Diseño De Acueductos De Alcantarillado 2.docx

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ACUEDUCTO PARA EL MUNICIPIO DE PAZ DE ARIPORO.

SEBASTIAN GONZALEZ MEDINA LEIDY VILLARRAGA

ING. CAMILO ANDRES PERALTA

CORPORACION UNIVERSITARIA DEL META FACULTAD INGENIERIA AMBIENTAL ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO VILLAVICENCIO META 2019

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

INTRODUCCIÓN:

Con la realización de este proyecto se trata de hacer un aporte al desarrollo social y cultural del Municipio de paz de Ariporo, Casanare hacia los habitantes de este territorio colombiano; mediante la implementación del diseño de un sistema de acueducto que busca fortalecer las bases funcionales en los aspectos determinados, brindando el mejoramiento de la calidad de vida y estableciendo generalmente una cobertura de un sistema de tratamiento de abastecimiento de agua potable, dirigida dentro de las áreas de extensión de la comunidad, en el que es proporcionado al resultado total de habitantes con la descripción de los censos de Dane, expuesto al cálculo de incremento de proyección poblacional que rige la tasa de crecimiento anual, siendo así estas personas a su vez serán beneficiadas mediante los mecanismo captación y distribución de agua apta para el consumo humano.

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

OBJETIVO GENERAL:

 Realizar el diseño de un sistema de acueducto para el municipio de paz de Ariporo, Casanare.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

 Identificar el cálculo de los métodos: aritmético, geométrico, logarítmico y wappus mediante la tabla de proyección de población, para extraer la información necesaria de los resultados de los habitantes el que se varan beneficiados mediante la planeación del sistema de acueducto este proyecto.

 Analizar la tasa de crecimiento anual de los habitantes del municipio de Paz de Ariporo, proporcional al tamaño de expansión de la comunidad incorporado por al periodo del diseño.

 Determinar la tendencia de crecimiento de la población del municipio de de Paz de Ariporo, con el fin de hacer la predicción de la población futura.

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

MARCO TEORICO:

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. Un sistema de abastecimiento de agua es aquel que capta el agua desde una fuente hídrica, la cual puede ser naciente, de un pozo, río o quebrada, y que es transportada a través de tuberías, hasta llevar a las unidades de vivienda rurales o urbanas, o hacia una fuente de uso público encargada de suministrar el agua a personas que no tiene en su casa..

TIPOS DE ACUEDUCTOS.

➢Acueducto por gravedad. Este sistema se caracteriza por que su fuente de captación de agua, se encuentra ubicada en un nivel más alto que la comunidad a la que llegará el líquido, el cual baja por gravedad es decir por la acción de su propio peso, hasta el tanque de almacenamiento y de éste a la red de distribución domiciliaria. En este sistema el control del agua se hace mediante el uso de válvulas, que garantizan la llegada del servicio en forma adecuada a hogares o fuentes públicas. Cabe resaltar que, debido a la topografía del terreno donde se encuentran este tipo de acueducto, “la conducción deben instalar especiales, como válvulas de purga en los puntos bajos para realizar las labores de limpieza periódica y las válvulas de expulsión de aire (ventosas) en los puntos altos del funcionamiento y las especificaciones de estos accesorios se describen más adelante” 32

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

➢ El acueducto subterráneo. Que se utilizaba mayoritariamente para usos agrícolas. “Como tiene muchas filtraciones, esto hacía que el agua se llenase de impurezas. Además, su mantenimiento era muy difícil ya que sólo se podía acceder por respiraderos, en los que el aire se viciaba muy fácilmente.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO: Un sistema de acueducto, necesita gran cantidad y variedad de obras o construcciones. Los elementos que hacen parte del sistema de acueducto son:

➢Microcuenca: es la fuente de abastecimiento de agua en una región, es decir, de donde se obtiene el agua que se va a distribuir. La microcuenca es el área geográfica mínima en la cual el agua se desplaza a través de drenajes con una salida principal llamada nacimiento o desagüe. Cuando este desagüe o río desemboca en otros cuerpos de agua mayores, como un lago, otro río, una ciénaga, o desemboca en el mar, se habla de una cuenca.

➢Captación: Está conformada por las obras o estructuras que permiten tomar el agua de la fuente en forma controlada. En fuentes superficiales las captaciones se denominan bocatomas y en aguas subterráneas pozos o aljibes. ➢La aducción: Tuberías que llevan el agua hasta el desarenador.

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

➢Desarenador: Son tanques cuya función es separar las arenas y elementos sólidos que lleva el agua en su recorrido. No todos los acueductos cuentan con este componente.

➢Obras de conducción: Este componente está constituido por las tuberías o mangueras que conducen nuevamente el agua a la planta de tratamiento (sí la hay) o al tanque de almacenamiento y a la red de distribución

➢Planta de tratamiento: Es el componente que realiza la función de purificación y potabilización del agua.

➢Tanques de almacenamiento: Una vez el agua sea potable, esta se almacena en tanques, esto permite disponer de reservas de agua. Debido a que el consumo de la población no es constante, sino que varía según la hora del día, el tanque regula las variaciones del consumo. La función básica del tanque es almacenar agua en las horas que se consume menos, de tal forma que en el momento en que la demanda es mayor el suministro se completa con el agua.

