censo por parte del autor de este proyecto, el cual fue realizado en dos visitas de
campo. En las cuales se realizó una visita puerta a puerta en cada uno de los terrenos
que conforman el área de interés. En estas visitas se recolectaron datos del tipo de
vivienda, número de habitantes especificando la cantidad de hombres, mujeres y niños
24
y adicionalmente se realizó una breve encuesta del tipo de ocupación y los ingresos promedio por familia (Ver, Figura 5, Figura
6 y
Tabla 5).
Figura 5. Distribución poblacional por género.
Figura 6. Distribución de actividades en la vereda.
Tabla 5. Valor de ingresos.
Rango de ingresos Porcentaje de la población
200.000 a 450.000 10
450.000 a 800.000 85
>800.000 5
2.3.1.2. Población futura
Para estimar la población futura de la vereda se recurre al método geométrico enunciado
en la normatividad RAS 001, el cual se ajusta bastante bien cuando el nivel de
complejidad del proyecto es bajo. En esta se tiene en cuenta principalmente que la zona
0
50
100
150
Mujeres Niños Hombres
60%
9%
25%
6%
Agricultura
Piscicultura
Ganaderia
Otros
25
de interés cuente con áreas de expansión que faciliten la implementación de
infraestructura para servicios públicos, tal como es el caso de la vereda de Río Frío. En
el crecimiento geométrico el aumento de la población es proporcional al tamaño de esta.
La ecuación que se emplea es:
𝑷𝒇 = 𝑷𝒖𝒄(𝟏 + 𝒓)𝑻𝒇−𝑻𝒖𝒄 ( 15 )
𝒓 = (𝑷𝒖𝒄
𝑷𝒄𝒊)
𝟏𝑻𝒖𝒄−𝑻𝒄𝒊
− 𝟏
( 16 )
Donde:
𝑇𝑢𝑐= año correspondiente al último censo con información.
𝑇𝑓= año al cual se quiere proyectar la población.
𝑟= tasa de crecimiento anual en forma decimal.
𝑃𝑢𝑐= población (habitantes) actual.
𝑃𝑓= población (habitantes) correspondiente al año proyectado.
𝑃𝑐𝑖= promedio histórico de habitantes de la región.
Tabla 6. Población futura.
Población actual 𝒓 [%] Periodo de diseño [años] Población futura
223 5 15 464
2.3.1.3. Dotación neta y bruta
Dado que el uso del agua para esta región es de uso residencial, la dotación se calcula
a partir de esta característica. De esta manera se tiene de acuerdo con la normatividad
RAS 001 que, para un nivel de complejidad bajo la dotación mínima neta que debe suplir
el sistema por habitante corresponde a un valor de 150 𝐿
ℎ𝑎𝑏∗𝑑𝑖𝑎. Para el caso de las
perdidas inherentes al funcionamiento real del sistema la misma normatividad indica que
para el tipo de complejidad bajo estas deben corresponder a un porcentaje máximo de
40%. Típicamente este valor no se alcanza en un funcionamiento real por lo que se toma
26
un valor de pérdidas totales de 22% en las zonas de aducción y conducción.
Adicionalmente de un valor de 5% correspondiente a las etapas de potabilización
contempladas para la elaboración de este proyecto. De esta manera se obtiene un valor
global de 27%.
Para el caso de la dotación bruta, entendiéndose esta como el consumo real máximo por
parte de la población. Se realiza una estimación matemática en función de las pérdidas
del sistema y el valor promedio de consumo neto mínimo estipulado por la normatividad
RAS 001. Todo ello por medio de la siguiente expresión
𝒅𝒃𝒓𝒖𝒕𝒂 =𝒅𝒏𝒆𝒕𝒂
𝟏 − %𝑷
( 17 )
Donde
%𝑃= porcentaje global de perdidas del sistema.
𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎= dotación neta mínima por habitante.
Tabla 7. Dotación bruta.
Dotación neta mínima [L/hab*día] %P Dotación bruta [L/hab*día]
150 27 206
Variaciones de la demanda de agua
2.3.2.1. Caudal medio residencial (Qmr)
Corresponde al caudal medio demandado por la población para un sistema de acueducto
de acuerdo con la dotación bruta puede calcularse mediante la siguiente ecuación
𝑸𝒎𝒓 =𝑷𝒂𝒄𝒕𝒅𝒃𝒓𝒖𝒕𝒂
𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎
( 18 )
Donde
𝑃𝑎𝑐𝑡= población (habitantes) actual de estudio o población futura.
27
𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎= demanda bruta [L/hab*día].
Tabla 8. Qmr.
𝑷𝒂𝒄𝒕 𝒅𝒃𝒓𝒖𝒕𝒂 [𝑳
𝒉𝒂𝒃 ∗ 𝒅í𝒂] 𝑸𝒎𝒓 [
𝑳
𝒔]
464 206 1.10
2.3.2.2. Caudal medio diario (Qmd)
La demanda media total de agua para una zona de estudio ya sea para una condición
de operación actual o futura, de acuerdo con la normatividad RAS 001 se define como la
suma de la demanda media para uso residencial (Qmr) más la demanda por usos
diferentes (Qou), estimados para un mismo periodo de análisis.
𝑸𝒎𝒅 = 𝑸𝒎𝒓 + 𝑸𝒐𝒖 ( 19 )
Sin embargo, para este proyecto no se toman en cuenta caudales por usos diferentes ya
que según el estudio realizado por la CAR para la concesión de agua estos ya fueron
previstos en los valores aprobados para cada terreno que conforma la vereda,
adicionalmente dado que las labores de agricultura y otras labores no requieren un uso
elevado continuo del recurso hídrico es posible desestimar o despreciar inicialmente el
valor de 𝑄𝑜𝑢, ya que este se compensa a lo largo del consumo promedio instantáneo de
la vereda . De esta manera se tiene que
Tabla 9. Qmd.
𝑸𝒎𝒓 [𝑳
𝒔] 𝑸𝒐𝒖 [
𝑳
𝒔] 𝑸𝒎𝒅 [
𝑳
𝒔]
1.10 0 1.10
2.3.2.3. Caudal máximo diario (QMD)
28
Corresponde a la demanda máxima estimada en un intervalo de tiempo de 24 horas
durante un periodo de análisis de un año. Se origina dado que el consumo de agua de la
población no es igual para todos los días de la semana ni para todos los meses del año.
Esta se puede calcular por medio de la siguiente ecuación
𝑸𝑴𝑫 = 𝑸𝒎𝒅(𝒌𝟏) ( 20 )
Donde
𝑘1= coeficiente de consumo máximo diario.
Para calcular 𝑘1 es necesario conocer la relación entre el mayor consumo diario y el
consumo medio diario, utilizando registros de mínimo un periodo de un año o el promedio
de varios años. En caso de que no se cuente con los registros nombrados anteriormente,
la normatividad RAS título B Sistemas de Acueductos recomienda para proyectos de
nivel de complejidad bajo utilizar un valor de 𝑘1 = 1.30. De esta manera se tiene:
Tabla 10. QMD.
𝑸𝒎𝒅 [𝑳
𝒔] 𝒌𝟏 𝑸𝑴𝑫 [
𝑳
𝒔]
1.10 1.30 1.43
2.3.2.4. Caudal máximo horario (QMH)
Corresponde a la demanda máxima estimada durante una hora en un periodo de un año.
Se origina principalmente debido a que a lo largo del día los consumos de agua no son
uniformes, sino que son mayores a ciertas horas donde actividades comunes como
desayuno, jornada laboral, hora de almuerzo entre otras concurren para toda la población
y esto eleva la demanda instantánea para toda la red. Esta se puede calcular por medio
de la ecuación
𝑸𝑴𝑯 = 𝑸𝑴𝑫(𝒌𝟐) ( 21 )
29
Donde
𝑘2= coeficiente máximo horario.
Un método recomendado para calcular 𝑘2 según la normatividad RAS 001 es utilizar la
relación entre el caudal máximo horario 𝑄𝑀𝐻 y el caudal máximo diario 𝑄𝑀𝐷, registrados
para un periodo mínimo de un año. Estos registros deben hacerse sobre la red de
distribución o la salida de los tanques de almacenamiento y compensación del sistema.
Tabla 11. Coeficiente k2.
Nivel de complejidad del
sistema
Red menor de
distribución
Red
secundaria
Red
matriz
Bajo 1.60 - -
Medio 1.60 1.50 -
Medio alto 1.50 1.45 1.40
Alto 1.50 1.45 1.40
Sin embargo, si ya se tiene estimado el valor del coeficiente 𝑘1 y no es posible realizar
mediciones previas o tener registros detallados del sistema, que permitan calcular
específicamente el valor de 𝑘2, se recomienda según el nivel de complejidad del proyecto
utilizar un valor estándar reportado en la normatividad (Ver, Tabla 11). Para el caso de
estudio se utilizará aquel correspondiente a un nivel bajo de complejidad y de esta
manera se tiene que:
𝑸𝑴𝑯 = 𝑸𝑴𝑫(𝒌𝟐)(𝒌𝟏) ( 22 )
Tabla 12. QMH.
𝒌𝟏 𝒌𝟐 𝑸𝑴𝑫 [𝑳
𝒔] 𝑸𝑴𝑯 [
𝑳
𝒔]
1.30 1.60 1.10 2.30
30
Estudio hidrológico de la fuente
2.3.3.1. Localización y características
El sistema implementado en la actualidad por la vereda utiliza como fuente principal la
Quebrada las Lajas que cuenta con una cuenca cercana a la zona de estudio,
adicionalmente esta posee un afluente natural que atraviesa la mayoría de los terrenos
habitados facilitando la captación del recurso hídrico. Dadas estas características y ya
que se cuenta con estudios previos realizados por la corporación autónoma regional
(CAR) y con bases de datos del comportamiento anual de la cuenca por parte del instituto
de Hidrología, Meteorología y estudios del medio ambiente (IDEAM), se selecciona esta
como la fuente principal de abastecimiento para la red de distribución a implementar (Ver,
Anexos. Plano de la cuenca).
La cuenca de la quebrada se localiza a 3160 m.s.n.m. y nace en la parte alta de la vereda
Venta larga en el páramo de Guerrero, sus aguas discurren en sentido oriente occidente,
hasta desembocar en las aguas del rio frio. Cuenta con un volumen aproximada de
4140 𝑚3 (Ver, Tabla 13), la temperatura promedio se encuentra entre 8 y 9 °C,
adicionalmente la vegetación es típica de paramo con árboles pequeños, arbustos y la
presencia abundante de neblina. En cuanto a la fauna se hallan principalmente especies
pequeñas de invertebrados y algunas especies de aves.
La afluente natural cuenta con una longitud aproximada a la parte alta de la vereda de
800 m desde la cuenca, cerca del 70% de la trayectoria es recta y el porcentaje restante
posee curvas suaves dentro del territorio, este afluente al ser natural transita sobre tierras
blandas o lodos con rocas incrustadas, algunas de tamaño pequeño o mediano. Pero
siempre manteniendo una superficie constante como base de la afluente. Dentro de la
vereda como parte del estudio de la concesión de agua, se reconocen 4 puntos
principales, los cuales caracterizan las altitudes de la parte alta y baja de la zona
habitada, así como 2 puntos intermedios de referencia para conocer las pendientes
manejadas a lo largo de la zona de estudio (Ver, Tabla 14).
31
Tabla 13. Dimensiones aproximadas de la cuenca.
Dimensión Valor [𝒎]
Largo 23
Ancho 12
Profundo 15
Tabla 14. Localización de la cuenca.
Punto X Y M.S.N.M.
1 1004910 1047918 2931
2 1003979 1047616 2856
3 1003141 1047535 2784
4 1002389 1047493 2728
2.3.3.2. Clima y precipitación
A partir de los datos obtenidos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios del
medio ambiente (IDEAM), se logra hacer una interpolación de precipitaciones para un
periodo de 50 años sobre la cuenca (Ver, Figura 7). Allí se destaca que la precipitación
máxima acumulada se registra en un valor de 100 mms, a su vez se tiene un valor mínimo
acumulado en cerca de 16 mms. Al tener un valor pico tan elevado, indica que las zonas
aledañas a la cuenca son susceptibles a presentar inundaciones, de igual manera las
zonas que se encuentren debajo de su altitud debido a la configuración montañosa del
terreno y a los afluentes naturales.
