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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLAHIDRÁULICA BÁSICA

16 DE ENERO DEL 2011

1. IDENTIFICACIÓN

Diseño hidráulico del acueducto para el municipio de Subachoque (Cundinamarca)

Grupo 5 - Equipo #4

Luisa Fernanda Alvarado (214059)

Héctor Armando Valderrama (214591)

Andrés Felipe de Jesús Muñoz (214530)

Manuel Ricardo Velásquez (214188)

1. RESUMEN DEL PROYECTO

Al igual que una gran cantidad de proyectos de acueductos en el país este pretende llevar agua al municipio de Suchachoque, se ubicara y diseñara la casa de bombas, los tubos, el tanque de almacenamiento y su ubicación también, todo bajo la normativa Ras que asegura la calidad y buen funcionamiento del proyecto, se incluyen además de las consideraciones pertinentes de diseño un análisis económico que servirá como base para evaluar la factibilidad del proyecto debido a los costos asociados.

Solo es necesario resaltar que el diseño se realizara para suministrar agua a la población, todos los análisis respecto a derivaciones hacia sistemas de riego no son tenidas en cuenta en el desarrollo de este proyecto.

2. CARACTERIZACIÓN SOCIOECONÓMICA

Subachoque hace parte del departamento de Cundinamarca, se encuentra ubicado en la provincia de Sabana Occidente a 55 Km de Bogotá la capital del departamento, con una altitud promedio de 2663 msnm y una temperatura de 13°C.

En la actualidad (2011) la población de Subachoque es de 14864 habitantes i distribuidos de la siguiente manera:

Habitantes cabecera: 5613

Habitantes zona rural: 9251

Con una extensión de 212 Km2 la densidad poblacional del municipio es de70,1habitantes

Km2

2

En el municipio existen cinco vías de carácter departamental, estas comunican al municipio con sus vecinos El Rosal, La Pradera, Tabio, Vía Puente de Piedra Y Tenjo, por estas vías se sostiene el intercambio de productos principalmente agrícolas.

Subachoque se impulsa como un destino turístico debido al creciente número de visitantes que llegan en busca de los hermosos paisajes e interesantes sitios que allí se encuentran, podría decirse que en Subachoque encontramos principalmente un ecoturismo, dentro de los sitios de interés para los turistas se encuentran: Cerro El Tablazo, Pantano de Arce, Reminiscentes Rincones Coloniales, Templo Parroquial, Plaza de Toros para becerradas, Jardines del Parque de Subachoque.

La industria láctea es la más relevante en el municipio y es donde se concentran la mayoría de esfuerzos productivos del sector, esta industria se desarrolló gracias a la extensión del municipio que permite grandes extensiones de pastos permitiendo la ganadería extensiva. Dentro de las actividades económicas del municipio cabe destacar la importancia de las artesanías, en particular los productos de lana virgen.

En cuanto a la producción agrícola, en el municipio encontramos principalmente cultivos frutales, destacándose entre estos el del durazno.

2. ORIGEN DE LA INFORMACION HIDROLOGICA UTILIZADA

Datos de la Cuenca:

La cuenca del rio Subachoque cuenta con 15 estaciones, de todas estas 6 son limnimetricas y 3 de ellas quedan en el área de influencia de la cuenca, de estas estaciones solo una se encuentra sobre el cauce del rio principal, la llamada estación “El Recuerdo”.

Tabla 1, ESTACIONES LM Y LG CUENCA RIO SUBACHOQUE

Codigo Nombre Estación Tipo Latitud X Longitud Y2120843 SAN PATRICIO LM 1029275 9870652120786 EL RECUERDO LM 1038180 9924902120800 PTE MANRIQUE LM 1035400 9894002120766 LA PRADERA LG 1044880 9939542120758 LA MURALLA LM 1029600 9872802120968 GUAMAL LM 1047280 9962542120845 EL BOSQUE LM 1025800 983600

Las características de la cuenca del rio Subachoque son muchas desde el punto de vista hidrológico, sin embargo las que nos representan mayor relevancia para nuestro análisis hidráulico son la Latitud, Longitud (Ubicación esencialmente) y la Elevación media de la cuenca, basándonos en un desarrollo hidrológico previo de esta (cuenca) tenemos que estos valores son:

Tabla 2, Datos geográficos Cuenca del Rio Subachoque

Latitud 0457 Norte X= N =1038180

3

Longitud 7409 Oeste Y = E = 992490

Elevación Media 2600 m.s.n.m

Coordenadas Planas

Caudales

De acuerdo a lo planteado en la sección B.3.3.2.5 de la RAS el caudal correspondiente al 95% de tiempo de excedencia en la curva de duración de caudales diarios, Q95, debe ser superior a dos veces el caudal máximo horario si la captación se realiza por bombeo.