➢Sistemas de distribución y conexiones domiciliarias: Son el conjunto de tuberías o mangueras encargadas de llevar el agua hasta cada vivienda10 .

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

➢Bombeo. “La bomba es un dispositivo empleado para elevar el agua u otro líquido, puesto que son herramientas que agrega al flujo y añaden energía a los líquidos, intercambiando energía a través del movimiento de los álabes. Una bomba no desarrolla ninguna energía propia. Simplemente transfiere la fuerza de una fuente de energía, para poner en movimiento un líquido.

➢ Condiciones Topográficas, Geotécnicas Y Sísmicas. Son estudios previos que deben proveer información topográfica, geotécnica y sísmica del municipio, planos de catastro de la infraestructura de otros servicios públicos, planos en la red vial, planos IGAC a escala 1:2000 (si existen) y fotografías aéreas que incluyan el área a ser servida, así como las características del subsuelo en la zona donde se realizara el trazado de la red de distribución.

PERIODO DE DISEÑO.

Cuando se trata de diseñar un sistema de abastecimiento de agua potable, es obligatorio fijar la vida útil de todos los componentes del sistema.

Se denomina periodo económico del proyecto al numero de años para el cual se diseña una obra de abastecimiento de agua potable considerando que durante ese periodo se proporcionara un servicio de calidad y eficiente, sin incurrir en costos innecesarios y

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

optimizando la economía del proyecto sin descuidar los elemento técnicos y de sostenibilidad.

El periodo económico de proyecto se define basado en el requerimiento previsible de la población el monto de las inversiones y las necesidades de operación. Su elección debe apoyarse en un estudio previo de posibilidades financieras de la población, de la vida útil estimada para los materiales y del equipo para operar el sistema.

Factores de importancia en esta determinación son:

1.- Vida útil de las estructuras y equipo tomados en cuenta obsolescencia, desgaste y daños. A continuación se indican los periodos de diseño económico recomendables de los elementos y componentes de un sistema de abastecimiento de agua potable:

Período de diseño económico para las estructuras de los sistemas Características Especiales

Tipo de Estructura

Período de Diseño (Años)

Presas,

25 – 50

ductos Difíciles y costosos de agrandar

grandes Pozos,

tanques, a)

Fáciles

de

ampliar

cuando

el

20 – 25

equipos de bombeo, crecimiento y las tasas de interés son plantas potabilización

de bajas. Menor del 3% anual b) Cuando el crecimiento y las tasas de

10 – 15

interés son altas. Mayor del 3% anual 36

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Tuberías mayores de Reemplazar tuberías pequeñas es más 21”

(300mm)

20 – 25

de costoso a largo plazo

diámetro Laterales

y

secundarias

tuberías Los

requerimientos

pueden

cambiar

menores rápidamente en áreas limitadas

Para el desarrollo

de 12” (252 mm) de

completo

diámetro Alcantarillas

-

40 - 50

Fuente:

Período de diseño económico de los elementos Tipos de componentes

Periodos de diseño en años

Pozos excavados

10

Pozos perforados

15

Captaciones

superficiales

y

20

manantiales Desarenador

20

Filtro lento

20

Líneas de conducción

15

Tanque de almacenamiento

20

Red de distribución

15

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

 Ampliaciones futuras y planeaciones de las etapas de construcción del proyecto.

 Cambios en el desarrollo social y económico de la población: La fijación de un período económico esta íntimamente ligado a factores económicos y su asignación esta ajustado a criterios económicos, los cuales están regidos por los costos de construcción que inducirán a mayores o menores periodos de inversión, para atender la demanda que el crecimiento poblacional obliga.

 Comportamiento hidráulico: El análisis hidráulico de las obras cuando no estén funcionando a su plena capacidad.

 Tendencias de crecimiento de la población: el crecimiento poblacional es función de factores económicos y sociales. Un sistema de abastecimiento de agua debe de propiciar y estimular el desarrollo, no de frenarlo. De acuerdo a las tendencias de crecimiento de la población es conveniente elegir periodos de diseño más largos para crecimientos lentos y viceversa

 Posibilidad de financiamiento y tasa de interés: basado en estimaciones de tasa de interés y de costo capitalizado para que pueda aprovecharse máximo la inversión hecha. Esto implica el conocimiento del crecimiento de población y la fijación de una capacidad de servicio del acueducto para diversos años futuros, con lo cual se podría obtener un periodo de obsolescencia, al final del cual se requerirá una nueva inversión o una ampliación del sistema actual 38

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

MARCO NORMATIVO:

PRESENTACIÓN

DECRETO 1594 DE 1984

TITULO

Uso del agua y Residuos líquidos.