32
Figura 7. Precipitaciones 1957-2017.
Siguiendo la misma metodología es posible distinguir a través de un manejo estadístico
de los datos el promedio anual de precipitación mes a mes (Ver, Figura 8). En este se
identifica que a lo largo del año los meses de marzo, abril y mayo presentan los índices
más elevados de precipitación con un valor cercano a los 10.5 mm, lo que indica un
potencial riesgo de inundaciones durante estos periodos de tiempo para la vereda y por
ende una condición insegura para la red de distribución.
Figura 8. Promedio de precipitación.
De esta manera se concluye que para el caso particular de estudio no se tendrán
problemas de continuidad de flujo, debido a que en general no se presentan sequias
extremas o índices bajos de lluvia que reduzcan considerablemente la reserva acuífera
y por ende el caudal otorgado a lo largo del afluente. Para el caso de la climatología esta
0
20
40
60
80
100
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
mm
s
Número de días
0
2
4
6
8
10
12
14
mm
s
33
se registra en promedio alrededor de los 6°C, presentado picos de 11°C en algunos
meses como diciembre y enero lo que corresponde a los periodos donde se registra la
menor cantidad de agua lluvia.
2.3.3.3. Caudal medio
Para estimar el caudal medio se hace uso del método de balance hidrológico, el cual
tiene en cuenta registros de precipitación y evo transpiración como se muestra en la
siguiente ecuación
𝑸𝒎𝒆𝒅 = 𝑲(𝑷 − 𝑬𝑻𝑹) ( 23 )
Donde
𝐾= representa las perdidas por evaporación directa
𝑃= precipitación promedio del área de interés, medida en mm.
𝐸𝑇𝑅= representa la evotranspiración real, estimada en mm por año
Dado que el caudal medio depende de estos tres factores se requiere previamente,
realizar las estimaciones matemáticas de 𝐾 y 𝐸𝑇𝑅. El primero de estos se encuentra en
el orden de 0.80 de acuerdo con los datos obtenidos del IDEAM, el segundo se obtiene
a partir del método desarrollado por Jensen–Haise, el cual desarrolla una serie de
cálculos con diferentes ecuaciones estas se muestran a continuación
𝒆 = 𝟔. 𝟏𝟎𝟖 ∗ 𝒆𝒙𝒑 (𝟏𝟕. 𝟐𝟕𝑻
𝑻 + 𝟐𝟑𝟕. 𝟑)
( 24 )
Donde
𝑒= presión de vapor de saturación [𝑚𝑏𝑎𝑟] correspondiente a la temperatura 𝑇 [°C]
34
Para poder aplicar la ecuación anterior, se requiere conocer las temperaturas mínima y
máximas mes a mes durante un año para la zona de estudio, de estas se toma el
promedio mínimo y máximo para el cálculo (Ver
Tabla 15. Parámetro e.
𝑻𝒎𝒊𝒏 [°𝑪] 𝑻𝒎𝒂𝒙 [°𝑪] 𝒆𝒎𝒊𝒏 [𝒎𝒃𝒂𝒓] 𝒆𝒎𝒂𝒙 [𝒎𝒃𝒂𝒓]
8 15 10.72 17.05
𝑪𝑻 =𝟏
𝟑𝟖 −𝒉
𝟏𝟓𝟐. 𝟓+
𝟑𝟖𝟎𝒆𝒎𝒂𝒙 − 𝒆𝒎𝒊𝒏
( 25 )
Donde
ℎ= altitud del lugar en metros.
𝐶𝑇= coeficiente adimensional.
Tabla 16. Coeficiente CT.
𝒉 [𝒎] 𝑪𝑻
3160 0.0129
𝑻𝒙 = −𝟐. 𝟓 − 𝟎. 𝟏𝟒(𝒆𝒎𝒂𝒙 − 𝒆𝒎𝒊𝒏) −𝒉
𝟓𝟓𝟎
( 26 )
Donde
ℎ= altitud del lugar en metros.
𝑇𝑥= coeficiente adimensional.
Tabla 17. Coeficiente Tx.
𝒉 [𝒎] 𝑻𝒙
3160 -9.13
𝑹𝒔 = 𝑹𝒐 (𝟎. 𝟏𝟖 + 𝟎. 𝟓𝟓 (𝒏
𝑵))
( 27 )
35
Donde
𝑅𝑜= radiación solar si no existiera atmosfera [𝑚𝑚
𝑑í𝑎].
𝑛= numero de horas del sol reales.
𝑁= número máximo teórico de horas del sol.
𝑅𝑠= radiación solar incidente sobre la superficie [𝑚𝑚
𝑑í𝑎].
En el caso que no se disponga de información acerca de los variables 𝑛 y 𝑁. El cociente
de ambas se puede tomar por un valor estándar reportado por el IDEAM igual a 0.7, de
manera que se tiene que
Tabla 18. Rs.
Latitud 𝒏
𝑵 𝑹𝒐 [
𝒎𝒎
𝒅í𝒂] 𝑹𝒔 [
𝒎𝒎
𝒅í𝒂]
5.02 0.7 14.8 8.36
Finalmente, a partir de todos los coeficientes calculados anteriormente es posible
determinar el valor de 𝐸𝑇𝑃, por medio de la siguiente ecuación
𝑬𝑻𝑷 = 𝑪𝑻𝑹𝒔(𝑻 − 𝑻𝒙) ( 28 )
Donde
𝐸𝑇𝑃= evotranspiración en [𝑚𝑚
𝑑í𝑎].
𝑇= temperatura media del periodo de cálculo elegido.
Tabla 19. ETP
𝑻 [°𝑪] 𝑬𝑻𝑷 [𝒎𝒎
𝒅í𝒂]
15 2.60
36
Finalmente, el valor de 𝐸𝑇𝑅, se obtiene como el 60% de 𝐸𝑇𝑃, asi para este caso tendrá
un valor de 1.56 [𝑚𝑚
𝑑í𝑎]. Luego de determinado este valor es posible estimar el valor del
caudal medio, el cual se muestra a continuación
Tabla 20. Q medio inferior.
𝒌 𝑷 [𝒎𝒎
𝒅í𝒂] 𝑬𝑻𝑹 [
𝒎𝒎
𝒅í𝒂] 𝑸𝒎𝒆𝒅 [
𝑳
𝒔]
0.80 10.53 1.56 7.176
Sin embargo, esta aproximación no toma en cuenta las características geométricas y
topográficas del área de localización de la cuenca, por lo cual se toma como cota inferior
del caudal medio real. Los valores reportados por la CAR en el estudio de concesión de
agua incluyen estos factores registrando así un valor promedio de caudal de 14.4 𝐿
𝑠, el
cual es tomado como cota superior. De esta manera se tiene que el caudal medio real
se determina por la siguiente ecuación.
𝑸𝒎𝒆𝒅𝒓 =𝑸𝒎𝒆𝒅𝒎𝒂𝒙
− 𝑸𝒎𝒆𝒅𝒎𝒊𝒏
𝟐
( 29 )
Donde
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑚𝑎𝑥= valor promedio reportado según el estudio de la CAR en [
𝐿
𝑠].
𝑸𝒎𝒆𝒅𝑚𝑖𝑛= valor promedio calculado según la normatividad RAS 002 en [
𝐿
𝑠].
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑟= caudal medio real en [𝐿
𝑠].
Tabla 21. Caudal medio real.
𝑸𝒎𝒆𝒅𝒎𝒂𝒙 [
𝑳
𝒔] 𝑸𝒎𝒆𝒅𝒎𝒊𝒏
[𝑳
𝒔] 𝑸𝒎𝒆𝒅𝒓 [
𝑳
𝒔]
14.4 7.176 10.79
37
Diseño hidráulico y geométrico del sistema de captación
2.3.4.1. Tipo de captación
Dadas las condiciones del terreno dentro del afluente natural, y la variabilidad del nivel
del agua a lo largo del año. Como resultado de los cambios ambientales de temperatura
y precipitación. Se opta por tener un sistema sumergido, el cual garantice un flujo
constante ininterrumpido sin importar las condiciones descritas anteriormente. Para ello
se siguen una serie de recomendaciones enunciadas en la normatividad RAS Titulo B
Sistemas de Acueducto, donde se recomienda que la zona de captación posea una
pendiente estructural mínima de 0.04°, de manera que la bocatoma no entre en contacto
con lodos o rocas que atenúen o impidan el paso del fluido. Adicionalmente se
recomiendo que el diámetro de esta tubería sea de un valor mínimo de 2 𝑖𝑛, de manera
que se pueda captar la mayor cantidad posible del recurso.
Para el caso de este proyecto se realizó un estudio previo del cambio del nivel del agua
a lo largo del año, basándose en los estudios realizados por la CAR para la concesión
de agua de la vereda, en ellos se encuentra que para el mes de mayor nivel de
precipitación como lo es Mayo el nivel del agua alcanza en promedio los 23 𝑐𝑚 de altura,
lo cual está cerca del valor límite del afluente el cual se encuentra en 27 𝑐𝑚, por el
contrario para el mes de mayor horas de sol reportadas como lo es Diciembre se
encuentra que el nivel del agua alcanza un valor de 18 𝑐𝑚. Este último servirá como cota
máxima para sumergir la bocatoma, ya que por debajo de este valor siempre existirá una
corriente de fluido.
Figura 9. Caja de adaptación.
38
Para el diseño en cuestión se selecciona una medida de 10.8 𝑐𝑚, como el nivel óptimo
máximo que se debe alcanzar, de modo que se deje una superficie libre de 1.2 𝑐𝑚 para
el flujo del agua por el afluente de manera natural. Bajo estos criterios y buscando
información de uno de los principales proveedores de tubería PVC para Colombia, como
lo es PAVCO se encuentra una tubería optima de 3 𝑖𝑛 o 76.2 𝑚𝑚. Sin embargo para
garantizar que el ángulo estructural supere los 0.04° de la norma, se diseña una caja de
conexión entre bocatoma y distribución con un ángulo de 5° (Ver, Figura 10) , ya que no
existen en el mercado codos con un valor inferior a los 30°, de esta manera se evita tener
que realizar adaptaciones no comerciales a la (Ver, Figura 9).
Figura 10. Ángulo de inclinación.
Potabilización
De acuerdo con las características vistas del afluente natural, se reconoce que a lo largo
del año el recurso hídrico presenta variaciones en su homogeneidad, entendiéndose esto
último como la cantidad de elementos viscosos o solidos que puede poseer la corriente.
Es así como en las épocas de diciembre y enero donde se presentan menores
precipitaciones y la altura total de la corriente se encuentra en valores mínimos, se hallan
dentro de los conductos de distribución arenas y rocas pequeñas que en muchos casos
generan taponamientos o daño en maquinaria hidráulica. Adicionalmente a lo largo de
todo el año el agua presenta turbiedad. Es por ello por lo que prever estas condiciones
hace necesario el diseño de sistemas de filtrado que garanticen la integridad del sistema
y minimicen el mantenimiento ocasional de las estructuras, de esta manera se plantean
39
2 sistemas consecutivos utilizados tradicionalmente estos son: rejillas, desarenador y
sedimentador.
2.3.5.1. Rejillas
Estas son utilizadas como primer filtro, ya que funcionan para separar elementos
viscosos y solidos de un tamaño determinado (Ver, Figura 11). A este proceso se le
conoce como filtrado grueso, tradicionalmente se elabora de un metal resistente a la
corrosión y con estructuras removibles o intercambiables para su fácil mantenimiento. A
continuación, se muestra el procedimiento para el cálculo particular de la rejilla de este
proyecto.
Figura 11. Esquema de rejilla. Tomada de: RAS 008.
𝑨𝒓 = (𝒂 + 𝒃)𝑵𝑩 = 𝑳𝑩 ( 30 )
Donde
𝑎= espaciamiento entre atrapamientos [𝑚].
𝑏= longitud de atrapamientos [𝑚].
𝐵= altura de la rejilla [𝑚].
𝐿= longitud de la rejilla [𝑚].