De la estación El Recuerdo de tipo Limnimétrica se pudo obtener los caudales diarios medios de varios años en m3/s de la cuenca del rio Subachoque. Con dichos valores se construye la curva de caudal vs probabilidad de excedencia (Probabilidad de que una magnitud dada de un evento sea igual o excedida) . De dicha curva se extrae el valor de Q95.

Para hallar la probabilidad de excedencia se utilizó la ecuación de Weibull:

Siendo n el total de valores y m el rango de un valor en una lista ordenada de mayor a menor (m=1 para el valor máximo). A continuación se muestran los resultados obtenidos

Q ordenado m Pexc Q

ordenado m Pexc Q ordenado m Pexc

3,564 1 0,00763 0,965 46 0,3511 0,461 91 0,69472,934 2 0,0153 0,959 47 0,3588 0,457 92 0,70232,474 3 0,0229 0,866 48 0,3664 0,456 93 0,70992,447 4 0,0305 0,866 49 0,3740 0,451 94 0,71762,375 5 0,0382 0,860 50 0,3817 0,448 95 0,72522,319 6 0,0458 0,860 51 0,3893 0,440 96 0,73282,269 7 0,0534 0,843 52 0,3969 0,419 97 0,74052,104 8 0,0611 0,835 53 0,4046 0,416 98 0,74811,981 9 0,0687 0,816 54 0,4122 0,406 99 0,75571,981 10 0,0763 0,800 55 0,4198 0,393 100 0,76341,919 11 0,0840 0,800 56 0,4275 0,387 101 0,77101,715 12 0,0916 0,774 57 0,4351 0,372 102 0,77861,708 13 0,0992 0,767 58 0,4427 0,372 103 0,78631,607 14 0,1069 0,759 59 0,4504 0,345 104 0,79391,574 15 0,1145 0,759 60 0,4580 0,328 105 0,80151,448 16 0,1221 0,752 61 0,4656 0,321 106 0,80921,446 17 0,1298 0,728 62 0,4733 0,308 107 0,81681,439 18 0,1374 0,708 63 0,4809 0,303 108 0,82441,432 19 0,1450 0,707 64 0,4885 0,285 109 0,83211,404 20 0,1527 0,694 65 0,4962 0,279 110 0,8397Q

ordenado m Pexc Q ordenado m Pexc Q

ordenado m Pexc

1,404 21 0,1603 0,692 66 0,5038 0,265 111 0,8473

4

1,398 22 0,1679 0,655 67 0,5115 0,263 112 0,85501,397 23 0,1756 0,653 68 0,5191 0,256 113 0,86261,371 24 0,1832 0,640 69 0,5267 0,253 114 0,87021,332 25 0,1908 0,622 70 0,5344 0,224 115 0,87791,263 26 0,1985 0,621 71 0,5420 0,221 116 0,88551,252 27 0,2061 0,619 72 0,5496 0,197 117 0,89311,243 28 0,2137 0,603 73 0,5573 0,197 118 0,90081,207 29 0,2214 0,600 74 0,5649 0,189 119 0,90841,197 30 0,2290 0,576 75 0,5725 0,180 120 0,91601,196 31 0,2366 0,568 76 0,5802 0,177 121 0,92371,174 32 0,2443 0,561 77 0,5878 0,176 122 0,93131,173 33 0,2519 0,561 78 0,5954 0,174 123 0,93891,169 34 0,2595 0,542 79 0,6031 0,162 124 0,94661,132 35 0,2672 0,528 80 0,6107 0,153 125 0,95421,127 36 0,2748 0,516 81 0,6183 0,140 126 0,96181,094 37 0,2824 0,515 82 0,6260 0,140 127 0,96951,082 38 0,2901 0,513 83 0,6336 0,063 128 0,97711,078 39 0,2977 0,510 84 0,6412 0,053 129 0,98471,055 40 0,3053 0,505 85 0,6489 0,011 130 0,99241,053 41 0,3130 0,496 86 0,65651,052 42 0,3206 0,490 87 0,66411,022 43 0,3282 0,484 88 0,67181,003 44 0,3359 0,482 89 0,67940,965 45 0,3435 0,462 90 0,6870

Tabla 3. Probabilidad de Excedencia

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

CAUDAL Vs PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA

Probabilidad de excedencia Pexc

Caud

al

Q [m

3/S)

Gráfica 1. Caudal Vs probabilidad de excedencia

El caudal que satisface las condiciones del proyecto y además cumple con las condiciones del caudal ecológico es el que corresponde al 95% de excedencia, es decir que el 95% de los caudales esperados serán mayores, esto garantiza el óptimo funcionamiento del sistema.