OBJETO Artículo 1: Cuando quiera que el presente Decreto se refiera a recurso, se entenderá por tal las aguas superficiales, subterráneas, marinas y estuarinas, incluidas las aguas servidas. Artículo 2: La sigla EMAR utilizada en el presente Decreto, corresponde a entidad encargada del manejo y administración del recurso. Artículo 3: Entiéndese por entidad encargada del manejo y administración del recurso (EMAR), aquella que tenga asignadas esas funciones por la ley o por delegación, como el INDERENA, el HIMAT en los distritos de riego, las Corporaciones Autónomas Regionales de Desarrollo y la Dirección Marítima y Portuaria, DIMAR. Artículo 4: Los criterios de calidad establecidos en el presente Decreto, son guías para ser utilizados como base de decisión en el ordenamiento, asignación de usos al recurso y determinación de las características del agua para cada uso. Artículo 5: Entiéndese por tratamiento convencional para potabilizar las aguas, los siguientes procesos y operaciones: coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. ARTICULO 2o. Las disposiciones del presente decreto son de orden público y de obligatorio cumplimiento y con ellas se regulan las actividades relacionadas con la calidad del agua

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

DECRETO 475 DEL 16 DE MARZO DE 1998

Resolución 2320 del 27 de Noviembre del 2009

Normas técnicas de la calidad de agua potable

Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico -RAS

potable para consumo humano. ARTICULO 3o. El agua suministrada por la persona que presta el servicio público de acueducto, deberá ser apta para consumo humano, independientemente de las características del agua cruda y de su procedencia. PARAGRAFO. Los usuarios propenderán por mantener en condiciones sanitarias adecuadas las instalaciones de distribución y almacenamiento de agua para consumo humano a nivel intradomiciliario. ARTICULO 4o. Las personas que prestan el servicio público de acueducto, son las responsables del cumplimiento de las normas de calidad del agua potable establecidas en el presente decreto, y deben garantizar la calidad del agua potable, en toda época y en cualquiera de los puntos que conforman el sistema de distribución ARTÍCULO 1.- Modificar el artículo 67 de la Resolución 1096 de 2000, el cual quedará así: “ARTÍCULO 67.DOTACIONES: Las dotaciones para la determinación de la demanda de los sistemas de acueducto y alcantarillado serán las siguientes: DOTACION NETA MÁXIMA. Es la cantidad máxima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. Siempre que existan datos de consumo histórico confiables para el municipio o distrito, la dotación neta máxima a utilizar en el diseño de un nuevo sistema de acueducto o la ampliación del sistema existente debe basarse en dichos datos.



Artículo 1



Artículo 2º. Ámbito de aplicación. La presente

resolución

aplica

a

los

prestadores de los servicios públicos

Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico -RAS

de acueducto, alcantarillado y aseo, a las

entidades

formuladoras

de

proyectos de inversión en el sector, a los entes de vigilancia y control, a las

RESOLUCIÓN 0330 DEL 2017

entidades territoriales y las demás con funciones en el sector de agua potable y saneamiento básico, en el marco de la Ley 142 de 1994



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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

FUENTE:

IDENTIFICACIÓN DEL MUNICIPIO:

Nombre del municipio: Paz de Ariporo

Geografía:

Límites del municipio:

Paz de Ariporo está situada al noreste del Departamento de Casanare, con una extensión aproximada de 13.800 km2, convirtiéndose en uno de los municipios más extensos del país y representa el 27.14% de la superficie Departamental. La altura aproximada es de 270 m.s.n.m., y está a una distancia de 90 km de Yopal y 426 km de Bogotá. Limita al norte con el Municipio de Hato Corozal, al este con los Departamentos de Arauca y Vichada, al sur con el Municipio de Trinidad y al oeste con los Municipios de Pore y Támara.

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Extensión total: 13800 Km2 Extensión área urbana: 6.5 Km2 Extensión área rural: 13793.5 Km2 Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 340 m.s.n.m Temperatura media: 28º C Distancia de referencia: a 96 km de Yopal y 456 km de Bogotá.

 Método Aritmético:

Este método supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. , en consecuencia, el aumento de la población es constante e independiente del tamaño de ésta, el crecimiento es lineal. Si P es la población y T es el tiempo entonces: 42

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

𝑑𝑝 𝑑𝑇

= 𝐾𝑎

dp =kadT

Integrando los límites del último censo (Uc) y el censo inicial (ci), se tiene:

𝑘𝑎 =

𝑃𝑢𝑐−𝑃𝑐𝑖 𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖

En donde:

Ka= Pendiente de la recta. Puc= Población del último censo. Tuc= Año del último censo. Pci= Población del censo inicial. Tci= Año del censo inicial.

Podrá tomarse un valor de Ka promedio entre los censos o un ka entre el primer censo y el último censo disponible. Por tanto, la ecuación de la proyección de la población será:

Pf = Puc + ka (Tf –Tuc)

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En donde:

Pf = Población proyectada. Tf = Año de proyección.

El método de la proyección lineal es completamente teórico y rara vez se da el caso que en una población se presente este tipo de crecimiento.

EJEMPLO DE LA PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN DE PAZ DE ARIPORO:

Se recolectaron los datos demográficos de la población, en especial los censos que se encuentran en la base de datos del DANE del municipio de Paz de Ariporo, en donde se tomo el rango de los censos entre el último censo (2005) y el censo inicial (1973), se determina el incremento anual de la población de esta manera:

AÑO

POBLACIÓN

1973

10.377

1986

18.701

1993

23.477

2005

27.122

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

𝑘𝑎 =

𝑃𝑢𝑐−𝑃𝑐𝑖 𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖

𝐾05 − 73 =

𝑃2005 − 𝑃1973 27.122 − 10.377 = = 523,281 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 𝑇05 − 𝑇73 2005 − 1973

𝐾05 − 86 =

𝑃2005 − 𝑃1986 27.122 − 18.701 = = 443,210 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 𝑇05 − 𝑇86 2005 − 1986

Para este valor de K se proyecta la población a cada uno de los años del horizonte del proyecto. Se muestra el cálculo para el año 2019.

