Proyecto Final - DisenÞo de Abastecimiento Envuado de Joan

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ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO


Resumen Ejecutivo.......02 Captulo 1: Antecedentes......03 Captulo 2: Estudios tcnicos generales............05 2.1 Estudio geohidrolgico.............05 2.2 Estudio topogrfico....08 Captulo 3: Memoria de clculo..13 3.1 Datos bsicos del proyecto 13 3.2 Diseo de la obra de captacin...15 3.3 Diseo de la lnea de conduccin18 3.4 Diseo de la estacin de bombeo20 3.5 Diseo de la obra de regularizacin.22 Captulo 4: Anexos....24 Captulo 5: Planos.s/p


El proyecto que se realiz consiste en el diseo de un sistema de abastecimiento de agua potable

a partir del diseo de las obras de captacin, conduccin, estacin de bombeo y regularizacin . El proyecto fue realizado para abastecer a la poblacin de la localidad Tlahuiltepa, Hidalgo, pues su demanda de agua potable ha aumentado a tal grado que el sistema actual no satisface las necesidades. Para poder perforar los pozos, se realizaron estudios especializados en el terreno, los cuales mostraron las caractersticas del acufero. Los estudios desarrollados son estudios geofsicos y geohidrolgicos y se muestran los resultados en el desarrollo del proyecto. Para poder llevar a cabo la extraccin de agua, se buscaron varias opciones de bombas centrfugas verticales tipo turbina, optando por el equipo IP 54 enclosure, pues a partir de las curvas caractersticas, se observ que este equipo proporciona la carga y gasto que requiere la poblacin. En la descarga de los equipos de bombeo se propuso el arreglo de vlvulas, las cuales estn montadas sobre una tubera de acero, siendo est la lnea de descarga. Las vlvulas se eligieron a partir de las necesidades que la lnea de conduccin muestra, y son de los siguientes tipos: vlvula de admisin y expulsin de aire, vlvula de seccionamiento o de compuerta, vlvula de desfogue, vlvula aliviadora de presin, vlvula de retencin o check y vlvula para pitometra. Por las caractersticas que muestra el fibrocemento, la lnea debe ir enterrada, por lo que se realizaron los clculos de volmenes de excavacin, plantilla, relleno compactado y relleno a volteo. En el trazo de la lnea se requiere atravesar un ro en el kilmetro 1.8, en esta zona es necesaria la instalacin en la superficie del terreno de la tubera para que cruce el cauce. La tubera se cuelga por debajo del puente siguiendo la misma trayectoria. Es importante destacar, que la tubera, al ir expuesta al ambiente, debe ser de acero pues es un material que resiste la intemperie. La lnea de conduccin finaliza en un tanque de regularizacin con descarga libre. Este tanque entregar el agua a la red de distribucin, la cual ser la encargada de suministrar el agua a cada predio.


Una parte del trazo de la lnea est aprovechando el derecho de va de una carretera, la cual permite reducir costos en permisos de propiedad. Se llev a cabo la realizacin de planos, donde se muestra la lnea de conduccin vista en planta y en perfil o altimetra. Adems de mostrar la lnea de conduccin se muestra la zona donde se encuentran los pozos y las vlvulas.

Este proyecto, busca que la localidad Tlahuiltepa, Hidalgo pueda tener un sistema de abastecimiento de agua potable suficiente, pues se ha notado un crecimiento en su poblacin y a futuro, se estima que este crecimiento demogrfico siga con un ritmo similar, por lo que el abastecimiento de agua ser insuficiente. Ocupa el 2.55% de la superficie del estado, colindando al norte con los municipios de La Misin y Tepehuacn de Guerrero; al este con los municipios de Tepehuacn de Guerrero, Molango de Escamilla, Jurez Hidalgo y Eloxochitln; al sur con los municipios de Eloxochitln y Cardonal; al oeste con los municipios de Cardonal, Nicols Flores y Jacala de Ledezma. Opta por una precipitacin de 400 1 300 mm, con un clima mayoritario semiseco semiclido, templado subhmedo con lluvias en verano, de menor humedad y semiseco templado favoreciendo a las 114 localidades Sus principales actividades primarias es la agricultura, cabe mencionar que esta rodeada de grandes y abundantes bosques, algunos matorrales y escasos pastizales; la zona urbana es escasa. Es considerable mencionar que sta localidad cuenta con el importante ro de Amajac que sirve para una zona de riego donde su agua se reparte diario por medio de canales, la ventaja que tiene este ro es que en tiempo de