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El caudal con probabilidad de excedencia de 95% es de 0,153 m 3/s, cumpliendo con las especificaciones de la RAS 2000

0,153m3

s>0,15 m

3

s

Determinación del nivel de complejidad del proyecto

Para la determinación del nivel de complejidad del proyecto se tendrá en cuenta la resolución No. 1096 del 17 de noviembre del 2000 (“Por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el sector de Aguas Potable y Saneamiento Básico – RAS”)

Este manual se toma de referencia para determinar ciertos aspectos fundamentales en el diseño de obras hidráulicas que influyan en el bienestar de una sociedad y el manejo del agua potable de esta, en el caso específico de nuestro proyecto se usara para determinar el nivel de complejidad del sistema a usar en el municipio Subachoque, dicha clasificación se puede encontrar en el Capítulo III, articulo 11 del actual Manual RAS, según lo anterior encontramos que la manera de clasificar se define según la siguiente tabla:

Tabla 3, Asignación nivel de complejidad del proyecto

Nivel de ComplejidadPoblación de la

zona Urbana (Habitantes)

Capacidad Económica de los

usuariosBajo <2500 Baja

Medio 2501 a 12500 BajaMedio Alto 12501 a 60000 Media

Alto >60000 Alta

Existen entonces dos formas de determinar la complejidad del proyecto, sin embargo nos encontramos con una limitación, para determinar la capacidad económica de los usuarios existe toda una metodología desarrollada por el DNP que a pesar de entregar muy buenos resultados no podemos aplicar al proyecto, la razón de esto se debe a que no podemos dirigirnos al municipio a realizar esta prueba y no existen datos recientes realizados por el DANE (Los más recientes son del 2005) ni ninguna entidad privada, por ello se utilizara la población Urbana de la zona como método de determinación de la complejidad del presente proyecto.

Otra consideración a tener en cuenta a la hora de elegir la complejidad del proyecto es que se debe utilizar el número de habitantes para el último año de vida del proyecto, claramente este valor no es conocido por lo que será estimado utilizando el método de proyección aritmético de población, dicho método sigue la ecuación:

Pf=Puc+ Puc−PciTuc−Tci

∗(Tf−Tuc )(1)

Dónde:

6

Pf: Población para el año que se busca proyectar (En nuestro caso el último año de vida del proyecto).

Puc: Población correspondiente al último año censado con información. Pci: Población correspondiente al censo inicial con información. Tuc: Año correspondiente al último año censado con información. Tci: Año correspondiente al censo inicial. Tf: Año al cual se quiere proyectar.

Los datos presentados a continuación fueron obtenidos del censo que realizo el DANE y la alcaldía del municipio de Subachoque:

- Población para el año 2005 (DANE)1: 13041 Habitantes.- Población para el año 2009 (Alcaldía): 14260 Habitantes.

El proyecto tiene una duración de 10 años, por lo que se calculara la población para el año 2021 de acuerdo a la ecuación (1):

Pf=14260+ 14260−130412009−2005

∗(2021−2009 )=17917Habitantes .

Con este resultado nos volcamos a la Tabla 1, obteniendo de esta manera una complejidad de proyecto Medio Alto.

Dotación (Articulo 67 del RAS – Dotación Neta mínima y neta máxima): “La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema y sus valores mínimo y máximo se establecen de acuerdo con la tabla (Tabla 9 del manual RAS):

Tabla 4, Dotación Neta según Nivel de Complejidad

Nivel de Complejidad del sistema

Dotación neta-mínima (L/Hab*dia)

Dotación neta-mínima (L/Hab*dia)

Bajo 100 150Medio 120 175

Medio Alto 130 -Alto 150 -

Con esta referencia del RAS encontramos que nuestro proyecto al ser de una complejidad Medio Alto necesita una dotación mínima por habitante/día de 130 litros.

A continuación es necesario calcular las pérdidas técnicas para el nivel Medio Alto, para ello se tiene la Tabla B.2.4 del RAS, según esta tabla para la complejidad del presente proyecto se debe considerar un porcentaje máximo de pérdidas técnicas del 25%.

1 DANE; censo general 2005,Totales de poblaciónSeries de Población 1985 - 2020http://www.dane.gov.co/index.php?option=com_content&view=article&id=307&Itemid=124

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Dotación Bruta:

dbruta=dneta1−p%

(2)

dbruta=130

Lhab

∗dia

1−0.25

dbruta=173.3LHab

∗Dia

Caudal de diseño del proyecto.