AÑO PROYECCIÓN

2019 2024 2029 2034 2039 2044 -

La ecuación que se emplea es:

Pf = Puc + ka (Tf –Tuc) Pf2019 = 𝑃2005 + 𝑘05 − 73 (𝑇19 − 𝑇05) = 27.122 + 523,281 (2019 − 2005) = 34448 Hab Pf2024 = 𝑃2005 + 𝑘05 − 73 (𝑇24 − 𝑇05) = 27.122 + 523,281 (2024 − 2005) = 37064 hab TABLA DE RESULTADOS: 45

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

POBLACION PROYECTADA: Pci

K

2019

2024

2029

2034

2039

2044

1973

523,28

34448

37064

39681

42297

44914

47530

1986

443,21

33327

35543

37759

39975

42191

44407

1993

303,75

31375

32893

34412

35931

37450

38968

PROMEDIO

423,41

33050

35167

37284

39401

41518

43635

Los resultados son pertenecientes a los cálculos de método Aritmético, establecidos en la tabla de población proyectada donde se muestra con sus ejemplos la aplicación de las ecuaciones en este dos casos, con el fin de sustentar los valores de la tasa de crecimiento de la población de Paz de Ariporo en la medida siguiente para cada uno de los censos de cada

año expuesto, siendo así se pone en evidencia la grafica

proporcional constante entre la población y el tiempo.

PROYECCIÓN MÉTODO ARITMÉTICO PAZ DE ARIPORO 50000 45000

POBLACION

40000 35000 30000 25000 20000 15000

10000 5000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

AÑOS

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

GRAFICA 1: En esta grafica podemos observar un crecimiento de población del año 1973 al 2044 Método Aritmético.

 Método Geométrico:

Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades y el aumento de la población es proporcional al tamaño de ésta, en este caso el patrón de crecimiento será.

 La ecuación que se emplea es:

𝑷𝒇 = 𝑷𝑼𝑪 ∗ (𝟏 + 𝒓)𝑻𝒇−𝑻𝒖𝒄

 La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera: 𝟏

𝑷𝒖𝒄 𝑻𝒖𝒄−𝑻𝒄𝒊 𝒓=( −𝟏 ) 𝑷𝒄𝒊

Aplicamos el mismo procedimiento de método lineal. 47

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Determinamos r para el periodo 1973 – 2005:

1

1

𝑃05 T05−T73 27,122 (2005−1973) 𝑟05 − 73 = ( ) =( ) − 1 = 0,03048 𝑃73 10.377

Calculando la población con el factor r determinado para el periodo de 1973 -2005

𝑃2019 = 𝑃2005(1 + 𝑟)𝑇19−𝑇05 27,122 ∗ (1 + 0,03048)2019−2005 = 41293 𝐻𝑎𝑏

Con el análisis de sensibilidad, determinando el factor r para el periodo 1986 -2005

1

1

𝑃05 T05−T86 27,122 (2005−1986) 𝑟05 − 86 = ( ) =( ) − 1 = 0,01976 𝑃86 18.701

Calculando la población con el factor r determinado para el periodo de 1986 -2005

𝑃2019 = 𝑃2005(1 + 𝑟)𝑇19−𝑇05 27,122 ∗ (1 + 0,01976)2019−2005 = 35669 𝐻𝑎𝑏

TABLA DE RESULTADOS:

POBLACIÓN PROYECTADA 48

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Pci

R

2019

2024

2029

2034

2039

2044

1973

0,03048

41292

47980

55752

64782

75275

87467

1986

0,01976

35669

39335

43378

47836

52753

58175

1993

0,01210

32096

34085

36198

38441

40824

43354

PROMEDIO

0,02078

36352

40467

45109

50353

56284

62999

Estos son los resultados pertenecientes a los cálculos de método Geométrico hechos en Excel, teniendo en cuenta los dos tipos de ecuación utilizados para el proceso de los resultados en la tabla de proyección de la población, donde se analiza la tasa de crecimiento anual, con el fin de sustentar el desarrollo de la población del municipio Paz de Ariporo, siendo proporcional al tamaño de expansión de área, determinado con los censos de cada año que va procediendo.

PROYECCIÓN MÉTODO GEOMÉTRICO PAZ DE ARIPORO 70000 60000

POBLACION

50000 40000 30000

20000 10000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

AÑOS

49

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

GRAFICA 2: En esta grafica se evidencia un tasa crecimiento anual de los habitantes del municipio de Paz de Ariporo, del año 1973 al 2044 en el método de proyección geométrico.

 Método Logarítmico:

La utilización de este método requiere conocer por los menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y poseen abundantes áreas de expansión y la población se proyecta a partir de la siguiente ecuación:



La ecuación empleada por este método es la siguiente:

𝑲=

𝑰𝒏 𝑷𝒄𝒑 − 𝑰𝒏 𝑷𝒄𝒂 𝑻𝒄𝒑 − 𝑻𝒄𝒂

Indice Cp = censo posterior. Indice Ca= censo anterior.