𝑁= numero de espaciamientos.
𝐴𝑟= área de rejilla [𝑚2].
40
𝑨𝟎 = 𝒂𝑩𝑵 ( 31 )
Donde
𝐴0= área de los orificios [𝑚2].
De acuerdo con la normatividad RAS 002 Titulo B Sistemas de Acueducto, se tiene que
la velocidad mínima para los cálculos de este tipo de filtro debe ser de 0.20 𝑚
𝑠,
adicionalmente se toman valores típicos de longitudes de varillas y de espaciamiento de
atrapamientos, teniendo en cuenta que el primero de estos puede ser de diversos tipos
(Ver, Tabla 22), entre los que se encuentran configuraciones circulares, rectas, ovaladas,
entre otras (Ver, Figura 12).
Para el diseño de la rejilla se toma el caudal máximo registrado entregado por la cuenca
en cualquier mes del año, el cual se estima en un valor de 17.01 [𝐿
𝑠], y el alto de la rejilla
(𝐵) se especifica como el valor máximo de altura que se registra del afluente el cual es
de 35 𝑐𝑚. De esta manera se sigue el procedimiento mostrado a continuación:
Tabla 22. Características de la rejilla.
𝒂 [𝒎] 𝒃 [𝒎] 𝑽𝒓 [𝒎
𝒔] 𝑩 [𝒎]
0.0213 0.0127 0.20 0.35
Figura 12. Formas de barrote de rejillas. Tomada de: RAS Titulo B.
41
Figura 13. Factor de forma.
𝒌𝒎 = 𝜷 (𝒃
𝒂)
𝟏.𝟑𝟑
( 32 )
Donde
𝛽= factor de forma (adimensional. Ver, Figura 13).
𝑏= espesor de la barra en [𝑚].
𝑎= espaciamiento entre atrapamientos en [𝑚].
𝑘𝑚= factor de perdidas en la rejilla (adimensional).
Tabla 23. Perdidas en la rejilla.
𝒃 [𝒎] 𝜷 𝒂 [𝒎] 𝒌𝒎
0.127 1.79 0.02 0.978
𝐴0
𝐴𝑟=
𝑎
𝑎 + 𝑏→ 𝐴0 = 𝐴𝑟 (
𝑎
𝑎 + 𝑏) = 𝐵𝐿 (
𝑎
𝑎 + 𝑏)
𝑄 = 𝑘𝑚𝐴0𝑉𝑟 → 𝐴0 =𝑄
𝑘𝑚𝑉𝑟=
0.01701
0.978(0.2)= 0.08696 𝑚2
0.08696 = (0.35)𝐿 (0.02
0.02 + 0.0127) → 𝐿 = 0.4062 ≈ 41 𝑐𝑚
𝐴0 =𝐵𝐿𝑎
𝑎 + 𝑏=
0.35(0.41)(0.02)
(0.02 + 0.0127)= 0.0878 𝑚2
𝑁 =𝐴0
𝑎𝐵=
0.0878
(0.02)(0.35)= 12.54 ≈ 13 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠
42
𝐴0 = 𝑎𝐵𝑁 = (0.02)(0.35)(13) = 0.091 𝑚2
𝐿𝑟𝑒𝑎𝑙 =0.091(0.02 + 0.0127)
0.35(0.02)= 0.4251 ≈ 43 𝑐𝑚
Dado que la longitud hallada es menor a la correspondiente al canal del afluente, se
incrementará esta hasta un valor de 45 𝑐𝑚 de manera que no queden zonas sin ser
filtradas por la rejilla.
Figura 14. Modelo 3D de la rejilla.
2.3.5.2. Desarenador y sedimentador
Continuando con el proceso de potabilización iniciado con el diseño de la rejilla se hace
uso de una segunda etapa de filtrado y remoción de lodos. Esta consiste en la interacción
conjunta de un desarenador y un sedimentador de manera que posterior a este proceso
el agua se encuentre libre de contaminación por elementos solidos o viscosos presentes
en el canal del afluente, teniendo en cuenta algunos criterios de diseño fundamentales
enunciados en la normatividad RAS Titulo B Sistemas de Acueducto (Ver, Tabla 24),
43
adicionalmente para poder realizar los cálculos de diseño se requiere seleccionar
algunas variables invariantes. Estas se muestran en la Tabla 25.
Este dispositivo consta principalmente de 4 zonas particulares estas son:
• Zona de entrada: estructura hidráulica que permite la distribución uniforme del
fluido dentro del sedimentador.
• Zona de sedimentación: es una estructura tipo canal donde el flujo tiene dirección
horizontal y la velocidad es igual en todos los puntos, de manera que se garantiza
una adecuada sedimentación de las partículas.
• Zona de salida: la constituye principalmente un vertedero, canaletas o tubos con
perforaciones cuya finalidad es redirigir el flujo sin interrumpir la sedimentación de
las partículas ya depositadas.
• Zona de recolección de lodos: la constituye una zona empinada con la finalidad
de depositar los lodos adicionalmente posee tubería y válvulas para realizar una
evacuación periódica de los mismos.
Tabla 24. Criterios de diseño.
Criterio Descripción
Periodo de diseño 8 a 25 años
Número de unidades Mínimo 2
Periodo de operación 24 horas
Tiempo de retención 2 a 4 horas
Relación de las dimensiones de largo y ancho (𝑳
𝑩) 3-6
Pendiente de la transición [12-30]°
Ancho del canal de llegada de transición 𝐵
2< 𝑏 < 𝐵
Pendiente del fondo 10%
44
Tabla 25. Constantes de diseño.
Variables Valor
Caudal de diseño [𝑳
𝒔] 1.43
%Remoción de partículas 87.5
Tamaño de partícula mínimo a remover [𝒄𝒎] [0.02-0.05]
Tiempo de retención [𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒐𝒔] >20
Altura del sistema [𝒎] [0.75-1.50]
Temperatura ambiente promedio [°𝑪] 14
Aceleración gravitacional [𝒄𝒎
𝒔𝟐] 981
Peso específico de la arena 2.65
Peso específico del agua 1
𝑽𝒔 =(𝒇′ − 𝒇)𝒅𝟐𝒈
𝟏𝟖𝝁
( 33 )
Donde
𝑑= diámetro de la partícula a remover [𝑐𝑚].
𝑔= aceleración gravitacional [𝑐𝑚
𝑠2 ].
𝑓′= peso específico de la arena.
𝑓= peso específico del agua.
𝜇= viscosidad cinemática del agua [𝑐𝑚2
𝑠].
𝑉𝑠= velocidad de sedimentación en el sedimentador [𝑐𝑚
𝑠].
Tabla 26. Velocidad de sedimentación.
𝝁 [𝒄𝒎
𝒔𝟐] 𝑽𝒔 [
𝒄𝒎
𝒔]
0.0176 0.128
45
𝒕𝒓 =𝒉
𝑽𝒔
( 34 )
Donde
ℎ= altura efectiva [𝑚𝑚].
𝑉𝑠= velocidad de sedimentación [𝑚𝑚
𝑠].
𝑡𝑟= tiempo de retención del fluido en el dispositivo [ℎ].
Tabla 27. Tiempo de retención.
𝒉 [𝒎] 𝒕𝒓 [𝒉]
1.50 0.33
𝑉𝑠1 =𝑔(𝜌𝑠 − 𝜌𝑤)𝑑𝑠
2
18𝜇=
981(2.65 − 1)(0.022)
18(0.0176)= 2.04
𝑐𝑚
𝑠 (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎)
Donde
𝑑𝑠= tamaño mínimo de partícula en el desarenador [𝑐𝑚].
𝑉𝑠1= velocidad de sedimentación en el desarenador
𝑅𝑒 =𝑉𝑠1𝑑𝑠
𝜇=
2.04(0.02)
0.0176= 2.32 > 0.5 (𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑡𝑜𝑘𝑒𝑠)
Luego de realizar la comprobación anterior para que el sistema no caiga en la zona de
Stokes se procede a calcular la velocidad de sedimentación nuevamente, esta se obtiene
por medio de la gráfica de velocidad de sedimentación (Ver, anexos). Posteriormente se
verifica de nuevo el número de Reynolds de manera que si este se encuentra en la zona
de transición (ley de Allen), se requiere hallar un coeficiente de arrastre 𝐶𝐷, que permita
obtener la velocidad real de sedimentación que experimentara la partícula.
𝑑 [𝑔(𝜌𝑠 − 1)
𝜇2]
13
= 3.47
46
𝑉𝑠
[𝑔(𝜌𝑠 − 1)𝜇]13
= 0.42 → 𝑉𝑠 = 1.28 𝑐𝑚
𝑠
𝑅𝑒 =2.30(0.02)
0.0176= 1.45 > 0.5
𝐶𝐷 =24
𝑅𝑒+
3
√𝑅𝑒+ 0.34 = 19.38
𝑉𝑠𝑟𝑒𝑎𝑙= [
4
3(
𝑔
𝐶𝐷
(𝜌𝑠 − 1)𝑑𝑠)]0.5
= 1.49 𝑐𝑚
𝑠 (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑎𝑙)
Tabla 28. Velocidades de sedimentación.
𝑽𝒔 [𝒄𝒎
𝒔] 𝑽𝒔𝟏 [
𝒄𝒎
𝒔] 𝒕𝒆𝒐𝒓í𝒄𝒂 𝑽𝒔 [
𝒄𝒎
𝒔] 𝒓𝒆𝒂𝒍
12.8 2.04 1.49
Utilizando el porcentaje de remoción asumido de 87.5% y considerando que el sistema
tendrá un buen comportamiento 𝑛 = 1/3, a partir del grafico de curvas de
comportamiento (Ver, anexos). Se tiene un factor de seguridad de 3.3. de manera que
se obtiene un área superficial como sigue:
𝑉𝑠′ =
𝑄′(𝐹. 𝑆)
𝐴𝑠𝑢𝑝→ 𝐴𝑠𝑢𝑝 =
𝑄′(𝐹. 𝑆)
𝑉𝑠′= 3.77 𝑚2
Posterior a ello utilizando la recomendación del RAS Titulo B Sistemas de Acueducto,
sobre las dimensiones generales del dispositivo donde se especifica que el largo debe
ser 4 veces el ancho, la altura efectiva como 1.5 𝑚 y una profundidad mínima de 0.8 𝑚.
Luego la velocidad horizontal de la partícula está dada por:
𝑉ℎ =𝑄
𝐵ℎ=
0.01701
1(0.8)= 2.13
𝑐𝑚
𝑠
Para el valor de rugosidad de la cámara se toma un coeficiente de Darcy promedio de
𝑓 = 0.021, y un factor de forma para arenas unigranulares 𝑘 = 0.04. Con lo cual se
determina la velocidad de desplazamiento o suspensión en la cámara como sigue
47
𝑉𝑑 = √8𝑘
𝑓𝑔(𝜌𝑠 − 1)𝑑 = √
8(0.04)
0.021(981)(2.65 − 1)(0.02) = 22.21
𝑐𝑚
𝑠
Con el resultado anterior se puede concluir que no existirá resuspensión, entendiéndose
esto último como el fenómeno donde las partículas quedan inmersas en el fluido y no se
sedimentan. Dado que 𝑉𝑑 > 𝑉ℎ, se determina entonces una longitud del tramo de
transición, seleccionando un ángulo de divergencia y ancho del canal de llegada a la
transición de acuerdo con lo enunciado en la Tabla 24.
𝐿 =𝐵 − 𝑏
2𝑡𝑎𝑛𝜃=
1 − 0.8
2tan (12)= 0.47 ≈ 47 𝑐𝑚
Terminados los cálculos anteriores se conoce el dimensionamiento general del
dispositivo. Sin embargo, no se conoce las dimensiones generales la etapa de
sedimentación y la etapa del desarenador. Para ello dado que la etapa de sedimentación
es la primera dentro del dispositivo se dimensiona esta, con las restricciones ya
establecidas por los cálculos realizados anteriormente, de esta manera se tiene que:
Tabla 29. Valores de diseño.