sequa se aprovecha su agua para la siembra y as mismo existe una desventaja en poca de lluvias abundantes el ro se desborda ocasionando prdidas en la agricultura en la parte alta es importante mencionar que se cuenta con manantiales en todas las comunidades, de esta manera se abastecen de agua los pobladores de la zona. La educacin que se imparte es preprimaria, primaria y secundaria en las cuales trabajan maestros federales y del CONAFE (Consejo Nacional del Fomento Educativo), los cuales cubren una poblacin estudiantil de 106 alumnos de preprimaria 2030 alumnos de primaria, 338 alumnos de secundaria, en total 2474 alumnos inscritos contando con una infraestructura de 8 escuelas de preprimaria, 34 escuelas de primaria y 6 de telesecundarias. El municipio cuenta con centros de salud 12 en total, una unidad medica rural del instituto mexicano del seguro social, 5 Unidades de asistencia social de IMSS Solidaridad y 6 unidades de la Secretaria de Salud atendidas por personal mdico, pasantes, y personal paramdico cuenta con casas de salud del patrimonio indgena del valle del Mezquital y la huasteca Hidalguense, instalaciones mdicas que permiten afirmar que est cubierto este importante aspecto. En lo que respecta a vivienda es de piso de tierra en su mayora, con paredes de madera y techo de zacate colorado, caa o tejamanil algunas otras ya cuentan con paredes de madera con lodo apisonado y techado de lamina, en un mnimo porcentaje cuentan con su casa de block y techado de lamina. Cuenta con los servicios de agua potable, en drenaje la mayora de la comunidad cuenta con este servicio, las comunidades que estn en proyecto de agua entubada son dos San Francisco y Raciel Salcedo el servicio de energa elctrica se encuentra cubierto en su totalidad tanto en el municipio como en sus comunidades asimismo cuenta con alcantarillado, pavimentacin, alumbrado pblico, unidad deportiva, auditorio municipal y panten. La comunicacin fue una necesidad elemental de las tribus nhuas quienes ya utilizaban diferentes medios para comunicarse, la escritura, el grito, el mensaje a travs de personas, El acceso a este municipio es por la carretera federal numero 85, tomando la desviacin a Molango. Actualmente se construye la carretera que dar servicio a Coyocal.


Principales Sectores, Productos y Servicios Agricultura Tlahuiltepa conoce tcnicas de cultivos heredadas por las culturas otom, Chichimeca y nhuatl. La superficie de riego es de 181 has. Estos ncleos agrarios irrigables benefician a las comunidades que estn en los mrgenes de los ros Amajac, su afluente el rio Xilitla, San Andrs Miraflores, la Concordia y Amajac, se cultiva el maz y el frijol adems jitomate de cscara, cebolla, ejote, calabaza, cacahuate y papa. En la parte alta, la produccin es de autoconsumo, correspondiente a la superficie de temporal, que en su total es de 1775 has, supeditada a los regmenes pluviomtricos imprecisos, por lo que pueden presentarse siniestros tanto por exceso de humedad como por sequa, adems de la escasez de insumos agrarios para incrementar la produccin de maz, frijol, alberjon, haba y caf. Ganadera Como resumen podemos decir que la ganadera es considerada como patrimonio de la familia, en el municipio se explota en mnima cantidad el ganado bovino en dos formas, el de cra y leche as como el de engorda, tambin el ganado caprino y lanar, pueden mejorar considerablemente si se aplica programas adecuados en cra y desarrollo del ganado. Industria y Comercio En la actualidad el comercio en Tlahuiltepa tiene una actividad importante, las distintas miscelneas o tiendas de abarrotes expenden lo indispensable para las necesidades de las comunidades De acuerdo con cifras al ao 2000 presentadas por el INEGI, la poblacin econmicamente activa de 12 aos y ms del municipio asciende a 2951 de las cuales 6 se encuentran desocupadas y 2945 se encuentran ocupadas como se presenta en la Tabla 1.0:

Sector PEA Ocupada

%

TOTAL MUNICIPAL 2,945 PRIMARIO 2,099 71.3 SECUNDARIO 302 10.3 TERCIARIO 544 18.5

Tabla 1.0


El proyecto consiste bsicamente en la perforacin y equipamiento de pozos de bombeo y el transporte del agua por una lnea de conduccin hacia un tanque de regularizacin, y su alimentacin a la red de distribucin para el abastecimiento de la poblacin. Este sistema puede contar con uno o ms pozos, dependiendo de las necesidades y demanda que se tienen en la localidad en estudio. El diseo incluy una serie de estudios (que se describen ms adelante), continuando con los clculos para el diseo de los pozos y las tuberas correspondientes, adems de los tanques y equipo de bombeo seleccionado. La captacin se realizar por medio de un pozo profundo, cuyo diseo se bas en un estudio geohidrolgico y en distintos manuales de CONAGUA. Al ser captacin por medio de pozo se harn sobre la base del estudio geohidrolgico y las recomendaciones que se dan en las especificaciones del MANUAL DE DISEO DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO de la CNA, LIBRO V INGENIERA BSICA, 3A SECCIN (GEOHIDROLOGA). La tubera se dise con el gasto mximo diario considerando las condiciones topogrficas de la localidad, de tal manera que en conduccin a bombeo las prdidas por friccin en la tubera sean similares a la carga disponible. Cuando la lnea de conduccin tenga que cruza alguna va de comunicacin, cauce o accidente topogrfico importante, se propuso tubera resistente al impacto vehicular y a la intemperie, especificando en el proyecto el tipo de tubera. En cuanto al diseo de cruceros, se dibujan en el plano de la lnea de conduccin. El clculo hidrulico se llev a cabo por medio de la frmula de Darcy-Weisbach. El diseo se podr digitaliz con un programa de cmputo, que permite almacenar la base de datos y realizar el clculo hidrulico correspondiente. Para eliminar los elementos no deseados en el agua, de requerirse, se dise o selecciono equipo que garantice la potabilizacin del agua a entregar a la comunidad. Para eliminar los organismos infecciosos y prevenir la contaminacin, se estableci la desinfeccin, mediante la aplicacin de un agente desinfectante de fcil operacin y mantenimiento, acorde a las necesidades de la localidad.


2.1.- Estudio geohidrolgico: 2.1.1 Interpretacin: En el sitio de perforacin se encuentran rocas como escorias, piroclsticos, forma el corte que se presenta a continuacin en la tabla 2.2.1: LITOLOGIA DE (m) A (m) MATERIAL TIPO Arcillas lacustres limo-arenosas

00 70 I

Arenas conglomerticas 70 100 II Arenas y gravas 100 150 II Tobas arenosas 150 180 I Basaltos 180 240 III Aglomerados 240 240 III Tobas 285 300 I Basaltos 300 350 III Piroclstos medios a gruesos

350 400 II

Tabla 2.1.1 Material 1: 105 m Material II: 140 m Material III: 155m


2.1.2) Pruebas de bombeo y clculo de T y S Haciendo referencia a las ecuaciones de estado estable y flujo transiennte se hacen las siguientes suposiciones: *Gasto constante *Pozo es perforado hasta el fondo del acufero *Acufero homogneo, istropo y extensin infinita La obra de captacin consiste en la realizacin de un pozo profundo para la extraccin de agua ubicada en un acufero confinado a 37 metros de profundidad. La localizacin del pozo se realiz bajo las bases del estudio geohidrolgico y las recomendaciones especificadas en el MANUAL DE DISEO DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO de la CNA, LIBRO V INGENIERA BSICA, 3A SECCIN (GEOHIDROLOGA). El pozo profundo es de 12 pulgadas de dimetro, para lo cual se realiza una perforacin de 0.609 metros. El nivel esttico de bombeo, es decir, donde se encuentra en nivel de aguas freticas (NAF) est localizado a 3.04 metros de profundidad. En los trminos de referencia del proyecto, se aaden dos pruebas de bombeo en dos pozos de observacin, con el fin de determinar las caractersticas del acufero; suponiendo que se bombea con un equipo en ptimas condiciones, los datos suministrados se incluyen a continuacin: (Tabla 2.1.2)

Tabla 2.1.2 Informacin de los pozos de observacin.


En base a los datos obtenidos en los pozos de observacin anteriormente nombrados, se procede a obtener las caractersticas del acufero y en trminos generales el diseo de la obra de captacin.

2.1.2.1 Caractersticas del acufero confinado

El ensayo de bombeo se realiz extrayendo un gasto constante de 100 l/s en un pozo de o.4 metros de dimetro. Adems, los pozos de observacin P1 y P2 se encuentran a 10 metros y 100 metros del pozo donde se realizar la obra respectivamente. En gabinete se manejaron los datos grficamente, para ello se cont con una curva tipo de acuferos confinados, la cual se anexa al final de este documento. Se realiz la grfica con los datos obtenidos en campo para cada uno de los pozos en un papel translucido y con un sistema de ejes igual al de la curva tipo. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Tabla 2.1.3 Caractersticas de los pozos de observacin.