Donde k es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el promedio de las tasas calculadas para cada par de censos, así:

𝑷𝒇 = 𝑷𝒄𝒊 ∗ 𝒆𝒌𝒈(𝑻𝒇−𝑻𝒄𝒊) 50

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Ejemplo: 𝐾𝑔86 − 73 =

(18.701) − (10.377) 𝐼𝑛 𝑃86 − 𝐼𝑛 𝑃73 = = 0,0453. (1986) − (1973) 𝑇86 – 𝑇73

𝐾𝑔93 − 86 =

(23.477) − (18.701) 𝐼𝑛 𝑃93 − 𝐼𝑛 𝑃86 = = 0,033. (1993) − (1986) 𝑇86 – 𝑇73

Determinamos la proyección de la población para el diseño:

𝑃𝑓2019 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒 𝑘𝑔(𝑇19 –𝑇73) = 10.377 ∗ 𝑒 (1.030392)(2019−1973) = 41137 𝐻𝑎𝑏.

𝑃𝑓2044 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒 𝑘𝑔(𝑇44 –𝑇73) = 10.377 ∗ 𝑒 (1.030392)(2044−1973) = 86961 𝐻𝑎𝑏.

TABLA DE RESULTADOS:

POBLACION AÑO

PROYECTADA

2019

41137

2024

47781

2029

55497

51

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

2034

64460

2039

74870

2044

86961

Estos son los resultados pertenecientes a los cálculos de método logarítmico, formados en Excel, se emplea los dos tipos de ecuación manejados para el proceso de los resultados en la tabla de proyección de la población, donde se observa la tasa de crecimiento, de acuerdo al desarrollo de áreas de expansión con el fin de sustentar el crecimiento de la habitantes del municipio Paz de Ariporo, proporcional a los censos de cada año.

PROYECCIÓN MÉTODO LOGARÍTMICO PAZ DE ARIPORO 100000 90000 80000

POBLACIÓN

70000 60000 50000

40000 30000 20000 10000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

AÑOS

Grafica 3: En esta grafica se evidencia el promedio de la tasa de crecimiento de la población en el año 1973 al año 2044 con método de proyección logarítmico.

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Método wappus: La ecuación de proyección de población por el método de wappus es el siguiente:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ⌈

200+𝑖 ( 𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑖) 200−𝑖 (𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑖)

⌉

En donde la tasa de crecimiento se calcula a partir de la expresión:

𝑖=

200(𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖) (𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖)(𝑃𝑢𝑐 + 𝑃𝑐𝑖)

Ejemplo:

 En donde la tasa de crecimiento será:

53

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

𝑖05 − 73 =

200(P05 − P73) 200(27,122 − 10,377) = = 2,79091 (T05 − T73)(P05 + P73) (2005 − 1973)(27,122 + 10,377)

𝑖05 − 86 =

200(P05 − P86) 200(27,122 − 18,701) = = 1,93445 (T05 − T86)(P05 + P86) (2005 − 1986)(27,122 + 18,701)

 La población proyectada para el 2019:

200 + 𝑖 05 − 73(𝑇19 − 𝑇73) 200 + 2,79091(2019 − 1973) 𝑃2019 = 𝑃1973 [ ] = 10,377 [ ] = 47580 ℎ𝑎 200 − 𝑖 05 − 73(𝑇19 − 𝑇73) 200 − 2,79091(2019 − 1973)

𝑃2019 = 𝑃1986 [

200 + 𝑖 05 − 86(𝑇19 − 𝑇86) 200 + 1,93445(2019 − 1986) ] = 18,701 [ ] = 36.236 ℎ𝑎 200 − 𝑖 05 − 86(𝑇19 − 𝑇86) 200 − 1,93445(2019 − 1986)

TABLA DE RESULTADOS :

POBLACIÓN PROYECTADA: Pci

I

2019

2024

2029

2034

2039

2044

1973

2,79091

47580

61606

84587

129124

252330

2238710

1986

1,93445

36236

40437

45333

51114

58041

66495

1993

1,20062

32161

34213

36422

38807

41389

44195 54

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

PROMEDIO

1,97532

34198

37325

40877

44960

49715

55345

Estos son los Resultados pertenecientes a los cálculos de método wappus hechos en Excel. Se trata los dos tipos de ecuaciones usadas para los resultados en la tabla de proyección de la población, donde se observa la tasa de crecimiento poblacional, de acuerdo con el análisis de sensibilidad, manteniendo el censo final constante, en el cual sustenta el crecimiento de la habitantes del municipio Paz de Ariporo, a escala de los censos de cada año.

PROYECCIÓN MÉTODO WAPPUS PAZ DE ARIPORO 60000

50000

Poblacion

40000

30000

20000

10000

0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

Años

GRAFICA 4: En esta grafica se evidencia un crecimiento de los habitantes del municipio de Paz de Ariporo del año 1973 al 2044 en el método de proyección Wappus.

55

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Proyección final: Tomando los resultados finales de los métodos aplicados representa la siguiente tabla con el promedio de las proyecciones para cada año.