Caudal de diseño [𝒎𝟑
𝒔] 𝑽𝒔 [
𝒎
𝒔]
0.01701 0.0149
Se determina el área superficial de la unidad
𝐴𝑠 =𝑄
𝑉𝑠=
0.01701
0.0149= 1.15 𝑚2
Se asume un ancho para el sedimentador en este caso, se toma el valor objetivo que se
asumió anteriormente para el elemento completo el cual corresponde a 𝐵 = 1 𝑚 y se
determina la longitud de la zona de esta unidad
𝐿𝑠 =𝐴𝑠
𝐵=
1.15
1= 1.15 𝑚
48
De acuerdo con la normatividad debe existir un espacio de separación entre la entrada y
la pantalla difusora, esta última es utilizada para garantizar un flujo uniforme a la entrada
del sedimentador de manera que la velocidad sea constante en cualquier punto de la
entrada. Dicho valor debe estar comprendido entre 0.5 < 𝑆 < 1, para el caso de este
diseño se toma un valor de 0.8 𝑚, de manera que la longitud completa de la unidad de
sedimentación debe ser de
𝐿𝑠 + 0.7 = 1.15 + 0.8 = 1.95 ≈ 2𝑚
Posterior a ello se verifica la velocidad horizontal promedio, utilizando el valor de altura
efectiva recomendado por la normatividad RAS Titulo B Sistemas de Acueducto donde
se especifica la altura efectiva como 𝐻 = 1.5 𝑚.
𝑉ℎ =100𝑄
𝐵𝐻=
100(0.01701)
1(1.5)= 1.134
𝑐𝑚
𝑠
Con una pendiente en el fondo de 10%, la altura máxima de la unidad será de:
𝐻𝑠 = 𝐻 + 0.1𝐻 = 1.5 + 0.1(1.5) = 1.65 𝑚
Para conocer la altura del agua sobre la zona del vertedero o zona de transición se tiene
que:
𝐻𝑏 = [𝑄
1.84𝐵]
23
= [0.01701
1.84(1)]
23
= 0.044 𝑚 = 4.4 𝑐𝑚
Finalmente, para la pantalla difusora se toma una velocidad máxima de acuerdo con la
normatividad RAS Titulo B Sistemas de acueducto, donde se enuncia que la velocidad
de transición mínima debe tener un valor 𝑉𝑡 = 0.1 𝑚
𝑠 , de esta manera es posible hallar el
número de orificios como sigue:
𝐴𝑜 =𝑄
𝑉𝑡=
0.01701
0.3= 0.0567 𝑚2
Se adopta un tamaño promedio de diámetro de orificio 𝜙 = 0.04 𝑐𝑚, lo que da un área
de 𝑎𝑜 = 0.00126 𝑚2, de esta manera se tiene que la cantidad de orificios necesarios en
la pantalla difusora es de:
49
𝑁 =𝐴𝑜
𝑎𝑜=
0.0567
0.00126= 45
Dado que el ancho total del sistema corresponde a 1 m, se restringe el número de orificios
a más de una hilera, ya que de acuerdo con el diámetro seleccionado la dimensión total
seria 180 cm lo que excede el valor nominal del sistema. Por lo cual se busca una
configuración de 9 columnas con filas de 5 orificios, cada orificio separado 117 mm
horizontalmente entre sí (distancia de centro a centro), adicionalmente se deberá
conocer la altura de la pantalla por lo que se tiene
ℎ = 𝐻 −2𝐻
5= 0.9 𝑚
De esta manera se determina la distancia vertical entre centros para cada fila de orificios
esta corresponde a un valor de 140 mm, tomando de igual manera la misma distancia
desde la superficie superior de la pared al centro de la primera fila de orificios, con lo cual
se obtiene un total de 840 mm, donde los restantes 60 serán complemento para la base
del desarenador. (Ver, Figura 15).
Figura 15. Orificios de la pantalla.
50
por último, conociendo las dimensiones de cada unidad se procede hacer el modelo 3D
del sistema completo el cual se puede ver en las Figura 16 y Figura 17.
Figura 16. Diseño interior del desarenador.
Figura 17. Desarenador.
51
Diseño del tanque de almacenamiento y compensación
Posterior al proceso de potabilización, se recomienda usar algún tipo de sistema de
almacenamiento del recurso hídrico, esto con el fin de garantizar que la vereda pueda
suplir la demanda diaria en caso de eventualidades naturales que afecten la afluente o
las estructuras de la bocatoma y el desarenador. Adicionalmente este sistema permitirá
almacenar el agua posterior a su proceso de filtrado garantizando de igual manera la
calidad del recurso a distribuir. Para poder realizar este diseño, previamente se realizó
un estudio de la demanda a lo largo de un día para la población, basándose en el estudio
elaborado por la CAR para la concesión de agua del sector (Ver, Figura 18). En esta se
identifican que las franjas horarias comprendidas entre [6-8am] y [1-3pm] presentan los
índices más altos de consumo, en contraste con la franja de [11pm-4am] donde los
valores son relativamente bajos.
Figura 18. Demanda.
Paralelamente al estudio anterior se caracteriza la entrada promedio de caudal entregada
por el afluente en el punto más alto de la vereda (Ver, Figura 19). Con los datos
registrados se hace un balance de volumen entre la entrada promedio referida al caudal
estudiado y la demanda o salida a las diferentes horas del día, de esta manera iterando
0
50
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Vo
lum
en d
e d
eman
da
dia
ria
[L]
Hora del dia
52
para diferentes volúmenes de tanques comerciales (Ver, anexos) se obtiene la capacidad
mínima que este debe tener para abastecer la operación durante 24 horas (Ver, Tabla
31). Sin embargo, teniendo en cuenta que con un volumen de 5000 L apenas queda algo
de capacidad para el siguiente día, se decide optar por tener un tanque de reserva, el
cual garantice la autonomía del sistema, aun si este no cuenta con un caudal de entrada.
Esto como medida preventiva en caso de eventualidades funcionales o ambientales que
alteren la distribución continua del recurso hídrico como sequias, daños estructurales,
taponamientos, etc. De esta manera se plantean una serie de escenarios temporales
para el diseño del tanque basados en el volumen mínimo determinado con anterioridad
y tomando en cuenta las características espaciales de la infraestructura disponible dentro
de la vereda para la disposición del tanque, donde se tienen restricciones de ancho con
un valor máximo de 10 m y de largo con un valor máximo de 8 m. Para el caso de la
altura no se dispone de una cota por lo que es libre para la adecuación de las
necesidades particulares del dispositivo.
Tabla 30. Volumen del tanque de reserva.
Periodo de autonomía
[𝒅í𝒂𝒔]
Volumen del tanque
[𝑳]
Dimensiones generales
[𝑳𝒂𝒓𝒈𝒐 ∗ 𝑨𝒏𝒄𝒉𝒐 ∗ 𝑨𝒍𝒕𝒐]
7 35000 3m x 3m x 5m
15 75000 5m x 3m x 5m
20 100000 4m x 5m x 5m
Utilizando alguno de los sistemas descritos anteriormente se garantiza una distribución
continua del recurso hídrico. Sin embargo, dado que se tiene un flujo constante de
entrada en el mejor de los casos dadas las características naturales del afluente, se debe
adoptar un sistema de control sobre el nivel del tanque de manera que no se capte fluido
adicional que no es requerido para la operación de distribución, esto con el fin de cumplir
con la normatividad RAS 002 donde se especifica que los afluentes naturales deben
captar el recurso solo cuando este se requiera y no continuamente, adicionalmente de
que se debe dejar cerca del 25% del afluente fluir libremente a lo largo del canal natural.
53
El control consistirá en una válvula reguladora de presión que garantiza un nivel de
cabeza hidrostática fijo dentro del tanque, el cual determina en que momento permite la
entrada de flujo para un proceso de llenado, el cual se caracterizará por ser intermitente
a lo largo del día. De esta manera se garantiza un balance hídrico entre el recurso
utilizado y aquel que debe circular naturalmente.
Tabla 31. Caudal promedio.
Volumen comercial [𝑳] Nivel esperado del tanque luego de 24h [𝑳]
1250 -2617
2000 -1618
5000 1382
Figura 19. Caudal promedio.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
QM
H [
L/s]
Hora del día
54
Diseño de la red de distribución
2.3.7.1. Sistema actual en EPANET 2.0 y diseño de la red de distribución
Con el fin de poder evaluar la situación del sistema actual de distribución implementado
en la vereda, se hace uso de un modelado computacional en el software EPANET 2.0,
el cual permite simular sistemas en tiempo real con el fin de conocer el comportamiento
de estos bajo características particulares de topografía, infraestructura, demanda y
calidad de los recursos hídricos. Cabe resaltar que los dos últimos aspectos
mencionados ya fueron trabajados con anterioridad particularmente en el proceso de
diseño del tanque de distribución y almacenamiento.
Para el caso particular de la vereda de estudio se procede en primer lugar a realizar la
caracterización del terreno o estudio topográfico, para este se recorre la ruta de
distribución, identificando los puntos de entrega del recurso, longitud total del trayecto,
altura sobre el nivel del mar de la bocatoma, distancia entre el punto más alto de la vereda
y la cuenca hidrográfica y el número de ramificaciones de la red (Ver, Tabla 32 y Tabla
33). Estos datos fueron obtenidos a través de una visita de campo a la vereda donde con
la ayuda de dispositivos GPS y herramientas análogas de medición como cintas
métricas, además del acompañamiento y guía de los residentes del sector se pudieron
identificar y cuantificar cada una de las variables de interés.
Figura 20. Panorámica de la vereda.
55
Tabla 32. Características topográficas.
Longitud total del
trayecto [𝒎]
Bocatoma
[M.S.N.M]
Distancia de la vereda
a la cuenca [𝒎] #Ramificaciones
1097 2950 800 2
Tabla 33. Altitud de los puntos de entrega.
Punto de entrega Altura M.S.N.M
1 2851
2 2840
3 2829
4 2818
5 2807
6 2800
7 2781
8 2767
9 2751
10 2739
11 2731
12 2851
13 2838
14 2827
15 2819
16 2799
17 2786
18 2773
19 2766
20 2760
21 2740
22 2725
23 2861
56
Continuando con el proceso de recolección de información, paralelo al estudio
topográfico se hace una evaluación de la infraestructura actual con la que cuenta la
vereda esta consiste principalmente en determinar el tipo de sistema de adquisición y
distribución utilizados (tubería, tanques y filtros), adicionalmente de zonas construidas o
delimitadas para el uso específico de la red implementada (Ver, Tabla 34). Allí se
identifican que a lo largo de todo el trayecto se utiliza tubería de 33 mm, esta sin embargo
no se usa como elemento de captación sino únicamente de distribución y no existe una
conexión o red matriz que distribuya el fluido a lo largo de la vereda. Por lo que cada
vivienda cuenta con un sistema independiente, a pesar de ello coinciden en el tipo de
tubería y el diámetro de estas, adicionalmente utilizan el mismo sistema de captación ya
que para acceder al recurso cada vivienda cuenta con mangueras sumergidas a lo largo
del afluente natural. Finalmente se identifica que no se cuenta con zonas de filtrado pero
si con áreas delimitadas o construidas, estas principalmente son zonas de estaciones
bombeo (Ver, Figura 21) para los predios que se encuentran en el sector opuesto a donde
circula el canal natural de la cuenca, de acuerdo a los relatos de los habitantes estas
fueron instaladas dado que en el sistema actual el fluido no llega por gravedad a sus
predios por lo que utilizan las bombas para acceder a este y almacenarlo en tanques de
polietileno para su posterior uso.
Figura 21. Bombas utilizadas en la vereda.
57
Tabla 34. Características de la infraestructura.
Tubería Tanques Zonas delimitadas
Material Diámetro [𝑚𝑚] Material Diámetro [𝑚] Filtro Áreas construidas
PVC 33 Polietileno 2.15 NO SI
A partir de la información recolectada se desarrolló el modelo computacional de manera
que se pudiera caracterizar el comportamiento del sistema actual sin el uso de accesorios
como bombas, tanques o válvulas que mejoraran el funcionamiento (Ver, Figura 24). Al
correr la simulación, inmediatamente el software genera un mensaje de alerta (Ver,
Figura 22) en el cual se informa que hay problemas con la solución la red modelada ya
que esta reporta presiones negativas (Ver, Figura 23), lo que es inadmisible si se quiere
un funcionamiento adecuado por gravedad de la red. De esta manera se confirma el
porqué, ciertos habitantes de la vereda utilizan accesorios como bombas para garantizar
que el recurso hídrico llegue a sus predios y por tal motivo la necesidad de sistemas de
almacenamiento para no tener una operación continua de estos, los cuales incrementan
sus gastos mensuales y anuales de manutención.