Con el fin de obtener las caractersticas del pozo en estudio, se aplican las ecuaciones para acufero confinado mostradas a continuacin:

4

4

0.577216 ln

2.21

3.31

Tras aplicar las ecuaciones anteriormente mostradas, se obtuvieron los siguientes resultados para cada uno de los pozos, adems se obtiene el promedio de cada uno de estos coeficientes, el cual corresponde a los coeficientes de transmisibilidad y almacenamiento del pozo en estudio:

Tabla 2.1.4 Coeficientes de transmisibilidad y almacenamiento

Piezometro 1 Piezometro 2 Promedio

T (m^2/s) 0,0065 0,0179 0,0122

S 0,0128 0,0001 0,006443318


Con los coeficientes de transmisibilidad y almacenamiento del pozo, es posible calcular el abatimiento de este con las mismas formulas mostradas anteriormente. Pero el valor de r corresponder al radio real del pozo en diseo. Adems, se debe definir el tiempo de bombeo para calcular el abatimiento y posteriormente el nivel dinmico de bombeo (NDB). Por lo anterior, se supone el caso ms desfavorable en el tiempo de bombeo, es decir, se supone como 24 horas al da. Realizado el procedimiento anterior tenemos que:

Tabla No. 2.1.5 Abatimiento y nivel dinmico de bombeo del pozo.

En la tabla anterior se puede observar que el nivel dinmico de bombeo es de 13.8648 metros de profundidad desde la superficie, el cual se obtiene sumndole al nivel esttico de bombeo el abatimiento del pozo para un tiempo de bombeo de 24 horas al da. 2.1.3) Definiciones ~Perforacin Exploratoria La perforacin exploratoria deber realizarse con barrena de 12 de dimetro hasta los 400 m de profundidad. Se colectarn muestras del material atravesado a cada 2 m de avance, en dos tantos, uno de ellos sin lavar y el otro lavado y se guardarn en frascos de 125 mililitros. ~Registro elctrico Se correr despus de que se haya concluido la perforacin exploratoria, de 3 curvas, una de medicin del potencial natural y las otras dos para medir las resistividades de las rocas en tipo normal e inverso. ~Casquillo Consiste en un tubo de 30 de dimetro, 5/16 de espesor y 30 m de longitud, colocado en agujero de 36 de dimetro, el cual deber ser cementado con una lechada de cemento compuesta por un litro de agua por cada kilo de cemento, colocada con tubera y bomba. Se considera necesario para proteger al pozo de algn hundimiento del terreno durante su construccin, dado que la zona en la que se perforar presenta un paquete de un espesor del orden de 60 m, en el que predominan arcillas.

Pozo

r (m) 0,1524

u 3,554E-08

w(u) 16,5755

t (hr) 24

a (m) 3,1018

NEB (m) 3,0400

NDB (m) 6,1418


~Contra-ademe De 24 de dimetro colocado en agujero de 29 de dimetro y cementando el espacio anular con la misma metodologa sealada para el especio anular del casquillo. Este elemento despus de colocado deber sobresalir 0.40 m del terreno natural. ~Ademe El ademe ser de 16 de dimetro y 5/16 de espesor; debiendo sobresalir de la superficie del terreno 0.50 m despus de colocado, para que se adapte al tipo de brocal que recomienda la Secretara de Salud y Comisin Nacional del Agua. La profundidad de su colocacin ser hasta los 120 m. ~Cedazo Ser de canastilla vertical y el primer tramo, donde se consigna el anteproyecto, ser colocado desde +0.50 hasta los 200 m de profundidad y tendr un dimetro de 16, de espesor y 1 mm en la abertura de las ranuras. Este tramo constituye la cmara de bombeo y tambin zona de captacin, en l se puede alojar un equipo de 10 dimetro y dada su longitud se amortiguarn los descensos medios anuales de los niveles del acufero. Para ver el trabajo del pozo se debe realizar el desarrollo y aforo, que consiste en que un equipo de bombeo 10 de dimetro y una longitud del orden de 110.00 m, con un motor de combustin interna, sea capaz de extraer un caudal de 110 litros por segundo. Considerando que con el tiempo la columna de bombeo se incrementar, es conveniente evitar que durante la colocacin del ademe ste se pegue a las paredes del agujero, ya que se propiciara el puenteo, por ello es conveniente que durante su colocacin se encuentre presente la supervisin y en el momento en que se d cuenta que se fuerza su entrada, se proceda a extraerlo y a repasar el agujero con doble rima para eliminar la obstruccin. 2.2.- Estudio topogrfico: 2.2.1.-ZONA DE CAPTACIN El levantamiento se realiz por medio de una poligonal cerrada que comprende la zona de estudio, colocando estacas a cada 10 20 m y obteniendo su nivelacin. Se configurar la zona de estudio con curvas de nivel a cada 50 cm. Se elaborarn planos dibujando la planta a la escala ms conveniente, segn sea la superficie del levantamiento.