AÑO

ARITMETICO

GEOMETRICO

LOGARITMICO WAPUS PROMEDIO

2019

33050

36352

41137

34198

36184

2024

35167

40467

47781

37325

40185

2029

37284

45109

55497

40877

44692

2034

39401

50353

64460

44960

49794

2039

41518

56284

74870

49715

55597

2044

43635

62999

86961

55345

62235

56

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

POBLACIÓN

PROYECCIÓN MÉTODOS DE DISEÑO DE POBLACIÓN PAZ DE ARIPORO 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 2019

2024

2029

2034

2039

2044

AÑOS ARITMETICO

GEOMETRICO

LOGARITMICO

WAPUS

PROMEDIO

CONSUMO DE AGUA: 

Definición del Consumo Total

El complemento para determinar el caudal de diseño de un acueducto es la determinación del consumo total de agua o dotación bruta. El consumo es el volumen de agua utilizado por una persona en un día y se expresa por lo general en litros por habitante por día (L/hab.*día)

La determinación del consumo total se debe hacer según datos estadísticos del 57

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

consumo pasado y presente de la población (en el caso de que se disponga de esta información), o si no, basándose en estos mismos datos de otras poblaciones vecinas con características similares desde la óptica de los factores determinantes del consumo. Cuando no sea posible obtener datos de la comunidad en cuestión o de comunidades vecinas, habrá que asignar valores típicos a cada uno de los usos del agua, según la desagregación que se haga del consumo.

El consumo total de un municipio se puede dividir en: 

Consumo Neto



Perdidas del Agua

FACTORES DETERMINANTES DEL CONSUMO

 Temperatura Debido a las condiciones propias de la actividad del ser humano, mientras mayor sea la temperatura, mayor será el consumo de agua.

 Calidad de Agua El consumo de agua será mayor en la medida en que las personas tengan la seguridad de una buena calidad de agua. (domestico, industrial).

 Características Sociales y Económicas El consumo de agua depende también en buena parte del nivel de educación y del 58

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

nivel de ingresos de la población.

 Servicio Alcantarillado El hecho de disponer de una red de alcantarillado incrementa notablemente el consumo de agua potable, en comparación con sistemas de evacuación de excretas primarios como letrinas, o donde no existe ningún sistema y la disposición se hace al aire libre; en estos casos extremos, el consumo puede variar desde 300 L/hab.*día para grandes ciudades hasta 40 L/hab.* día para poblaciones sin servicio de alcantarillado.

Presión en la Red de Distribución de Agua Si se tienen altas presiones en la red, habrá mayores desperdicios en el consumo doméstico al abrir las llaves de los lavamanos, las regaderas y otros elementos. Igualmente, se puede presentar un mayor número de rupturas de tubos dentro del domicilio o en la misma red de distribución, aumentando así el volumen de agua perdida.

 Administración Una administración eficiente controlará mejor el consumo de agua reduciendo las fugas y desperdicios, y vigilando las conexiones clandestinas.

 Medidores y Tarifas Al instalar un sistema nuevo de acueducto, puede que un principio no se instalen medidores y tampoco se cobre por el uso del agua. Con el tiempo, el consumo se 59

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

incrementa, y se instalan medidores, lo cual causa un impacto psicológico en los usuarios, por lo que el consumo disminuye. Posteriormente el consumo aumenta y es entonces necesaria la implantación de un sistema de tarifas para racionalizar el consumo de agua.

60

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

EJEMPLO DE CÁLCULO DE CONSUMO Y CAUDAL:

A continuación se utilizo el ejemplo de la tabla de los cuatro métodos aplicados de la proyección de la población del municipio de Paz de Ariporo, se adopto los valores promedios durante cada censo hacia los años de proyección.

AÑO

PROMEDIO

2019

36184

2024

40185

2029

44692

2034

49794

2039

55597

2044

62235

 PROYECCIÓN DE CONSUMO:

La proyección de consumo se realiza suponiendo que la dotación neta se incrementa en un 10% del incremento de la población. La meta de reducción dependidas es del 15% al final del periodo de diseño adoptando los valores intermediarios para los otros años. 61

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

CONSUMO NETO El consumo neto o dotación neta es la cantidad de agua usada efectivamente en cada una de las actividades que se realizan en una comunidad.

Los valores pueden tener variaciones en la medida en que se adopten planes de uso racional de agua. El aseo personal y la descarga de sanitarios tienen un peso muy importante dentro del consumo residencial, lo cual ha llevado al diseño de sanitarios de bajo volumen de descarga y de adaptadores para lavamanos y regaderas. La Resolución No. 0330 de 2017 Por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS y se derogan las resoluciones 1096 de 2000, 0424 de 2001, 0668 de 2003, 1459 de 2005, 1447 de 2005 y 2320 de 2009, establece en su artículo 43: Dotación Neta Máxima. La dotación neta debe determinarse haciendo uso de información histórica de los consumos de agua potable de los suscriptores, disponible por parte de la persona prestadora del servicio de acueducto o, en su defecto, recopilada en el Sistema Único de Información (SUI) de la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD), siempre y cuando los datos sean consistentes. En todos los casos, se deberá utilizar un valor de dotación que no supere los máximos establecidos en la Tabla 1.

Tabla No. 1 Dotación máxima por habitante según la altura sobre el nivel de mar de la zona atendida

62

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Altura Promedio

Dotación neta

Sobre el Nivel del

máxima

Mar de la Zona

(L/hab•día)

Atendida >2000 m.s.n.m.