Figura 22. Problema del sistema actual.
58
Figura 23. Reporte de error.
Figura 24. Configuración actual del sistema.
Dado que el objetivo es diseñar un sistema de distribución por gravedad, se modela un
cambio de configuración de la red actual de manera que esta no presente presiones
negativas, para ello se aprovechan las condiciones topográficas del terreno pasando de
tener una ramificación a tener dos ramificaciones, donde el fluido alimente
independientemente cada una de las zonas de la vereda. Sin embargo, estos sistemas
no deben ser aislados uno del otro por lo que se implementa una matriz de distribución
haciendo uso de un nodo común, el cual garantice un flujo constante para ambas
ramificaciones y limite el uso de dispositivos de bombeo (Ver, Figura 25).
Al modelar e implementar este sistema el software no genera alertas y resuelve
satisfactoriamente la red, pudiendo así tener una primera caracterización del sistema, al
generar los informes que permiten tener detalladamente cómo se comporta cada punto
de la red se encuentra que las presiones están fuera del rango estipulado por la
normatividad RAS, ya que estas deben satisfacer una cabeza hidrostática de al menos
59
10 m entre cada punto de interés, adicionalmente se encuentran velocidades de
operación inferiores a 0.2 m/s. Sin embargo, esto no se da en toda la red solo en algunos
nodos particulares, los resultados de estos se muestran a continuación
Tabla 35. Nodos con problemas.
Nodo Velocidad [𝒎
𝒔] Cabeza hidrostática [𝒎]
N11 0.15 8
N6 0.23 7
N15 0.78 8
N20 0.5 6
Figura 25. Modelo unificado.
Dadas las condiciones de estos nodos inicialmente no se cumplía el objetivo de una red
acorde a la normatividad establecida por el RAS para acueductos rurales. A partir de un
análisis de toda la red, se encuentra que la cabeza hidrostática depende principalmente
de la altitud a la que se encuentra cada nodo por lo que diferencia entre uno y otro debe
ser de 10 m o superior, por esta razón se modifica la posición del punto de recaudo de
los nodos en cuestión garantizando la diferencia anteriormente descrita asegurándose
que las nuevas posiciones se conserven dentro de cada uno de los predios
correspondientes de manera que no interfieran en zonas privadas donde se pueda
dificultar recolectar el recurso. Para el caso de la velocidad se nota que esta depende
fuertemente del diámetro de la tubería, inicialmente esta se configuro con un valor por
defecto de 45 mm, posterior a los ajustes realizados se unifico el sistema con una tubería
60
completa de 33 mm, aprovechando que esta se tiene dentro de cada uno de los predios
ya instalada para funcionar con el sistema actual. De esta manera se vuelve a simular al
sistema obteniendo los resultados de la Tabla 36, para los nodos que presentaron
problemas anteriormente, allí donde se evidencia que se cumple la normatividad técnica
para acueductos rurales.
Tabla 36. Nuevos datos de cabeza y velocidad.
Nodo Altitud inicial
[M.S.N.M]
Altitud final
[M.S.N.M]
Nueva cabeza
hidrostática [𝒎]
Velocidad
[𝒎
𝒔]
N11 2731 2725 14 0.23
N6 2800 2794 13 0.46
N15 2819 2816 11 1.2
N20 2760 2754 12 0.62
2.3.7.2. Modelo final en EPANET 2.0
Para la realización del modelo definitivo de la red de distribución, se hace uso de la
metodología de ramificaciones elaborada en el literal anterior. Adicionalmente se incluye
el sistema de control de llenado y vaciado del tanque de distribución por medio del uso
de una válvula de flotador introducida directamente dentro del tanque, este tendrá una
altura de 5 m tal como se especificó en el apartado de diseño del mismo en este
documento, con lo cual se garantiza un nivel fijo mínimo de 3.5 m donde el dispositivo
abrirá la válvula y permitirá el ingreso del recurso hídrico, iniciando el proceso de llenado
hasta un nivel de 4.5 m, donde la válvula será cerrada, de manera que el caudal restante
fluya libremente por el afluente natural, garantizando de esta manera el cumplimiento
con la normatividad RAS Titulo B Sistemas de Acueducto, donde se especifica que el
caudal utilizado debe ser intermitente de manera que al menos un 25% del caudal no
tenga ocupación fija dentro del sistema, y sea utilizado para procesos naturales.
Adicionalmente, se deja una superficie libre de 0.5 m para cumplir los requerimientos
técnicos mínimos de acuerdo con la misma normatividad.
61
Para poder realizar de manera correcta la simulación, se deben incluir los comandos de
control asociados a la implementación de una válvula reguladora de presión la cual
emulara el comportamiento del sistema de flotador que se instalara dentro del tanque de
distribución. Estos consisten en generar la operación de llenado y vaciado del tanque a
partir de los niveles de referencia seleccionados (Ver, Figura 26). De manera que el
sistema automáticamente emula la situación de operación real deseada en el tanque de
abastecimiento de la red, tal como se evidencia en la Figura 27 donde se observa el
proceso descrito a lo largo del tiempo iniciando los procesos deseados en los límites
establecidos anteriormente como modelo de ejemplo del sistema con un tanque de 5000
L, para el caso de operación real se toma la alternativa de mayor capacidad presentada
en literales anteriores, en esta caso sería de 100000 L, con lo cual se esperaría que al
descender 1 m de la capacidad se gasten 20000 L dadas las características geométricas
del tanque. Si se espera que un día de operación consuma 5000 L entonces esta caída
en el nivel debería tardar aproximadamente 96 horas en darse tal como se ve en la Figura
28.
Figura 26. Control.
62
Figura 27. Llenado y vaciado del tanque.
Figura 28. Descenso real del nivel del tanque.
Finalmente, para el diseño definitivo en EPANET, se configura tubería de 33 mm, valor
definido previamente de acuerdo con la infraestructura hallada en la vereda de aplicación
de este proyecto con lo cual se tiene una rugosidad de 0.015 para el caso del PVC (Ver,
anexos). Adicionalmente se incluyen los valores de altitud y longitud de cada uno de los
predios corregidos de acuerdo con la red implementada en el literal anterior, la cual se
caracteriza por poseer 2 ramificaciones para garantizar las condiciones de cabeza
hidrostática, y poseer un nodo común donde se instalará la cámara principal de
distribución de caudal de manera que el recurso sea equitativo para cada una de las
ramificaciones. Además de modelar la cuenca hidrográfica y el trayecto del fluido hasta
llegar a la parte más alta de la vereda (Ver, Figura 29).
63
Figura 29. Modelado de la cuenca.
Figura 30. Parte de la red de distribución.
2.3.7.3. Cámaras de distribución de caudal
Como se mencionó anteriormente en el diseño de la red de distribución, para aprovechar
las condiciones topográficas de la vereda se unifico el sistema, por medio de un matriz o
nodo central el cual reparte el flujo entre las dos ramificaciones planteadas en la red.
Para que este flujo sea equitativo se utiliza una caja de distribución de caudal la cual, por
medio de un diseño de cámaras y secciones de salida, garantiza una cantidad fija de
64
fluido de manera que no sobrepase un valor previamente definido. El caudal utilizado
para los cálculos será aquel determinado por la simulación realizada en EPANET 2.0
para el diseño final de la red de distribución, donde se incluyen elementos como válvulas
tanques y fuente de abastecimiento, así como el comportamiento horario de acuerdo con
la demanda del sector. Este tiene un valor máximo de 4.90 L/s el cual es inferior al valor
medio teórico previamente calculado que entrega la cuenca de 7.18 L/s. De esta manera
dado que se tienen en el diseño 2 ramificaciones que reparte equitativamente este valor,
el resultado es un valor máximo de caudal de 2.45 L/s para cada ramificación, siendo
este valor superior al QMD (2.30 L/s) que satisface la demanda de la vereda. Esto último
con el fin de garantizar que cuando se presenten eventualidades climáticas que afectan
el valor nominal entregado por la cuenca, este siempre sea superior al valor requerido
de operación que corresponde al nombrado anteriormente. El diseño de este se muestra
a continuación basado en la normatividad RAS Titulo B Acueductos rurales.
𝑸 =𝑪𝒆𝟖
𝟏𝟓√𝟐𝒈 𝐭𝐚𝐧 (
𝜽
𝟐) (𝒉𝟏 + 𝑲𝒉)𝟐.𝟓
( 35 )
Donde
𝑄= caudal [𝑚3
𝑠].
𝑔= aceleración gravitacional [𝑚
𝑠2].
ℎ1= altura del nivel del agua [𝑚].
𝐶𝑒= coeficiente en función del ángulo de entrada 𝜃.
𝐾ℎ= coeficiente de perdidas en función del ángulo de entrada 𝜃 medido en [𝑚].
Para el caso de estudio se asume que el ángulo de entrada 𝜃 es igual a 90° dado que se
quiere que el fluido entre perpendicular a la caja, del mismo modo se itera con un
diámetro de entrada de 33 m el cual se seleccionó previamente dada la infraestructura
con la que cuenta la vereda. De esta manera se obtienen las dimensiones generales del
dispositivo principal que repartirá el caudal en las dos ramificaciones (Ver, Tabla 38).
65
Tabla 37. Datos de entrada de la cámara.
QMD SUB SISTEMA 1 Qmd1 = 2.300 L/s
DIÁMETRO DE INGRESO AL SISTEMA 1 Dti = 1 1/3 in
DEFINIDO PREVIAMENTE SI ϴ = 90.0
Ce DE TABLAS Ce = 0.5785
Kh DE TABLAS Kh = 0.0008
ALTURA DEL NIVEL DE AGUA h1 = 0.050
CAUDAL DE SALIDA m^3/s Qmd1 = 0.002300
ANGULO DEL VERTEDERO EN GRADOS ϴ = 141
.
Tabla 38. Dimensiones de la caja.
DISTANCIA ENTRE EL FONDO Y EL VERTICE h2 mayor 2*h1 h2 = 0.450 m
ALTURA TOTAL DE LA CAJA BORDO LIBRE MIN 0.4 m H = 1.000 m
SECCIÓN MÍNIMA LADO L = 1.200 m
ANCHO DE LA CAJA B mayor 5*h1 B = 0.650 m
Tabla 39. Cajas para punto de recaudo.
DISTANCIA ENTRE EL FONDO Y EL VERTICE h2 mayor 2*h1 h2 = 0.35 m
ALTURA TOTAL DE LA CAJA BORDO LIBRE MIN 0.4 m H = 0.75 m
SECCIÓN MÍNIMA LADO L = 0.90 m
ANCHO DE LA CAJA B mayor 5*h1 B = 0.875 m
Adicional a ello se propone la elaboración de una caja reguladora de caudal para cada
punto de recaudo, de manera que se garantice el valor nominal de flujo aprobado por
parte de la CAR en la concesión de agua para la vereda. Para ello se utilizarán unas
dimensiones y geometría comunes estas consistirán en orificios rectangulares de
longitud de 30 cm, su velocidad y altura dependerán del punto de recaudo particular. La
primera de estas variables se determina a partir de la simulación realizada en EPANET
2.0, la segunda como producto de la definición de caudal. Los resultados de estos
cálculos se pueden ver en la Tabla 40.
𝑄 = ℎ𝐿𝑉 [𝑚3
𝑠]
66
Tabla 40. Orificio para cajas de recaudo.