2.2.1 .-LNEA DE CONDUCCIN -APERTURA DE BRECHAS

Esta actividad consiste en abrir una brecha con machete y hacha de un ancho entre 1 y 1.5 m segn se amerite, para poder hacer el trazo de la poligonal. Las brechas a realizar, son en monte liviano y/o monte pesado, procurando en todo momento evitar el deterioro ambiental e impacto desfavorable. -LOCALIZACIN Y TRAZO

Una vez localizado el trazo y verificado en campo, se levant la topografa de la lnea de conduccin, inicindose los trabajos en la obra de captacin y llegando al sitio de entrega. Este levantamiento deber ligarse angular y verticalmente, con el de la zona de captacin. Se efectuar con base en poligonales abiertas y por el mtodo de estada. Los levantamientos sern con estacin total. Para este trabajo es suficiente un teodolito con aproximacin de un minuto, cinta mtrica y brjula. En terrenos planos (s 4%) y pendiente uniforme, se identificarn para su posterior nivelacin, puntos a cada 500 m y todos los P.I. -LEVANTAMIENTO DE CRUCES.

Localizados los cruces areos y de infraestructura, se levantar la topografa. -NIVELACIN.

Sobre el eje del trazo definitivo se determinaron las cotas de los P.I. previamente establecidos, los trompos y en los cambios de pendiente. Las cotas se obtendrn a partir de un banco de nivel conocido, o bien se fijar un banco arbitrario, obteniendo su cota con altmetro. Estos bancos se ubicarn sobre puntos fijos fuera del eje del trazo, referenciados al cadenamiento del mismo, en los casos en que esto no sea posible, se utilizarn monumentos previamente construidos, marcando en lugar visible el nmero de banco que le corresponda, y sern uno al principio y otro al final del trazo o bien en conducciones largas a cada kilmetro. -ELABORACIN DE PLANOS.

El plano de la lnea de conduccin, se dibujar de acuerdo con las especificaciones de la CNA o el que la contratante elija, en planta a escala 1:1,000 a 1:5,000 y perfil con escalas horizontal 1:1,000 a 1:5,000 y vertical 1:100 a 1:500, incluyendo cuadro de construccin, orientacin, escala, croquis de localizacin, sello oficial de la contratante, contrasello de la empresa, nmero de contrato, fecha y firma de los responsables por la empresa.


3.1.Datos bsicos de Proyecto 3.1.1 Horizonte de planeacin

2014 !" 10 #$%$ # #$#'$

3 #$%"($!'(, #'$ , "'!'!'(, ! (!!'(+

(,$

-.-/012341567879:;57; =(> =(> =(>?

?


Esta ecuacin se puede escribir en la forma de la ecuacin de inters compuesto como:

> >1 + '@ABC Sustituyendo y despejando i: 9753 = 92641 + 'E?EAEEF

' = G97539264H? FI 1 ' = 0.010340903 ' = 1.0341%#$!$!'L'$( #$"% M"!'(

Sustituyendo la tasa de crecimiento en la ecuacin de inters compuesto para la poblacin de 2027: >EN = 97531 + 0.010340903ENAE?E >EN = 11616.977 >EN = OOPO/0;Q36;567R Por lo que, para fines del diseo del proyecto, se considerar una poblacin de 12000 habitantes. >EN = O-...0;Q36;567R 3.1.3 Demanda De acuerdo con la informacin proporcionada del municipio de Tlahuiltepa y considerando su uso de suelo, se tiene una poblacin mayormente dedicada a la ganadera. Por ste y otros aspectos se puede considerar una poblacin popular. As mismo, para el tipo de clima, a pesar de que en la mayora del municipio se presenta un ambiente semiclido, en la zona urbana se tiene un clima templado subhmedo, por lo que ser ste el que se consider para fines de diseo. Con las consideraciones anteriores y apoyndonos en la informacin de las tablas de Consumo domstico per cpita de la CONAGUA (1994), se estima la demanda:

S (L # L'! = 100 U "M# W Suponiendo que el 70% del consumo total es domstico, se tiene: SXYZ[B\]Y = 0.7S@YB^_

Residencial Media

Clido 400 230

Semiclido 300 205

Templado 250 195

Popular

130

100

185

Consumo por clase socioeconmica [l/hab/da]Clima


S@YB^_

100 U "M# W0.95 = 105.253 U

"M# W Y considerando un porcentaje de prdidas del 40% del consumo total, la demanda sera: `$L(# = S@YB^_ + >#'#