Caudal de Demanda:

Para el caudal de demanda se utilizó las ecuaciones que aparecen en la sección B.2.7 de la normativa RAS, estas son a saber:

3. Caudal Medio Diario:

Qmd=d Bruta∗¿de Habitantes

86400(3)

Qmd=173.3LHab

∗dia∗17917

Hab∗1dia24 h

∗1h

3600 s + Qincendio(L/s)

Qmd=35.94Lseg

+5 Lseg

Qmd=40,94Lseg

=0,04094 m3

seg

4. Caudal Máximo Diario:

Para este caudal se utiliza la ecuación:

QMD=Qmd∗K 1(4)

Para este caudal se necesita determinar el valor del coeficiente K1 (Coeficiente de consumo máximo diario – K1), esta tabla se encuentra en la normativa RAS, y se da a continuación:

Tabla 5, Coeficiente k1 según Nivel de Complejidad

Nivel de Complejidad del sistema

Coeficiente de Consumo Máximo

diario (K1)Bajo 1,3

Medio 1,3Medio Alto 1,2

Alto 1,2

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Entonces para un nivel de complejidad Medio Alto (caso de este proyecto) se utilizara un K1 de 1.2:

QMD=40.94 Lseg

∗1.2=49.128 Lseg

QMD=49.128 Lseg

óQMD=0.0491 m3

seg

Caudal máximo horario (QMH): Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2:

QMH =QMD·k2

El coeficiente de consumo máximo horario, k2, depende del Nivel de Complejidad del Sistema y el tipo de red de distribución, como se evidencia en la tabla B.2.6 de la RAS.

Para este proyecto con nivel de complejidad medio alto y red de distribución menor el k2 es igual a 1.5, entonces el QHM será igual a:

QMH =49.128Lseg

∗1.5 QHM=73.692Lseg

Si se tiene un factor de pérdidas por edad de la tubería del 18 % el caudal de diseño se sobre dimensiona así:

Qdise=QMHdise=QMH

1−(%Reduccion por edad)= 73,6921−18%

Lseg

=89,87 Lseg

Con este último caudal será con el que se diseñara el sistema de acueducto de la ciudad de Subachoque.

5. ESTRUCTURAS HIDRAULICAS DEL PROYECTO.

Captación:

Los diferentes tipos de captación se especifican en la norma RAS, mas exactamente en la sección B.4.3, se definen así cerca de 10 diferentes tipos de captaciones en las que su selección varia dependiendo del proyecto adoptado. Para la selección del sistema de captación del proyecto se debe tener en cuenta las características del rio Subachoque, este rio se encuentra ubicado cerca de los 2650 m.s.n.m. es decir un rio de montaña, característico por presentar grandes crecientes en épocas de precipitaciones, el hecho de que el rio Subachoque sea de este tipo permite seleccionar una Toma con Rejilla como la mejor opción para la captación, sin embargo el municipio de Subachoque y la zona que lo rodea tiene una geología conformada por material fino, arcillas arenosas, orgánicas y turbas-lignitas que se alteran con arenas arcillosas y gravas, por lo que se recomienda que se haga una buena cimentación en la captación.

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El Ras define la captación de toma por rejilla como “una estructura estable de varias formas, la mas común es rectangular, debe estar localizada perpendicularmente a la dirección de la corriente y debe estar provista con una rejilla metálica para retener materiales de acarreo de cierto tamaño”2. La rejilla debe ser diseñada tomando en cuenta el caudal en el nivel mínimo del rio, el caudal requerido por la población y se diseña con un periodo de retorno mínimo de 20 años, en zonas de montaña las rejillas deben estar inclinadas entre 10% y 20% hacia la dirección de aguas abajo, no es posible determinar la separación entre barrotes (debido a que no se tienen datos sobre transporte de sedimentos del rio) ni se puede asegurar un flujo en la rejilla menor a 0.15 m/s, para el caso de la complejidad del proyecto el mantenimiento debe hacerse al menos una vez cada seis meses.

Para la ubicación de la captación la Ras recomienda que se haga sobre un tramo recto con el fin de evitar erosiones y sedimentaciones, embanques o asolves, lamentablemente no se pudieron tener en cuenta este aspecto debido a que no se visito la zona del proyecto y la resolución del plano topográfico no es suficiente para determinar esto con exactitud, así que se han tomado en cuenta otros factores como cercanía al poblado, cotas de inundación, lejanía con fuentes de contaminación y criterios propios para definir la ubicación.

La rejilla se ubicara tres metros por debajo del nivel del rio, esto con fin de no penetren sedimentos del fondo ni los desechos que flotan en la superficie del rio, además con esta medida se evita la producción de turbulencias.

Debido a la complejidad del proyecto se incluye un análisis de costo mínimo dentro de los cálculos económicos del proyecto, esto no se extenderá debido a que no se visito la zona de la captación y no son conocidos todos los factores pertinentes.

En el caso de este proyecto no se incluirá un desarenador, la Ras especifica que este puede prescindirse que el transporte de sedimentos no es perjudicial para el abastecimiento de agua, nuevamente esto no se puede comprobar ni a favor ni en contra, por lo que a favor del costo total del proyecto no se ha incluido.