120

1000 – 2000 m.s.n.m.

130

<1000 m.s.n.m.

140

PÉRDIDAS  Pérdidas en la Aducción (Agua Cruda) Debe establecerse un nivel de pérdidas en la aducción antes de llegar a la planta de tratamiento. El nivel de pérdidas en la aducción debe ser inferior al 5%.

 Necesidades de la Planta de Tratamiento Debe considerarse entre 3% y 5% del caudal medio diario para atender las necesidades de lavado de la planta de tratamiento.

 Pérdidas en la Conducción (Agua Tratada) Debe establecerse el nivel de pérdidas en la conducción expresa después de la planta de tratamiento y antes del comienzo de la red de distribución. Esta cantidad debe ser un porcentaje del caudal medio diario, el cual debe ser inferior al 5%.

 Pérdidas Técnicas en el Sistema de Acueducto 63

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Las pérdidas técnicas corresponden a la diferencia entre el volumen de agua tratada y medida a la salida de la(s) planta(s) potabilizadora(s) y el volumen entregado a la población medido en las acometidas domiciliarias del municipio.

Para estimar el porcentaje de pérdidas técnicas deben tenerse en cuenta los datos registrados disponibles en el municipio sobre pérdidas de agua en el sistema de acueducto desde la(s) planta(s) potabilizadora(s), incluida los consumos operaciones en la red. Dotación Bruta Es la cantidad máxima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante considerando para su cálculo el porcentaje de pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto.

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =

𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎 1 − %𝑝

64

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Cuenca del rio Muese:

La Hidrografía del Municipio de Paz de Ariporo se caracteriza por gran cantidad de ríos, caños, lagunas y esteros que determina toda la actividad humana. También tenemos los ríos El Ariporo, el Muese, Aguas Claras, Leche Miel, Vainillal, El Boro y El Guarataro. Tiene una altitud media de 340 m.s.n.m.

65

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

TABLA DE CÁLCULO DE CONSUMO:

INCREMENTO

DOTACION

POBLACION

DOTACION PERDIDAS

INCREMENTO

DOTACION

36184

ADOPTADA

NETA 140

25%

186,67

9,95%

1,00%

141,39

23%

182,98

10,08%

1,01%

142,82

19%

176,19

10,25%

1,02%

144,28

18%

175,65

10,44%

1,04%

145,79

17%

174,95

10,67%

1,07%

147,34

15%

172,75

40185

44692

49794

55597

62235

66

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

CAUDALES DE DISEÑO Con el fin de diseñar las diferentes estructuras hidráulicas del sistema de acueducto, es necesario calcular el caudal apropiado, el cual debe combinar las necesidades de la población de diseño y los costos de la construcción de un acueducto para un caudal excesivo.

 Caudal Medio Diario El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación: 𝑄𝑚𝑑 =

𝑝. 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 86400

CAUDALES DE DISEÑO DIARIO: AÑO

POBLACION

DOTACION

Q.M/d LPS

BRUTA

2019

36184

186,67

78,18

2024

40185

182,98

85,10

2029

44692

176,19

91,14

2034

49794

175,65

101,23

2039

55597

174,95

112,57

2044

62235

172,75

124,43 67

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

EJEMPLO DE LOS CAUDALES DE DISEÑO DE PAZ DE ARIPORO:

𝑄𝑚𝑑 =

𝑃2019. 𝑑𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 36184 ∗ 186,67 = = 78,18 86400 86400

 Caudal Máximo Diario

El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1.

El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación: QMD =QMD·k1

68

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

CALCULO DE CAUDAL MEDIO DIARIO: AÑO

Q.M/d K1

Q.M/d LPS LPS

2019

1,2

78,18

93,81

2024

1,2

85,10

102,13

2029

1,2

91,14

109,36

2034

1,2

101,23

121,47

2039

1,2

112,57

135,09

2044

1,2

124,43

149,32

EJEMPLO DEL CÁLCULO MEDIO DIARIO:

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝐾1 = 78,18 ∗ 1,2 = 93,81

 Caudal Máximo Horario El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, según la siguiente ecuación

QMH =QMD·k2 69

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

CALCULO MAXIMO HORARIO: AÑO

Q.M/d K2

Q.M/d LPS LPS

2019

1,5

93,81

140,72

2024

1,5

102,13

153,19

2029

1,5

109,36

164,05

2034

1,5

121,47

182,21

2039

1,5

135,09

202,63

2044

1,5

149,32

223,98

EJEMPLO DEL CÁLCULO MEDIO HORARIO:

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐻 ∗ 𝐾2 = 93,81 ∗ 1,5 = 93,81

.

70

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

CAUDALES FINALES 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 2019 CAUDALES FINALES. Qmd

2024

2029 CAUDALES FINALES. QMD

2034

2039

2044

CAUDALES FINALES. QMH

GRAFICA 5: En esta grafica se evidencia un aumento del consumo de agua tanto del caudal diario como el horario por los habitantes del municipio de Paz de Ariporo, del año 2019 al 2044 en el método de diseño de caudales.