`$L(# = 105.253 a "M /#c + 0.4 G105.253 a "M /#cH d7e;58; = Of/. gPh U :i;Q8; W

Gasto de diseo

Gasto medio anual:

Z = >j`86400 =12000lMmn147.368 U "M# Wo

86400lm

pe = -.. fPh a:Rc

Gasto mximo diario: qr = Ss` Z; Ss` = 1.4`$!$# ! (Suvwx

qr = 1.4 G20.468 a"cH pyd = -h. Pzzl:/Rm

Gasto mximo horario: q{ = Ss| qr; Ss| = 1.55`$!$# ! (Suvwx

qr = 1.55 G28.655 a"cH

pyd = ff. fOz a:Rc


3.3. Diseo de la lnea de conduccin Se considerar que el tramo del cadenamiento 4+800 al 5+300 ser de tubera de alta resistencia, esto debido a la presencia de una lnea de comunicacin en ese tramo. Y utilizando el gasto mximo diario para el diseo de la lnea de conduccin, e iniciando los clculos con una velocidad propuesta de 1.5 m/s y los siguientes datos, se tiene:

QMD= 28.655 l/s QMD= 0.028655 m3/s

V= 1.5 m/s

A= 0.0191 m2 d= 0.1560 m d= 155.9587 mm

dnominal= 200 mm

A= 0.0314 m2 V= 0.9121 m/s

Ltuberia1= 4800 m Ltuberia2= 500 m Ltuberia3= 4100 m

LTotal= 9400 m Procediendo con el clculo del primer tramo de tubera, del cadenamiento 0+000 al 4+800, tenemos:

Ltuberia1= 4500 m fibrocemento= 0.02

Cota de inicio= 100 m

Cota de llegada a tramo 2= 119.5 m

he= 19.5 m hv= 0.0424 m hf= 19.08 m


Para las prdidas menores, se consideran los siguientes accesorios: 3 codos 45= 0.48 2 codos 90= 0.7

7 Junta Gibault 16.1 1 Vlvula de expulsin de aire 1.3

1 Vlvula de alivio de golpe de ariete 1.9 1 Vlvula de compuerta 1.2

Entrada 0.5 Vlvula de retencin 4.5

hm= 26.680 m

Con la suma de los valores anteriores se obtiene una carga total de:

H= 65.304 m Y calculando el valor de la sobrepresin:

hg= aV/g a= 1017.10018

hg= 94.5682 m Considerando que la vlvula de alivio de la sobrepresin generada por el golpe de ariete absorbe el 80% de sta, la tubera slo tomar el 20% de dicha carga. Haciendo los clculos pertinentes, tendremos una carga total de:

H1= 84.218 m Con dicho valor se deduce la utilizacin de una tubera de fibrocemento clase A-10. Para el segundo tramo de tubera, que ser de acero, y considerando vlvula de alivio de sobrepresin, se tiene:

Ltuberia2= 500 m Acero= 0.013

Cota de inicio= 119.5 m

Cota de llegada a tramo 3= 124 m


e= (Pd/2fs)+c

d= 20 cm fs= 1140 kg/cm2 c= 1.5 mm

CDT= 84.218 m hg= 18.914 m

P= 10.313 kg/cm2 e= 0.240 cm e= 2.405 mm

Con este valor del espesor, y consultando el Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado Y Saneamiento de la CNA, se obtuvo un espesor nominal, as como sus respectivos dimetros interior y exterior:

enominal= 9..52 mm dinterior= 200.06 mm dexterior= 219.1 mm

Teniendo ya toda la informacin necesaria se calcul la carga total. Adicionalmente, por facilidad de clculos, se consider el tramo como por impulsin a bombeo, obteniendo:

he= 4.5 m hv= 0.0424 m hf= 1.38 m

Y considerando los siguientes accesorios en el tramo, se calcularon las prdidas menores:

1 codos 90= 0.35 Junta Gibault 4.6

1 Vlvula de expulsin de aire 1.3 1 Vlvula de alivio de golpe de ariete 1.9

hm= 8.150 m


Finalmente se obtuvo una carga total de: H2= 14.070 m

Para el tercer tramo de tubera, que nuevamente ser de fibrocemento, iniciando en el cadenamiento 5+300 al 9+400, teniendo:

Ltuberia3= 4100 m fibrocemento= 0.02

Cota de inicio= 124 m

Cota de llegada a tanque regulador= 149.5 m Y calculando la carga total:

he= 25.5 m hv= 0.0424 m hf= 17.39 m

Considerando los siguientes accesorios:

2 codos 45= 0.32 4 Junta Gibault 9.2

1 Vlvula de expulsin de aire 1.3 1 Vlvula de alivio de golpe de ariete 1.9

1 Vlvula de compuerta 1.2 Vlvula de retencin 4.5

hm= 18.420 m

Se obtiene:

H3= 61.348 m Y haciendo nuevamente la misma consideracin en cuanto a la sobrepresin, tenemos:

hg= aV/g a= 1017.10018


hg= 94.5682

H= 80.261 m Por lo que igualmente ser tubera clase A-10. 3.4 Diseo de la estacin de bombeo 3.4.1 Determinacin de la longitud y dimetro de columna, cubierta y flecha Los tramos de columna, cubierta y flecha tienen una longitud de 10 pies (3.048 metros) cada uno, por lo cual se debe definir el nmero de tramos necesarios para asegurar que el arreglo se encuentre sumergido. v . #$L

}r~

.E

.??Z

.E

2,015L = 3L Con el fin de asegurar la sumergencia se agrega un tramo ms. Por lo cual, el nmero de tramos total es de cuatro. Con el valor del gasto de diseo mximo diario de 28.655 l/s se hace uso de la tabla prdidas por friccin en columna de bombeo por metro lineal, la cual se encuentra incluida en los anexos al final de este documento, se determinaron los siguientes datos de la Tabla 3.4.1:

Tabla 3.4.1. Medidas de la columna, cubierta y flecha

3.4.2 Calculo del rea anular de la columna de bombeo:

Como bien se sabe para este tipo de bomba sumergida, al interior de la columna de bombeo se encuentra la flecha, la cual est cubierta por un tipo de camisa, tambin conocida como cubierta. Por lo cual, el rea efectiva de bombeo no ser la obtenida con el dimetro de la columna, si no ser la obtenida con el dimetro resultante de la diferencia entre el dimetro de la columna y la camisa o cubierta.

Elemento/Unidad Pulgadas Metros

Longitud de columna 481,805 12,238

Dimetro de columna 6,000 0,152

Dimetro de cubierta 1,500 0,038

Dimetro de la flecha 1,000 0,025


Al tener el rea anular de la columna, por continuidad es posible calcular la velocidad del flujo en esta y a su vez la carga de velocidad. Se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 3.4.2 rea, velocidad y prdidas debidas a la friccin en la columna

Las prdidas debidas a la friccin por metro lineal anteriormente definidas en la tabla, se obtuvieron con el uso de la tabla prdidas por friccin en columna de bombeo por metro lineal en donde se define gracias al caudal de diseo mximo diario. Por lo cual, este valor de 0,034 es multiplicado por la longitud total de la columna para as obtener las prdidas debidas a la friccin totales. 3.4.3 Carga por tazn y numero de tazones:

Teniendo una carga dinmica total de 178,5492 metros, la cual se obtiene del diseo de la lnea de conduccin que se desarrollar posteriormente en este documento y mediante el uso de la curva caracterstica de bomba centrifuga tipo turbina para N = 1760 R.P.M, entrando con el gasto de diseo de 454,239 G.P.M en el eje de las X, proyectndolo hasta la curva del dimetro de impulsor deseado y all proyectando hacia el eje de las Y, se obtiene la carga H en pies para determinado impulsor, por lo que es posible obtener el nmero de tazones o impulsores necesarios para superar la anterior carga dinmica total. Adems, el punto de interseccin anteriormente nombrado provee la eficiencia de la mquina. En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos del proceso anterior, adems la curva caracterstica de bomba centrifuga tipo turbina para N = 1760 R.P.M se encuentra en los anexos al final de este documento.

rea anular (m^2) 0,0103

Velocidad de flujo (m/s) 3,4898

Carga de velocidad (m) 0,6207

hf por metro lineal 0,0340

hf total 0,4161

En la columna


Tabla 3.4.3 Numero de tazones y eficiencia.

Como se puede observar en la tabla anterior, el nmero de tazones terico necesario para vencer la carga dinmica total es de 8,7432. Es necesario definir un nmero entero, por lo cual el nmero de tazones real es igual a 9.