Pozo de succión:

El dimensionamiento del pozo de succión se encuentra en la sección B.8.5.3 del manual Ras, donde aclaran que se sigue con el procedimiento recomendado por la Hydraulic Institute utilizando la figura (1).

La submergencia del pozo de succión será igual a 0.5 m que es el límite inferior para este valor puesto que dos veces el valor de la tubería de succión apenas alcanza los 0.4 m. Para la distancia entre el fondo y/o paredes y la boca de la tubería será de 0.25 m que es al igual que la submergencia el limite inferior valido para este valor, este fue definido puesto que es mayor a la mitad del diámetro de la tubería de succión y menor que 1.5 veces el diámetro de dicha tubería.

La Ras especifica que el pozo debe contar con tuberías y válvulas de desagüe, además debido a la complejidad del proyecto se debe usar un vertedero para el exceso de agua en el pozo.

2 Toma con Rejilla, Ras, Titulo B, sección B.4.3.1.6, Pag 53

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Figura1 Dimensiones recomendadas pozo de succión

Además se especifica que el caudal para el diseño debe ser igual o mayor al caudal de diseño de las bombas, esto es el QMD| (Caudal Máximo Diario) que tiene un valor de 49.128 L/seg y cuyo cálculo se mostro con anterioridad, con este se va a la grafica anterior y se obtiene que las dimensiones son aproximadamente:

C: 0.27 m

B: 0.60 m

W: 1.5 m

H: 2.2 m

γ: 2.0 m

A: 3.6 m

Selección del material de la tubería:

Para la tubería se utilizara los tubosistemas Biaxial de Pavco para acueductos, esta tubería de PVC (Policloruro de Vinilo) brinda grandes ventajas en cuanto a las tradicionales tuberías de concreto, esto es mayor resistencia a la tensión, a la hidrostática, a la fractura frágil, resistencia al impacto, baja resistencia al flujo entre otros.

Altura de succión.

Para la altura de succión se tiene en cuenta que la rejilla de entrada se encuentra a 3 metros de la superficie del rio y es esta misma altura la que se escogerá para el proyecto, se debe tener en cuenta que esta altura esta dada por el fabricante en relación a los limites físicos de la bomba, lamentablemente para la bomba escogida en el proyecto (y que se expondrá mas adelante) no se encontraron los limites prácticos de succión (se solicitaron pero nunca llegaron), sin embargo se expone una tabla de referencia de otro fabricante:

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Tabla 6 Limite practico

Altitud (m)Presión

Atmosférica (m de agua)

Limite Practico de

succión

0 10,33 7,6300 10 7,4600 9,64 7,1900 9,3 6,81200 8,96 6,51500 8,62 6,251800 8,27 62100 8 5,72400 7,75 5,52700 7,5 5,43000 7,24 5,2

Esta tabla fue tomada de un fabricante que se uso en otro proyecto de similares características que el aquí expuesto, se observa como el limite practico de succión esta en función de la presión atmosférica del agua que es función a su vez de la altitud, subachoque se encuentra a los 2600 metros en altitud y para tres metros de succión estamos por debajo del limite practico de succión.

Diámetro de Succión y Descarga: Para el caudal que se maneja se ha escogido una tubería de 8 pulgadas tanto en succión como en descarga, esto cumple con la condición que estas tuberías no pueden ser menor al diámetro que las admitidas por el quipo de bombeo (8 y 6 pulgadas respectivamente).

Perdidas por accesorios y perdidas por fricción:

Para los cálculos de pérdidas por accesorios y pérdidas por fricción se utilizo la ecuación de Darcy utilizando los valores K, en el caso de los accesorios se utilizo la tabla 7 obtenida de las notas de clase:

Tabla 7 Valores del coeficiente K

Valores del coeficiente K en accesoriosAccesorios K # D

Válvula esférica (totalmente abierta) 10 350Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5 175

Válvula de seguridad (totalmente abierta 2,5 -Válvula de retención (totalmente abierta 2 135

Válvula de compuerta (totalmente abierta 0,2 13Válvula de compuerta (abierta 3/4) 1,15 35Válvula de compuerta (abierta 1/2 5,6 160Válvula de compuerta (abierta 1/4 24 900

Válvula de mariposa (totalmente abierta - 40T por salida latera 1,8 67

Codo a 90º de radio corto (con bridas 0,9 32

12

Codo a 90º de radio normal (con bridas 0,75 27Codo a 90º de radio grande (con bridas 0,6 20Codo a 45º de radio corto (con bridas 0,45 -

Codo a 45º de radio normal (con bridas) 0,4 -Codo a 45º de radio grande (con bridas 0,35 -

Se utilizaron entre otras cosas:

- Dos (2) codos.- Cuatro (4) válvulas (mariposa) de seguridad.- Dos válvulas de cheque

Los valores de K para la tubería se obtuvieron de la página de Pavco (fabricante).