VARIACIÓN DE LOS FACTORES DE MAYORACIÓN (K1 Y K2)

 Coeficiente de Consumo Máximo Diario - K1 El coeficiente de consumo máximo diario, k1, se obtiene de la relación entre el mayor consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en un período mínimo de un año.

En caso de sistemas nuevos, el coeficiente de consumo máximo diario, k1, depende del número de habitantes proyectado para la población, como se establece en la tabla. 71

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

Coeficiente de consumo máximo diario, k1, según número de habitantes

Número de habitantes

Coeficiente de consumo máximo diario - k1

Menores o iguales a 12.500 hab.

Máximo 1.30

Mayores a 12.500 hab.

Máximo 1.20

 Coeficiente de consumo máximo horario con relación al consumo máximo diario - k2 El coeficiente de consumo máximo horario con relación al consumo máximo diario, k2, puede calcularse, para el caso de ampliaciones de sistema de acueducto, como la relación entre el caudal máximo horario, QMH, y el caudal máximo diario, QMD, registrados durante un período mínimo de un año, sin incluir los días en que ocurran fallas relevantes en el servicio.

En el caso de sistemas de acueductos nuevos, el coeficiente de consumo máximo horario con relación al consumo máximo diario, k2, es en función del número de habitantes proyectado para la población, como se establece en la tabla.

Coeficiente de consumo máximo horario, k2, según número de habitantes proyectado para la población 72

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Coeficiente de Número de

consumo

habitantes

máximo diario k1

Menores o iguales a

Máximo 1.60

12.500 hab. Mayores a 12.500 hab.

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Máximo 1.50

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CONCLUSIONES:

 Aprendimos de los cálculos empleados de los distintos método del periodo de diseño, ya que en el crecimiento poblacional es predecible a futuro con los censos establecidos en el que obtuvo un final constante de habitantes durante los años de proyección, en el área del municipio de la Paz de Ariporo, quienes recibirán una red de captación,

distribución del sistema de agua potable para garantizar el

consumo efectivo del agua y su disponibilidad por tiempo completo, así mismo, asegurando el desarrollo de un ambiente sanitario adecuado para sus ocupantes.

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GLOSARIO:

ADUCCIÓN: componente a través del cual se transporta agua cruda, ya sea a flujo libre o a presión.

AGUA CRUDA: agua superficial o subterránea en estado natural; es decir, que no ha sido sometida a ningún proceso de tratamiento.

AGUA POTABLE: agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos es apta y aceptable para el consumo humano y cumple con las normas de calidad de agua.

ALMACENAMIENTO: Acción destinada a almacenar un determinado volumen de agua para cubrir los picos horarios y la demanda contra incendios

BORDE LIBRE: espacio comprendido entre el nivel máximo esperado del agua fijado por el sistema de rebose y la altura total de la estructura de almacenamiento. CAUDAL DE DISEÑO: caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado INGENIERÍA AMBIENTAL

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CAUDAL MÁXIMO DIARIO: consumo máximo durante veinticuatro horas, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.

CAUDAL MÁXIMO HORARIO: consumo máximo durante una hora, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.

CAUDAL MEDIO DIARIO: consumo medio durante veinticuatro horas, obtenido como el promedio de los consumos diarios en un período de un año. ESTACIÓN DE BOMBEO: componente destinado a aumentar la presión del agua con el objeto de transportarla a estructuras más elevadas.

FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA: depósito o curso de agua superficial o subterráneo, natural o artificial, utilizado en un sistema de suministro de agua.

FUGAS: cantidad de agua que se pierde en un sistema de acueducto por accidentes en la operación, tales como rotura o fisura de tubos, rebose de tanques, o fallas en las uniones entre las tuberías y los accesorios.

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GOLPE DE ARIETE: fenómeno hidráulico de tipo dinámico oscilatorio, causado por la interrupción violenta del flujo en una tubería, bien por el cierre rápido de una válvula o apagado del sistema de bombeo, que da lugar a la transformación de la energía cinética en energía elástica, tanto en el flujo como en la tubería, produciendo sobre elevación de la presión, sub presiones y cambios en el sentido de la velocidad del flujo.

OPTIMIZACIÓN: proceso de diseño y/o construcción para lograr la mejor armonía y compatibilidad entre los componentes de un sistema o incrementar su capacidad o la de sus componentes, aprovechando al máximo todos los recursos disponibles. Pérdidas menores Pérdida de energía causada por accesorios o válvulas en una conducción de agua.

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN: pérdida de energía causada por los esfuerzos cortantes del flujo en las paredes de un conducto.

14 PERÍODO DE DISEÑO: tiempo para el cual se diseña un sistema o los componentes de éste, en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender la demanda proyectada para este tiempo. POBLACIÓN DE DISEÑO: población que se espera atender por el proyecto, considerando el índice de cubrimiento, crecimiento y proyección de la demanda para el período de diseño.

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BIBLIOGRAFIA:  https://diario-oficial.vlex.com.co/vid/resolucion-numero-0330-2017683343657.  https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/16404/1/trabajo%20final.p df  http://www.ideam.gov.co/documents/24024/36843/Dec_1594_1984.pdf/aacbcd 5d-fed8-4273-9db7-221d291b657f  https://www.minsalud.gov.co/Normatividad_Nuevo/DECRETO%200475%20DE %201998.PDF

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