3.4.4 Potencia del motor:

Como bien se asumi anteriormente, la velocidad angular de los impulsores es de 1760 R.P.M., adems para este enciso se debe tener en cuenta el dimetro de la flecha obtenido, el cual es de1 pulgada 0,0254 metros. Con el uso de la tabla prdidas de H.P. en flecha de bomba vertical por metro de flecha, debidamente anexada al final de este documento, se definen las prdidas de H.P. en flecha de bomba vertical por metro de esta. Es importante tener en cuenta que la longitud de la flecha es la misma que la de la columna. Los resultados fueron los siguientes:

Tabla 3.4.4 Clculo de las prdidas en flecha de bomba vertical.

Con el fin de obtener la potencia requerida, se debe obtener previamente la potencia en los tazones, la cual viene definida por la siguiente ecuacin:

> @^ S`

76

` (#$$( Z

; $(Z

[; S`$(L; ! L $!"

Diametro de flecha (in) 1,000

N (R.P.M.) 1760,000

Prdidas por metro de flecha (HP) 0,005

Longitud de flecha (M) 12,238

Prdidas totales en flecha (HP) 0,065


Es relevante aclarar que el escalar con valor de 76, corresponde nicamente a la conversin de las unidades a H.P., por lo cual no afecta el resultado en trminos generales, ya que solo realiza la respectiva conversin. El clculo se muestra en la siguiente tabla 3.4.5:

Tabla 3.4.5 - Clculo potencia en los tazones

Con los datos obtenidos en los encisos anteriores, es posible calcular la potencia requerida, la cual est definida por la potencia de los tazones ms las prdidas mecnicas totales en flecha. Tabla 3.4.6

Tabla 3.4.6 - Clculo potencia requerida.

La potencia del motor elctrico segn la tabla seleccin cabezal de descarga empleando motor elctrico anexada al final de este documento, es de 100 H.P., cubriendo efectivamente la potencia requerida. A continuacin se muestran las especificaciones del motor segn la tabla anteriormente citada.

Tabla 3.4.7 Especificaciones del motor iem.

(kg/m^3) 1000,000

Q (m^3/s) 0,029

CDT (m) 178,549

Eficiencia 0,680

Potencia tazones (H.P.) 99,000

Potencia tazones (H.P.) 99,000

Prdidas totales en flecha (HP) 0,065

Potencia requerida (H.P.) 99,065

Potencia motor electrico (H.P.) 100,0

Base (mm) 622,0

Base (in) 24,5

Descarga (mm) 254,0

Descarga (in) 10,0

Motor iem.


3.5. Diseo de la obra de regularizacin (Tanque elevado)

El volumen de regularizacin es igual a:

s 'L $!$#$($ |'L #'!'|100 G36001000H qr

Sustituyendo

s = 209.10 + 95.40100 3.6 G28.655 "H s = 314.12L

Entrada [%] Salida [%] E - S (E-A)

0 1 100 60.60 39.40 39.40

1 2 100 61.60 38.40 77.80

2 3 100 63.30 36.70 114.50

3 4 100 63.70 36.30 150.80

4 5 100 65.10 34.90 185.70

5 6 100 82.80 17.20 202.90

6 7 100 93.80 6.20 209.10

7 8 100 119.90 -19.90 189.20

8 9 100 130.70 -30.70 158.50

9 10 100 137.20 -37.20 121.30

10 11 100 134.30 -34.30 87.00

11 12 100 132.90 -32.90 54.10

12 13 100 128.80 -28.80 25.30

13 14 100 126.60 -26.60 -1.30

14 15 100 121.60 -21.60 -22.90

15 16 100 120.10 -20.10 -43.00

16 17 100 119.60 -19.60 -62.60

17 18 100 115.10 -15.10 -77.70

18 19 100 112.10 -12.10 -89.80

19 20 100 105.60 -5.60 -95.40

20 21 100 90.10 9.90 -85.50

21 22 100 78.40 21.60 -63.90

22 23 100 71.00 29.00 -34.90

23 24 100 65.10 34.90 0

Hora


Con dicho volumen mnimo, se propondr un tanque de 5 metros de altura, por 8 metros de cada lado, con lo que se tendr una capacidad mxima de 320 m3.

http://www.arqhys.com/construccion/analisis-de-abastecimiento.html http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCoQFjAA&url

=http%3A%2F%2Fcgservicios.df.gob.mx%2Fprontuario%2Fvigente%2F740.doc&ei=qA-KU5aIFYKKqga51ID4BQ&usg=AFQjCNHr6HDvviFZiHy7eHtC9MyAjnrrtw&bvm=bv.67720277,d.b2k

Arnal Simn, Luis. Betancourt Surez, Max. Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Meli Roberto, ABASTECIMEINTO DE AGUA. Cuarta edicin.

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Proyecto Final - DisenÞo de Abastecimiento Envuado de Joan