Dispositivos y estructuras para el Control de la cavitación y el golpe de ariete:

Para el control del golpe de ariete se han usado una serie de válvulas de seguridad (4) y de cheque (2) que evitaran el retroceso del agua produciendo el golpe de ariete, sin embargo en el caso que se presente por la falla de alguna de estas válvulas se calcula la sobrepresión y se compara con la resistida por la tubería, para esto utilizamos las ecuaciones dadas por Pavo para el calculo de las sobrepresiones:

a= 1420

√1+(( KE )∗(RDE−2 ))P=a∗V

g

Donde:

P = Sobrepresión máxima en metros de columna de agua.a = Velocidad de onda (m/s)V = Cambio de velocidad del agua.g = Aceleración de la gravedad.K = Modulo de compresión del agua (2.06 x 104 Kg/Cm2)E = Modulo de elasticidad de la tubería (2.81x104 Kg/Cm2 para PVC tipo 1)RDE = Relación diámetro exterior/espesor mínimo

La tubería escogida tiene un diámetro de 8 pulgadas y una resistencia de 160 PSI, se calculara la sobrecarga:

a= 1420

√1+(( KE )∗(45.3−2 ))=248

Remplazando este valor:

13

P=248∗2.779.81

=70mdeagua

La tubería tiene una resistencia de 160 PSI que en metros de agua son 112.49, restando la sobrepresión tenemos un excedente de 42.46 metros de agua, es decir, la tubería que hemos escogido esta mas que capacitada para soportar la sobrepresión en caso de que se produzca un golpe de ariete.

Tanque de almacenamiento

De acuerdo con los parámetros establecidos en la RAS, podemos realizar los cálculos para dimensionar el taque de almacenamiento que se necesita para nuestro proyecto.

El periodo de diseño del tanque se hará a 30 años de acuerdo con la clasificación de la RAS para los proyectos que se encuentren en el nivel medio alto de complejidad. También anotamos que según esta norma también el proyecto tendrá como mínimo un tanque de compensación.

Según la norma RAS en numeral B.9.4.4. “En los niveles medio y medio alto de complejidad, en caso de preverse discontinuidad en la alimentación al tanque, el volumen de almacenamiento debe ser igual o mayor que 1/3 del volumen distribuido a la zona que va a ser abastecida en el día de máximo consumo, más el producto del caudal medio diario (Qmd) por el tiempo en que la alimentación permanecerá inoperante.”3

Entonces tenemos que:

QMH=0,0737 m3

sQmd=0,04094 m

3

s

V=13QMH+Qmd∗(¿ diasinoperante )

V=( 13∗0,0737 m3

s∗1 dia∗86400 s

1dia )+(0,04094 m3s ∗3 dias∗86400 s1dia )

Volumen de almacenamiento del tanque:

V=2122,33+10611,65=12733,98 12734m3

Ahora hallamos las dimensiones del tanque: asumiendo un tanque prismático (por la facilidad en su construcción) con una base de 35m x 45m nos da una altura de tanque de 8,10m y teniendo en cuenta recomendado por la norma para el borde libre, que es 0,30m como mínimo, usamos un borde libre de 0,40m quedándonos una altura del tanque de 8,50m.

6. GEOMETRIA HIDRAULICA

3 Capacidad de Regulación, Titulo B, sección B.9.4.4, Pág. 197

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Figura 2. Localización del Tanque y Estación de Bombeo

Teniendo definido el trazado por donde va a ir la tubería, hallando la distancia en planta en los planos de la zona y realizando los cálculos correspondientes teniendo en cuenta que las elevaciones del terreno, hallamos la distancia real entre los puntos de captación y el tanque de almacenamiento y la altura a vencer, dando como resultado:

Longitud total de tubería: 1908,44 metros ̴� 1909 metros

Altura a vencer: 78,5 metros (en esta altura se tiene en cuenta la altura del tanque hasta dónde llegará el agua bombeada)

Línea de energía y Línea Piezometrica:

0 500 1000 1500 2000 25002560

2580

2600

2620

2640

2660

2680

2700

2720

2740

2760

LINEAS PIEZOMETRICA Y DE ENERGIA

ElevaciónLELGH

Longitud Tuberia (m)

Cabe

za P

osici

ón-P

iezo

mét

rica-

Ener

gía

(m)

Figura 3. Línea de Energía y LGH

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Los Cálculos para obtener la línea de energía y de gradiente hidráulico (Figura 2) presentada anteriormente son