Q [m^3/s] V [m/s] L [m] h [m]
0.15 2.57
0.3
0.194553
0.13 2.5 0.173333
0.12 2.1 0.190476
0.109 2.08 0.174679
0.081 2.06 0.131068
0.078 2.03 0.128079
0.078 1.87 0.139037
0.074 1.64 0.150407
0.063 1.5 0.14
0.058 1.48 0.130631
0.058 1.4 0.138095
0.056 1.31 0.142494
0.052 1.15 0.150725
0.052 1.11 0.156156
0.042 0.98 0.142857
0.041 0.94 0.14539
0.041 0.92 0.148551
0.038 0.82 0.154472
0.031 0.74 0.13964
0.029 0.65 0.148718
0.027 0.55 0.163636
0.026 0.45 0.192593
0.023 0.42 0.18254
A manera ilustrativa se presenta un modelo 3D de una de las cajas desarrolladas para
este proyecto en particular (Ver, Figura 31). Allí se evidencian dos cámaras, la primera
de ellas corresponde a la zona de admisión del caudal, proveniente de la red de
distribución, seguido a ello pasa por un vertedero con un ángulo de diseño de manera
que se optimice el tiempo de distribución del fluido para el punto de recaudo de manera
que la cámara de contigua se llene lo más rápido posible. Por último, el fluido atraviesa
una geometría rectangular, correspondiente al regulador de caudal para el punto de
recaudo, allí se conecta la tubería del predio a donde se llevará el recurso hídrico de
manera que se garantice la cantidad de flujo autorizada por la CAR. En la Figura 32 se
representa el mismo modelo, pero en una vista realista, la cual corresponde al modelo
definitivo que será implementado para este proyecto.
67
Figura 31. Diseño interior de la caja de caudales.
Figura 32. Caja de caudales.
Presupuesto de construcción del sistema de acueducto rural
2.3.8.1. Costo del proyecto
Tomando en cuenta cada una de las fases previas desarrolladas a lo largo de este
documento, se presentan 3 escenarios de posible aplicación del diseño realizado. Esto
como metodología de selección para los beneficiarios de este, ya que cada una de estas
posee diferentes características y costos asociados, que dependen de la complejidad,
confiabilidad y seguridad de la red. Estos escenarios se presentan a continuación:
68
1) Complejidad alta: consiste en la implementación de los sistemas de filtrado
(desarenador, sedimentador y rejillas), cajas de distribución de caudal (colectivas
e individuales), tanque de distribución de 5000 L y de reserva de 100000 L, por
último, una red de distribución completa, entendiéndose esto como un sistema
completo de tubería (cuenca y red de distribución).
2) Complejidad media: consiste en la implementación de los sistemas de caja de
caudal colectiva, tanque de distribución de 5000 L y de reserva de 75000 L,
sistema de filtrado (desarenador y sedimentador) y sistema de tubería completo
solo para la red de distribución.
3) Complejidad baja: consiste en la implementación de los sistemas de cajas de
caudal individual, tanque de distribución de 5000 L y de reserva de 35000 L,
sistema de filtrado (desarenador y sedimentador) y sistema de tubería completo
solo para la red de distribución.
Para poder realizar el balance financiero de cada uno de ellos, previamente se define el
costo asociado a la elaboración individual de cada uno de los sistemas de manera que
se facilite el costo total de cada una de las opciones, de esta manera se tiene para cada
subsistema:
• Rejillas
Tabla 41. Costo de rejilla.
Material Cantidad Costo
Varilla de 0.5 in (fundición blanca al cromo Cr) con longitud
igual a 35 cm. 11 $300.000
Estructura de soporte para 11 varillas (45 cm x 35 cm) en
madera o cromo. 1 $50.000
Total $350.000
69
• Desarenador y sedimentador
Tabla 42. Costo del desarenador.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bulto x 50 kg) 300 kg $123.000
Arena (bulto x 40 kg) 618 kg $63.000
Grava (bulto x ¾ in y 40 kg) 890 kg $90.200
Total $276.200
• Caja colectiva de caudal
Tabla 43. Costo de caja colectiva de caudal.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bulto x 50 kg) 300 kg $123.000
Arena (bulto x 40 kg) 688 kg $69.660
Grava (bulto x ¾ in y 40 kg) 992 kg $100.440
Total $293.100
• Distribución desde la cuenca hasta la vereda
Tabla 44. Costo de la red de la cuenca.
Material Cantidad Costo
Tubería de PVC (1 in x 3 m x 1 U) 80 $3.440.000
Conexiones para tubería de PVC (1 in x 100 U) 80 $62.240
Total $3.502.240
70
• Red de distribución
Tabla 45. Costo de la red de distribución.
Material Cantidad Costo
Tubería de PVC (1 in x 3 m x 1 U) 100 $4.300.000
Conexiones para tubería de PVC (1 in x 100 U) 100 $80.300
Codos de PVC a 45° x 1 in x 1 U 30 $73.440
Total $4.453.740
• Tanque de distribución y reserva de 100000 L
Tabla 46. Costo del tanque de 100000 L.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bultos x 50 kg) 3350 kg $1.373.500
Arena (bulto x 40 kg) 8000 kg $810.000
Grava (bulto x ¾ in x 40 kg) 11450 kg $1.159.312
Tanque de poliuretano capacidad 5000 L 1 $2.667.900
Total $6.010.712
• Tanque de distribución y reserva de 75000 L
Tabla 47. Costo del tanque de 75000 L.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bultos x 50 kg) 2950 kg $1.209.500
Arena (bulto x 40 kg) 7056 kg $714.420
Grava (bulto x ¾ in x 40 kg) 10171 kg $1.029.813
Tanque de poliuretano capacidad 5000 L 1 $2.667.900
Total $5.621.633
71
• Tanque de distribución y reserva de 35000 L
Tabla 48. Costo del tanque de 35000 L.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bultos x 50 kg) 2250 kg $922.500
Arena (bulto x 40 kg) 5292 kg $535.815
Grava (bulto x ¾ in x 40 kg) 7628 kg $772.335
Tanque de poliuretano capacidad 5000 L 1 $2.667.900
Total $4.898.550
• Cajas individuales de caudal
Tabla 49. Costo de las cajas individuales de caudal.
Material Cantidad Costo
Carga de cemento (bultos x 50 kg) 1150 kg $471.500
Arena (bulto x 40 kg) 2484 kg $251.505
Grava (bulto x ¾ in y 40 kg) 4301 kg $435.477
Total $1.158.482
A partir de los costos asociados a cada subsistema es posible determinar el costo total
de aplicación del proyecto incluyendo variables adicionales como, transporte de
materiales y mano de obra de manera que finalmente se tiene que:
Tabla 50. Comparación de opciones de aplicación.
Nivel de
complejidad
Costo de
materiales Transporte
Mano de
obra Total
Baja $9.628.490 $2.000.000 $3.000.000 $14.628.490
Media $10.644.673 $2.000.000 $4.800.000 $17.444.673
Alta $15.594.474 $2.000.000 $6.000.000 $23.594.474
72
Tal como se evidencia en la Tabla 50, a medida que aumenta la complejidad se
incrementa el valor de aplicación del proyecto, esto es resultado de la inclusión de uno o
más subsistemas que dan valor agregado a ciertas etapas dentro de la red como filtrado,
distribución o capacidad. Sin embargo, para cada una de las tres alternativas
presentadas se garantiza el correcto funcionamiento del sistema y el cumplimiento de la
normatividad técnica colombiana para sistemas de acueducto rurales. De esta manera
se deja la decisión final de aplicación por parte de los habitantes del sector, los cuales
bajo su criterio particular definirán cuál de ellas satisface mejor los requerimientos de su
población.
Para financiar el proyecto se propone hacer uso de los recursos de la administración de
la vereda, la cual cuenta en la actualidad con un ahorro por parte de los habitantes de
cerca de 17 millones de pesos, con lo cual se garantiza la implementación del proyecto
sin requerir de dinero extras. Sin embargo, en caso de seleccionar una complejidad alta
se requerirá de una cuota extraordinaria de alrededor de $300.000 por predio, los cuales
se pueden pagar monetariamente o con mano de obra, de manera que se cubra el costo
total de aplicación.
2.3.8.2. Mano de obra
Los costos asociados a la mano de obra mostrados en la Tabla 50, corresponden en el
caso de que se contraten personas ajenas a la vereda. Sin embargo, dado que el objetivo
es reducir costos y dado que la mayoría de las personas son oriundas del sector y
conocen con más detalle la topografía, la climatología y la cuenca de donde proviene el
recurso hídrico, se propone que estas mismas participen activamente en la
implementación del proyecto de manera que se familiaricen con la estructura de este y
conozcan al detalle cada subsistema por si en algún momento se presentan
eventualidades que requieran intervención, como daños eventuales, mal funcionamiento
o deterioro de las estructuras. Esta labor podría ser considerada un aporte de los vecinos
beneficiarios al proyecto para reducir el valor de este y reducir sus aportes particulares
en efectivo. Para ello se hizo un estudio previo de la cantidad de personas calificadas
73
dentro del género masculino de un total de 120 personas, para llevar dicha labor a cabo,
los resultados se muestran en la Figura 33.
Figura 33. Porcentaje de ocupación de los hombres.
En esta gráfica se evidencia que la mayoría de los hombres se dedican al sector de la
agricultura, como era de esperarse dada la economía de la región, mientras que otros
sectores como la piscicultura y la ganadería si bien no presentan porcentajes elevados,
también tienen una ocupación elevada dentro de la vereda. Para el caso del sector de la
construcción se presenta un índice del 15%. Dado que muchos de los habitantes del
sector trabajan en Zipaquirá, mientras otros familiares administran los predios, este
porcentaje representa a 18 personas calificadas, las cuales pueden ayudar activamente
en la aplicación del proyecto de agua. Sin embargo, esta decisión es autónoma y libre
de cualquier tipo de repercusión por lo cual se deja a decisión particular de los habitantes
y a su interés en la aplicabilidad del proyecto.
Seguridad
2.3.9.1. Zonas de alta vulnerabilidad
Dentro de la vereda se identifican una serie de puntos particulares (Ver, Tabla 51 donde
los puntos son índice c, hacen referencia al trayecto desde la cuenca a la parte alta de
60%15%
20%
5%
Agricultores Obreros Ganaderos Piscicultores
74
la vereda) donde la seguridad por riesgos asociados requiere de atención especial,
particularmente porque estas zonas están sujetas a inundaciones o cargas elevadas por
parte de camiones que sacan las cosechas a diario desde los predios. La primera de
estas se debe principalmente a valores de precipitaciones elevadas que aumentan el
nivel del afluente natural, llegando a punto de sobrepasar las dimensiones de este e
inundando parcialmente los terrenos, lo que hace que se vuelvan lodos y dificulte el
acceso a ciertas zonas de la vereda, además de que altere cimientos de estructuras si
estas no se encuentran a una profundidad considerable, preferiblemente superior a 1 m.
La segunda genera típicamente desniveles dentro de la carretera debido a la carga de
los vehículos, adicionalmente que al llover la tierra se vuelve viscosa y acentúa más el
paso de estos, lo que en muchos casos genera fracturas o descubrimiento de las
estructuras enterradas como tubería o desagües. Como medida de contingencia para
estas zonas se proponen dos metodologías o procedimientos seguros, que permitan
mejorar esta deficiencia de manera que se eviten daños prematuros de las estructuras o
mantenimientos previos al tiempo definido para los mismos.
1) Inundaciones: para este aspecto se propone el uso de sistemas de control de
nivel, estos hacen referencia a zanjas auxiliares que permitan encausar el nivel
del agua cuando este sobrepase las dimensiones del afluente, de manera que no
se inunden los terrenos ni las estructuras aledañas a esta zona. Para ello se
sugiere realizar una zanja de al menos 40 cm de profundidad con 35 cm de ancho,
con lo cual se tiene el doble de capacidad para el recurso que fluye de manera
natural. Adicionalmente se sugiere que las estructuras implementadas en la red
de distribución se encuentren al menos a 1 m desde el afluente, y que estas
preferiblemente se encuentren soportadas sobre una plancha de concreto con
canales laterales de manera que el agua nunca llegue a la estructura (Ver, Figura
34 y Figura 35).
75
Figura 34. Zanja lateral.
Figura 35. Plancha.
2) Cargas pesadas: para este aspecto se recomienda utilizar estructuras de hierro
cuadradas de varillas de 3 in de diámetro enterradas, con tapas superior e inferior
en concreto de un espesor aproximado a 12 cm (Ver, Figura 36) de manera que
se aumente la resistencia a cargas compresivas de manera que no se afecte el
terreno y las estructuras subsecuentes que se encuentran por debajo del nivel de
la trocha.