Dist(m) Dist.acum.(m) K del accesorio Q(m3/s) hf(m) hL(m) Hb(m) LE LGH

0 0 2630 2629.608586

codo 5 5 0.75 0.08987 0.1301 0.2936 2629.869944 2629.47853

5 2629.576383 2629.184969

5 10 0.08987 0.1301 2629.446327 2629.054913

bomba 10 71.55 2700.996327 2700.604913

ensanch6x8 3 13 0.2 0.08987 0.0780 0.0783 2700.918293 2700.526879

13 2700.840011 2700.448596

Val seg 300 310 5 0.08987 7.8034 1.9571 2693.036646 2692.645232

310 2691.079575 2690.68816

cheque 400 710 2.5 0.08987 10.4045 0.9785 2680.675089 2680.283675

710 2679.696553 2679.305139

Val seg 100 810 5 0.08987 2.6011 1.9571 2677.095432 2676.704018

810 2675.13836 2674.746946

190 1000 0.08987 4.9421 2670.19623 2669.804815

bomba 1000 71.55 2741.74623 2741.354815

Val seg 310 1310 5 0.08987 8.0635 1.9571 2733.682753 2733.291339

1310 2731.725682 2731.334267

cheque 100 1410 2.5 0.08987 2.6011 0.9785 2729.12456 2728.733146

1410 2728.146025 2727.75461

Val seg 490 1900 5 0.08987 12.7455 1.9571 2715.40053 2715.009115

1900 2713.443458 2713.052044

7.44 1907.44 0.08987 0.1935 2713.249935 2712.85852

No se incluirá un desarrollo demasiado extenso de este elemento ni la explicación de cada uno de los cálculos debido a limitaciones de espacio, además puede resultar engorroso

Curva de la estación

Equipos de bombeo

Tenemos que por la geometría del diseño del trazado de la tubería que la altura a vencer es de 143,1m por tal razón se decidió utilizar dos bombas que cumplen con las condiciones necesarias del sistema de acueducto, además así no se alcanzara la carga resistida por la tubería utilizada.

La bomba que se escogió fue una bomba centrifuga “Eurolinea” de eje libre modelo 15x40 de la empresa de venta de bombas IHM que tiene bridas ASA 125-150, según las recomendaciones del fabricante esta bomba se utilizara a 1750 RPM. Esta bomba tiene un diámetro en la tubería de succión de 8” y en la descarga de 6” pero se utilizara una ampliación en la descarga hasta las 8 pulgadas.

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Figura 4 Curvas de la bomba

(Tomada de http://www.igihm.com/productos.php?id=6&cod=18&item=71)

La bomba se manejara entonces con una eficiencia aproximada de 72% para un caudal de 323m3/h, se utilizaran 2 bombas conectadas en serie pero cada una de estas bombas se encontrara en dos lugares diferentes justo antes de que la línea de energía del sistema toca la línea de elevación para así evitar que se presente el fenómeno de cavitación en el sistema.

Figura 5. Imagen de la Bomba seleccionada

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7. ESTRUCTURA DE COSTOS

Para la siguiente estructura de costos se asumió que los terrenos que van a ser intervenidos en la construcción le pertenecen al estado.

1. ADECUACIÓNITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

1.1 Excavación a maquina M3 1.317 26.015 34.261.7551.2 material de relleno M3 1.255 17.400 21.837.0001.3 Concreto M3 40 305.080 12.203.2001.4 Compactación a maquina M2 1.006 12.000 12.072.000

SUBTOTAL 80.373.955

2. POZO DE SUCCIÓNITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

2.1 Excavación M3 2 26.015 52.0302.2 Concreto M3 2 305.080 610.1602.3 Acero de refuerzo KG 75 1.970 147.7502.4 Compactación a maquina M2 2 12.000 24.000

SUBTOTAL 833.940

3. TANQUE DE ALMACENAMIENTOITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

3.1 Excavación a maquina M3 15.242 26.015 396.520.6303.2 material de relleno M3 339 17.400 5.898.6003.3 Concreto M3 1.558 305.080 475.314.6403.4 Acero de refuerzo TON 10 1.970.000 19.700.0003.5 Compactación a maquina M2 1.075 12.000 12.900.000

SUBTOTAL 910.333.870

4. MATERIALES Y EQUIPOSITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

4.1 Tubería BIAXIAL PAVCO 8" (x6m) UN 320 422.348 135.151.3604.2 Hidrosello BIAXIAL 8" UN 320 50.763 16.244.1604.3 Válvula 8" UN 4 143.800 575.2004.4 Válvula cheque 8" UN 2 157.900 315.8004.5 Lubricante tubería (x4Kg) UN 3 86.044 258.1324.6 Equipo de bombeo (BOMBA) UN 4 5.000.000 20.000.0004.7 Motor 100hp para bomba UN 4 24.000.000 96.000.000

IVA 16% 42.967.144

SUBTOTAL 311.511.796

5. CASA DE BOMBASITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

5.1 Excavación M3 8 26.015 208.1205.2 material de relleno M3 10 17.400 174.0005.3 Compactación a maquina M2 50 12.000 600.0005.4 Base concreto (5x5x0.5m) UN 2 3.720.625 7.441.2505.5 Casa prefabricada UN 2 6.000.000 12.000.000