Figura 36. Estructura de soporte.
76
Tabla 51. Puntos de vulnerabilidad.
Punto Altura M.S.N.M. Vulnerabilidad
14 2827 Desniveles en la carretera
1 2851 Desniveles e inundaciones
2c 2920 Inundaciones y desprendimientos del terreno
3c 2880 Inundaciones
Mantenimiento
2.3.10.1. Rejilla
Para esta no se recomienda ningún tipo particular de mantenimiento dado que es un
sistema sencillo, el cual preventivamente requerirá el cambio completo de la pieza del
sistema de ser necesario. Sin embargo, sobre este si se pueden realizar operaciones de
limpieza ya que esta estará sumergida cerca de la bocatoma de la red de la cuenca hacia
la vereda, por lo cual puede acumular desechos dado que es el primer filtrado del
sistema, en algunos casos estos pueden ser demasiado grandes de manera que
interrumpan el flujo constante del recurso hídrico por lo que requerirán de remoción
manual. Para ello se recomienda una supervisión semanal del dispositivo.
2.3.10.2. Desarenador y Sedimentador
Para este se recomienda una intervención quincenal, especialmente para la remoción de
lodos y partículas sementadas en el proceso de filtrado, además de verificar el correcto
funcionamiento del sistema, durante esta etapa se recomienda vaciar completamente el
sistema de manera que las labores de limpieza puedan ser llevadas a cabo más
fácilmente. Esto es posible siempre que el tanque de reserva se encuentre a su máxima
capacidad, de manera que la operación del sistema no sea interrumpida por estas
labores ocasionales. Para realizar correctamente el mantenimiento se sugiere hacer uso
de la compuerta lateral para sacar los lodos, así como de un lavado general del sistema
para evitar acumulación de bacterias, algas hongos o cualquier tipo de agente que afecte
la calidad del agua. Finalmente se sugiere realizar el llenado del desarenador antes de
permitir el paso hacia el tanque de reserva y distribución de la red.
77
2.3.10.3. Red de distribución
Para esta se recomienda una intervención mensual, con la finalidad de remover posibles
partículas o elementos extraños que se hayan filtrado en la red. Para realizar este
procedimiento, se debe desocupar el tanque de distribución (5000 L), así desacoplar las
redes particulares de cada terreno de la matriz central del sistema, de manera que se
puedan acoplar sistemas de bombeos tomando agua de los predios para realizar un
procedimiento de flujo invertido, esto permitirá enviar el fluido hacia el tanque de
distribución donde por efecto de la presión llegara la suciedad o los elementos extraños
que se hayan filtrado en la red, así se hará una purga completa del sistema. Se
recomienda llevar a cabo este procedimiento en horas de la mañana, siendo previamente
informado a la comunidad de manera que estén preparados para el corte temporal del
recurso.
2.3.10.4. Tanque de distribución y de reserva
Para el tanque de reserva se recomienda hacer una intervención trimestral con la
finalidad de remover la posible aparición de algas, hongos o partículas extrañas dentro
del sistema, para ello se debe tener el tanque de distribución a su máxima capacidad, de
modo que se pueda abastecer la demanda de la vereda a lo largo de un día, mientras se
realiza el procedimiento de limpieza, adicionalmente se debe desacoplar el suministro
del recurso proveniente de la cuenca de manera que no entre fluido al desarenador. Se
espera que los trabajos sean llevados a cabo en horas de la mañana y no tomen más de
12 horas, para que esto se cumpla se debe utilizar todo el suministro almacenado en la
reserva tomando en cuenta la capacidad con la que esta cuenta de manera que se realice
el vaciado progresivo del recurso y puedan realizarse las labores enunciadas
anteriormente.
78
2.4. CONCLUSIONES
• Por medio de la realización de un estudio detallado de la vereda se logró identificar
las variables de interés como topografía, tipo de población, demanda, clima entre
otras que permiten formular una necesidad colectiva, como lo es la distribución
del agua, en un proyecto de ingeniería. Para dar cumplimiento de la normatividad
técnica asociada para la implementación de este tipo de sistemas, garantizando
así la confiabilidad y seguridad de este se aplicó está en su totalidad respondiendo
a la necesidad particular de la población.
• De acuerdo con el proceso de diseño desarrollado se usaron metodologías que
permiten garantizar una repartición equitativa del recurso hídrico como los son las
cajas de caudal colectivas e individuales. Esto con el fin de que no se den
situaciones de uso indiscriminado del agua o el aprovechamiento particular para
personas más acaudaladas dentro de la vereda.
• Por medio del diseño de subsistemas se mejoran las condiciones de operación
actuales del suministro de agua dentro de la vereda. Utilizando estrategias de
filtrado, remoción, almacenamiento y suministro de manera que se mitigan
condiciones de mal funcionamiento o mantenimiento previo al estipulado por la
operación de la red, de manera que se reducen gastos de operación y se eleva la
confiabilidad del diseño implementado y la de los usuarios en cuanto al uso
recurrente del sistema.
2.5. RECOMENDACIONES
• Para la aplicación del proyecto se requiere hacer un estudio más detallado de los
costos asociados a los materiales y mano de obra, ya que los cálculos
presentados en este documento se realizaron para el primer semestre de 2018 y
corresponden a valores reportados por las empresas PAVCO y Argos reconocidas
nacionalmente. Sin embargo, no son las únicas que ofrecen los materiales
requeridos en el mercado.
79
• En búsqueda de garantizar un mejor servicio para la comunidad, un aspecto
importante a incluir dentro de los procesos de filtrado es la potabilización del
recurso hídrico, esta se basa en el uso de sustancias químicas para eliminar
agentes biológicos que afectan la salud humana. De esta manera se garantizaría
que el agua es apta para el consumo humanos de acuerdo con la normatividad
estipulada para ello.
• Para futuros trabajos que aborden esta temática, se recomienda ampliar la
cobertura del sistema, de modo que se pueda hacer partícipe la mayor cantidad
posible de habitantes de la región. Esto permitirá abordar temas de control y
vigilancia digital a través de elementos electromecánicos que permitan tener
retroalimentación en tiempo real del funcionamiento de la red y mitigaran daños
ocasionales de esta o mal funcionamiento de esta.
2.6. BIBLIOGRAFIA
[1] Avila, G. S. (1997). Hidráulica General Vol. 1 . Mexico D.F: LIMUSA S.A .
[2] Básico, V. d. (2010). TITULO B Sistemas de Acueducto . Bogotá: Ministerio de
Vivienda, Ciudad y Territorio .
[3] Cimbala, Y. C. (2010). Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones.
México, D.F.: Mc Graw Hill.
[4] Colombia, G. d. (26 de Enero de 2018). MINMINAS gobierno de Colombia .
Obtenido de MINMINAS gobierno de Colombia:
https://www.minminas.gov.co/
[5] José, H. F. (1996). Tratado de la Hidráulica. Madrid: Alambra.
[6] Mataix, C. (1982). Mecanica de Fluidos y Maquinas Hidraulicas . Ciudad de
México : Oxford University Press.
[7] Menon, E. S. (2004). Piping Calculations Manual . Chicago: Mc Graw Hill.
80
[8] Salazar, F. C. (2011). Selección de equipo de bombeo para un sistema de
suministro de agua . Azcapotzalco: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica
y Eléctrica
[9] Tyler, G. H. (1976). Bombas, selección y aplicación . Ciudad de México:
Continental .
[10] Burton, J. D. & Loboguerrero J. (1987). Bombas Rotodinámicas y de
desplazamiento positivo . Bogotá: Universidad de los Andes .
[11] White, F. (1982). Fluid Mechanics . Ciudad de México : McGraw Hill.
81
CAPITULO III
ANEXOS
3.1. GENERACIÓN DE INFORMES
Plano de la zona
82
Memorias de calculo
Calculo de la capacidad mínima del tanque de distribución.
Para determinar la capacidad mínima que debe abastecer el sistema en un día de
operación, se tomaron en cuenta dos factores principales: el primero de ellos es el caudal
mínimo diario que puede otorgar la cuenca que abastece el sistema, ya que este será la
entrada neta en los tanques y determinara el valor final de altura disponible. El segundo
83
factor es la demanda horaria de la vereda la cual cambia a lo largo del día y determina
así mismo, si el gasto es mayor o menor de acuerdo con el número de usuarios activos
y al tipo de labor a desarrollar.
A través de la cuantificación de estos dos factores se realiza el balance de volumen
dentro del tanque, e iterando para valores comerciales se encuentra que 5000 L, es el
volumen mínimo necesario para satisfacer la demanda diaria de la vereda. A
continuación, se muestra el ejemplo de plantilla desarrollado en Microsoft Excel con el
fin de realizar varias iteraciones hasta encontrar el volumen deseado. En la Tabla 52, se
muestra los valores de referencia, de caudal de entrada, capacidad de tanque y la
demanda diaria. Adicionalmente, en la Tabla 53 se fija la demanda horaria de manera
que la plantilla programada pueda calcular el volumen horario del tanque a lo largo del
día, de manera que al final se debe obtener un valor positivo en al cambio acumulativo
para determinar que el volumen establecido es suficiente para satisfacer la demanda, en
caso contrario este valor aparecerá negativo, indicando la falta de volumen en el tanque,
esto se puede ver en Tabla 55. Donde se itero para un volumen de 4000 L obteniendo
un cambio acumulativo negativo.
Tabla 52. Capacidad del tanque.
Flujo de entrada capacidad taque demanda total
Litros/segundo Litros Litros
0.0387 5000 8000
Tabla 53. Iteración de volumen.
Periodo Tiempo % de uso Demanda Flujo de entrada Cambios de volumen Cambio acumulativo
Horas Horas % Litros Litros Litros Litros
6am-8am 7 0.954 76.32 139.32 63 5000
8 1.3992 111.936 139.32 27.384 5000
9 1.8444 147.552 139.32 -8.232 4991.768
10 2.4168 193.344 139.32 -54.024 4937.744
11 4.452 356.16 139.32 -216.84 4720.904
8am-4pm 12 6.042 483.36 139.32 -344.04 4376.864
13 6.36 508.8 139.32 -369.48 4007.384
14 5.5968 447.744 139.32 -308.424 3698.96
15 5.0244 401.952 139.32 -262.632 3436.328
16 4.77 381.6 139.32 -242.28 3194.048
4pm-6pm 17 4.134 330.72 139.32 -191.4 3002.648
18 4.57915 366.332 139.32 -227.012 2775.636
19 4.7825 382.6 139.32 -243.28 2532.356
84
20 5.406 432.48 139.32 -293.16 2239.196
21 5.088 407.04 139.32 -267.72 1971.476
22 4.452 356.16 139.32 -216.84 1754.636
23 4.134 330.72 139.32 -191.4 1563.236
6pm-6am 24 4.0068 320.544 139.32 -181.224 1382.012
1 3.816 305.28 139.32 -165.96 1216.052
2 3.498 279.84 139.32 -140.52 1075.532
3 3.18 254.4 139.32 -115.08 960.452
4 2.862 228.96 139.32 -89.64 870.812
5 2.0352 162.816 139.32 -23.496 847.316
6 1.9105 152.84 139.32 -13.52 833.796
Tabla 54. Capacidad negativa.
Flujo de entrada capacidad taque demanda total
Litros/segundo Litros Litros
0.0387 4000 8000
Tabla 55. Flujo negativo.