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SUBTOTAL 20.423.370

6. MITIGACION AMBIENTALITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

6.1 Reforestación Ha 10 1.000.000 10.000.0006.2 Asesoría Ha 10 1.200.000 12.000.0006.3 Mantenimiento Ha 10 750.000 7.500.000

SUBTOTAL 29.500.000

7. PERSONALITEM

DESCRIPCIÓN CANTIDA

D SALARIO TIEMPO (MES) V. TOTAL

3.1 Ing. Director de obra 1

8.416.000 12 100.992.000

3.2 Ing. Residente de obra 2

4.156.000 12 99.744.000

3.3 Ing. Calculista 2

5.412.000 4 43.296.000

3.4 Comisión topográfica 1

4.251.000 12 51.012.000

3.5 Administrador 1

1.683.000 12 20.196.000

3.6 Obreros 2

0 800.000 12 192.000.000

SUBTOTAL 507.240.000

TOTAL CONSTRUCCIÓN $ 1.860.216.931

8. OPERACIÓN (para 10 años)ITEM

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD V. UNITARIO V. TOTAL

6.1 Energía eléctrica Kw/mes 120 37.675.440 4.521.052.8006.2 Mantenimiento bombas mes 120 1.250.000 150.000.0006.3 Mantenimiento red mes 120 2.350.000 282.000.0006.4 Administración mes 120 4.156.000 498.720.000

TOTAL OPERACIÓN $ 5.451.772.800

COSTO TOTAL $ 7.311.989.731Tabla 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Análisis De Costos Económicos

A continuación realizamos el análisis financiero para evaluar la viabilidad del proyecto por el método del valor presente neto. El valor presente neto es permite determinar si una inversión cumple con el objetivo financiero básico: maximizar la inversión. El valor obtenido puede ser positivo o negativo y según este se toman decisiones con respecto de realizar o no la inversión. Si el resultado del VPN es cero la empresa no modificara los valores.

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COSTO TOTAL $ 7.311.989.731TOTAL INGRESOS $ 7.311.989.731VPN COSTOS $ 8.408.788.191VPN INGRESOS $ 8.408.788.191VPN INGRESOSO – VPN COSTOS $ 0TIR 3,70%

Tabla 17 Costos Totales, VPN y Tasa Interna de Retorno

8. RIESGOS Y EFECTOS AMBIENTALES

Al ser una zona montañosa existen diferentes riesgos que se tienen que considerar, en primer lugar esta la posibilidad de avalanchas que pueden llegar a afectar total o parcialmente el sistema, este escenario en el peor de los casos podría llegar a desconectar todo el sistema y dejar a Subachoque si abastecimiento, si bien esta eventualidad no se puede anticipar con precisión si mitiga el impacto el hecho de que el tanque este diseñado para abastecerlos por un tiempo.

Otros de los riesgos existentes es la posibilidad de daño en la bomba, ya sea causado por una eventualidad mecánica o una sobrecarga de la red, por ello se tiene un inventario de otras dos bombas en caso de falla de una o las dos al tiempo.

Se ubico la estación teniendo en cuenta las cotas de inundación del rio, sin embargo en una eventualidad climática imprevista tal que el rio alcance la bomba se tiene previsto una serie de cheques que impedirán que el agua se devuelva y se podrá remplazar la bomba con facilidad en caso de daño a esta.

Existe un riesgo humano al dejar la bomba tan alejada de una población, y es que puede ser victima de robo, para esto será necesario tener todas las precauciones necesarias, tales como chequeo constante de la casa de bombas, y aun aseguramiento de esta por medio de candados y alarmas de ingreso.

9. REFERENCIAS

Una serie de referencias fueron tomadas en cuenta a la hora de realizar este proyecto, algunas de las cuales se citan a continuación:

Normativa Ras 2000 Notas de Clase, Ing. Julio Cesar Cañon. Mecánica de Fluidos e Hidráulica, Ing. Carlos Arturo Duarte, Universidad Nacional de

Colombia, 2011. Ignacion Gomez IHM S.A, Venta de Bombas, http://www.igihm.com (Fecha de ultimo

acceso: 14 de enero de 2011) Gobernación de Subachoque, http://www.subachoque-cundinamarca.gov.co (Fecha

de ultimo acceso: 9 de enero de 2011) MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA. INSTITUTO COLOMBIANO DE MINAS Y ENERGÍA,

INGEOMINAS. Geología de la sabana de Bogotá. Consultado el 21 de mayo de 2011

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http://choconta.files.wordpress.com/2007/12/informe_geologia_sabana_bta.pdf (Fecha de ultimo acceso: 9 de enero de 2011)

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