Periodo Tiempo % de uso Demanda Flujo de entrada Cambios de volumen Cambio acumulativo
Horas Horas % Litros Litros Litros Litros
6am-8am 7 0.954 76.32 139.32 63 4000
8 1.3992 111.936 139.32 27.384 4000
9 1.8444 147.552 139.32 -8.232 3991.768
10 2.4168 193.344 139.32 -54.024 3937.744
11 4.452 356.16 139.32 -216.84 3720.904
8am-4pm 12 6.042 483.36 139.32 -344.04 3376.864
13 6.36 508.8 139.32 -369.48 3007.384
14 5.5968 447.744 139.32 -308.424 2698.96
15 5.0244 401.952 139.32 -262.632 2436.328
16 4.77 381.6 139.32 -242.28 2194.048
4pm-6pm 17 4.134 330.72 139.32 -191.4 2002.648
18 4.57915 366.332 139.32 -227.012 1775.636
19 4.7825 382.6 139.32 -243.28 1532.356
20 5.406 432.48 139.32 -293.16 1239.196
21 5.088 407.04 139.32 -267.72 971.476
22 4.452 356.16 139.32 -216.84 754.636
23 4.134 330.72 139.32 -191.4 563.236
6pm-6am 24 4.0068 320.544 139.32 -181.224 382.012
1 3.816 305.28 139.32 -165.96 216.052
2 3.498 279.84 139.32 -140.52 75.532
3 3.18 254.4 139.32 -115.08 -39.548
4 2.862 228.96 139.32 -89.64 -129.188
5 2.0352 162.816 139.32 -23.496 -152.684
6 1.9105 152.84 139.32 -13.52 -166.204
85
Estimación de las proporciones de cemento, arena y gravilla. Para la elaboración
de subsistemas.
Para la realización de subsistemas se utiliza una proporción 1:2:3, esta se caracteriza
por tener una resistencia media de 3000 psi, con un porcentaje promedio de agua de
alrededor de 9%. Esta mezcla se utiliza por ser una de las más utilizadas en el sector de
construcción en la actualidad dado sus beneficios estructurales y económicos, de esta
manera se tendría que:
(1) 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜: (2) 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎: (3) 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 + 9% 𝑎𝑔𝑢𝑎
350 𝑘𝑔(7 𝑏𝑢𝑙𝑡𝑜𝑠): 0.56 𝑚3: 0.835 𝑚3 + 9% 𝑎𝑔𝑢𝑎
Para ilustrar los cálculos se presenta un ejemplo práctico donde se estiman los valores
requeridos de cemento, arena y gravilla para la realización de una pared de dimensiones
generales de 10m X 10m X 0.10m.
𝑉 = 10(10)(0.1) = 10 𝑚3
%𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 5
𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 → 𝑉(#𝑏𝑢𝑙𝑡𝑜𝑠) + %𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 10(7) + 5% = 73.5 𝑏𝑢𝑙𝑡𝑜𝑠
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 → 𝑉(𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎) + %𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 10(0.56) + 5% = 5.88 𝑚3
𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎 → 𝑉(𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎) + %𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 10(0.835) + 5% = 8.82 𝑚3
𝐴𝑔𝑢𝑎 → 9%(𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎) = 0.9 𝑚3
Valores de presión, caudal y velocidad en EPANET 2.0.
Para obtener los valores característicos del sistema propuesto en este documento,
dentro de la simulación previamente se debe establecer un patrón de demanda, de
manera que se pueda emular un consumo real a lo largo del tiempo dentro de la vereda,
este se muestra continuación:
86
De igual manera EPANET, genera un reporte completo de la operación del sistema a lo
largo de 7 días, dado la cantidad de datos solo se presentan los valores generados por
la simulación para las horas 5,6,7,8,13 y 14 de operación, en caso de requerir valores
posteriores a este periodo de tiempo se debe contactar con el ingeniero a cargo de la
realización de esta simulación. Los valores enunciados se muestran a continuación:
**********************************************************************
* E P A N E T *
* Hydraulic and Water Quality *
* Analysis for Pipe Networks *
* Version 2.0 *
**********************************************************************
Input File: prueba de red 1.net
Link - Node Table:
----------------------------------------------------------------------
Link Start End Length Diameter
87
ID Node Node m mm
----------------------------------------------------------------------
L1 N23 N1 30 50
L2 N1 N2 50 50
L3 N2 N3 45 50
L4 N3 N4 60 50
L5 N4 N5 60 50
L6 N5 N6 55 50
L7 N6 N7 35 50
L8 N7 N8 67 50
L9 N8 N9 75 50
L10 N9 N10 45 50
L11 N10 N11 30 50
L12 N21 N22 60 50
L13 N20 N21 70 50
L14 N19 N20 48 50
L15 N18 N19 55 50
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L20 N13 N14 42 50
L21 N12 N13 50 50
L22 N23 N12 25 50
L23 T1 N23 50 80
L24 R1 T1 800 80
Node Results at 5:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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88
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R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.50 2904.00 4.00 0.00 Tank
Link Results at 5:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.50 0.25 1.94 Open
L2 0.44 0.23 1.59 Open
L3 0.41 0.21 1.41 Open
89
L4 0.40 0.20 1.32 Open
L5 0.38 0.19 1.21 Open
L6 0.32 0.16 0.91 Open
L7 0.27 0.14 0.66 Open
L8 0.12 0.06 0.14 Open
L9 0.08 0.04 0.05 Open
L10 0.07 0.03 0.04 Open
L11 0.05 0.02 0.03 Open
L12 0.06 0.03 0.04 Open
L13 0.06 0.03 0.04 Open
L14 0.06 0.03 0.04 Open
L15 0.08 0.04 0.05 Open
L16 0.15 0.08 0.25 Open
L17 0.28 0.14 0.70 Open
L18 0.36 0.18 1.10 Open
L19 0.37 0.19 1.18 Open
L20 0.38 0.20 1.24 Open
L21 0.41 0.21 1.36 Open
L22 0.41 0.21 1.42 Open
L23 1.10 0.22 0.83 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
Node Results at 6:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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90
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Node Results at 6:00 Hrs: (continued)
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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N23 0.20 2903.95 42.95 0.00
R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.44 2904.00 4.00 0.00 Tank
Link Results at 6:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.52 0.27 2.12 Open
L2 0.47 0.24 1.74 Open
91
L3 0.43 0.22 1.54 Open
L4 0.42 0.21 1.45 Open
L5 0.40 0.20 1.31 Open
L6 0.34 0.17 0.99 Open
L7 0.28 0.14 0.73 Open
L8 0.13 0.07 0.16 Open
L9 0.08 0.04 0.06 Open
L10 0.07 0.03 0.05 Open
L11 0.05 0.02 0.03 Open
L12 0.06 0.03 0.04 Open
L13 0.06 0.03 0.04 Open
L14 0.06 0.03 0.05 Open
L15 0.08 0.04 0.05 Open
L16 0.16 0.08 0.27 Open
L17 0.29 0.15 0.77 Open
L18 0.38 0.19 1.20 Open
L19 0.39 0.20 1.30 Open
L20 0.40 0.21 1.35 Open
L21 0.43 0.22 1.49 Open
L22 0.43 0.22 1.55 Open
L23 1.15 0.23 0.90 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
Node Results at 7:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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92
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R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.58 2904.00 4.00 0.00 Tank
Link Results at 7:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.46 0.23 1.70 Open
L2 0.41 0.21 1.39 Open
L3 0.38 0.19 1.24 Open
L4 0.37 0.19 1.16 Open
L5 0.35 0.18 1.06 Open
L6 0.30 0.15 0.80 Open
93
L7 0.25 0.13 0.59 Open
L8 0.11 0.06 0.11 Open
L9 0.07 0.04 0.05 Open
L10 0.06 0.03 0.04 Open
L11 0.04 0.02 0.03 Open
L12 0.05 0.03 0.03 Open
L13 0.05 0.03 0.04 Open
L14 0.06 0.03 0.04 Open
L15 0.07 0.04 0.05 Open
L16 0.14 0.07 0.20 Open
Link Results at 7:00 Hrs: (continued)
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L17 0.26 0.13 0.62 Open
L18 0.33 0.17 0.96 Open
L19 0.35 0.18 1.04 Open
L20 0.36 0.18 1.08 Open
L21 0.38 0.19 1.19 Open
L22 0.38 0.19 1.24 Open
L23 1.02 0.20 0.73 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
Node Results at 8:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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94
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N12 0.01 2903.94 46.94 0.00
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N14 0.01 2903.86 65.86 0.00
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N23 0.16 2903.97 42.97 0.00
R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.68 2904.00 4.00 0.00 Tank
Link Results at 8:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.41 0.21 1.40 Open
L2 0.37 0.19 1.15 Open
L3 0.34 0.17 1.03 Open
L4 0.33 0.17 0.96 Open
L5 0.31 0.16 0.88 Open
L6 0.27 0.14 0.66 Open
95
L7 0.22 0.11 0.48 Open
L8 0.10 0.05 0.08 Open
L9 0.06 0.03 0.04 Open
L10 0.05 0.03 0.04 Open
L11 0.04 0.02 0.02 Open
L12 0.05 0.02 0.03 Open
L13 0.05 0.03 0.03 Open
L14 0.05 0.03 0.03 Open
L15 0.06 0.03 0.05 Open
L16 0.13 0.06 0.14 Open
L17 0.23 0.12 0.52 Open
L18 0.30 0.15 0.80 Open
L19 0.31 0.16 0.87 Open
L20 0.32 0.16 0.90 Open
L21 0.34 0.17 0.99 Open
L22 0.34 0.17 1.02 Open
L23 0.91 0.18 0.60 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
Node Results at 13:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
N1 0.05 2903.92 46.92 0.00
N2 0.03 2903.85 55.85 0.00
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N8 0.04 2903.61 130.61 0.00
96
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N23 0.17 2903.97 42.97 0.00
R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.62 2904.00 4.00 0.00 Tan
Link Results at 13:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.44 0.23 1.60 Open
L2 0.40 0.20 1.31 Open
L3 0.37 0.19 1.16 Open
L4 0.36 0.18 1.10 Open
L5 0.34 0.17 0.99 Open
L6 0.29 0.15 0.75 Open
L7 0.24 0.12 0.55 Open
L8 0.11 0.06 0.10 Open
L9 0.07 0.04 0.05 Open
L10 0.06 0.03 0.04 Open
97
L11 0.04 0.02 0.02 Open
L12 0.05 0.03 0.03 Open
L13 0.05 0.03 0.04 Open
L14 0.05 0.03 0.04 Open
L15 0.07 0.04 0.05 Open
L16 0.14 0.07 0.18 Open
Link Results at 13:00 Hrs: (continued)
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L17 0.25 0.13 0.58 Open
L18 0.32 0.16 0.90 Open
L19 0.33 0.17 0.98 Open
L20 0.34 0.17 1.02 Open
L21 0.36 0.18 1.13 Open
L22 0.37 0.19 1.17 Open
L23 0.98 0.20 0.68 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
Node Results at 14:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Node Demand Head Pressure Quality
ID LPS m m
----------------------------------------------------------------------
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98
N9 0.01 2903.64 140.64 0.00
N10 0.02 2903.64 148.64 0.00
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N23 0.16 2903.97 42.97 0.00
R1 -14.60 2976.00 0.00 0.00 Reservoir
T1 13.67 2904.00 4.00 0.00 Tank
Link Results at 14:00 Hrs:
----------------------------------------------------------------------
Link Flow VelocityUnit Headloss Status
ID LPS m/s m/km
----------------------------------------------------------------------
L1 0.42 0.21 1.44 Open
L2 0.37 0.19 1.18 Open
L3 0.35 0.18 1.05 Open
L4 0.34 0.17 0.98 Open
L5 0.32 0.16 0.90 Open
L6 0.27 0.14 0.67 Open
L7 0.23 0.12 0.50 Open
L8 0.10 0.05 0.08 Open
L9 0.06 0.03 0.04 Open
L10 0.05 0.03 0.03 Open
99
L11 0.04 0.02 0.03 Open
L12 0.05 0.02 0.03 Open
L13 0.05 0.03 0.03 Open
L14 0.05 0.03 0.03 Open
L15 0.06 0.03 0.05 Open
L16 0.13 0.07 0.15 Open
L17 0.23 0.12 0.52 Open
L18 0.30 0.15 0.82 Open
L19 0.31 0.16 0.88 Open
L20 0.32 0.16 0.92 Open
L21 0.34 0.17 1.01 Open
L22 0.35 0.18 1.05 Open
L23 0.92 0.18 0.61 Open
L24 14.60 2.90 90.00 Open
100
Especificaciones técnicas
Dimensionamiento del desarenador.
101
102
103
Dimensionamiento de la rejilla.
104
Dimensionamiento del perfil de la bocatoma.