Proyecto Integrador: Abastecimiento de Agua Potable - Universidad Autónoma de Chiapas, Apuntes de Ingeniería de Aguas y Aguas Residuales

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS

PROYECTO INTEGRADOR

2° “D”

NOVIEMBRE DEL 2019

“ABASTECIMIENTO DE AGUA

POTABLE”

PROYECTO INTEGRADOR

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

INTRODUCCIÓN

Para algunos, la crisis del agua supone caminar a diario largas distancias para obtener agua potable suficiente, limpia o no, únicamente para salir adelante. Para otros, implica sufrir una desnutrición evitable o padecer enfermedades causadas por las sequías, las inundaciones o por un sistema de saneamiento inadecuado. También hay quienes la viven como una falta de fondos, instituciones o conocimientos para resolver los problemas locales del uso y distribución del agua. Muchos países todavía no están en condiciones de alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio relacionados con el agua, con lo que su seguridad, desarrollo y sostenibilidad medioambiental se ven amenazados. Además, millones de personas mueren cada año a causa de enfermedades transmitidas por el agua que es posible tratar. Mientras que aumentan la contaminación del agua y la destrucción de los ecosistemas, somos testigos de las consecuencias que tienen sobre la población mundial el cambio climático, los desastres naturales, la pobreza, las guerras, la globalización, el crecimiento de la población, la urbanización y las enfermedades, incidiendo todos ellos. Los datos actuales sobre este servicio confirman que aún queda mucho por hacer: Más de 2.600 millones de personas en el mundo carecen de saneamiento adecuado, más del 40% de la población mundial. De ellos, 980 millones de niños y niñas carecen de acceso a las instalaciones de agua y saneamiento lo que afecta a todos los aspectos de su vida. La falta de saneamiento adecuado está asociado a la muerte de casi dos millones de niños y niñas cada año. El 88% de las muertes producidas en el mundo por diarreas, segunda causa de mortalidad infantil en el mundo, están relacionadas directamente con un déficit en el abastecimiento de agua y el saneamiento. El coste económico que suponen las mejoras en saneamiento es reducido en comparación con los beneficios que conlleva su disponibilidad efectiva. Se calcula que con una inversión anual de unos siete mil millones de euros (menos del 1% de los gastos militares mundiales en 2005) se reduciría a la mitad para 2015 el número de personas que no dispone de sistemas de saneamiento. Por cada euro invertido en saneamiento y abastecimiento, se pueden ahorrar hasta 8 euros en costos de salud y otros servicios básicos. La meta 10 del objetivo 7 de los Objetivos de Desarrollo del Milenio establece reducir a la mitad para 2015 la proporción de personas sin acceso al agua potable y a saneamiento

OBJETIVO

El objetivo de este proyecto es procurar el abastecimiento de agua apta para el consumo humano. Al cubrir una necesidad básica como el acceso al agua potable, conseguiremos que las personas se enfermen con una frecuencia mucho menor y puedan desarrollar sus actividades de trabajo con más normalidad, no tengan la necesidad de comprar medicamentos y puedan invertir ese dinero en su nutrición, trabajo, o en la formación. Con la ejecución de este proyecto se pretende satisfacer la demanda actual y futura de la población dentro de un periodo de 15 años en lo referente al servicio de agua potable, del cual se pretende tener un impacto social y económico que contribuya al desarrollo de la zona y mejorar las condiciones de salud de la población. Garantizando el suministro de Agua potable a las personas se busca los siguientes objetivos: -.Disminuir las tasas de mortalidad por enfermedades de origen hídrico. -.Provocar un impacto sanitario favorable en la población infantil, más vulnerable a las enfermedades. -.Provocar un impacto de género favorable en la población femenina e infantil al reducir su carga de trabajo. -.Disminuir la tasa de desocupación. DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS Y PERIODO ECONÓMICO DE DISEÑO Los elementos del sistema de abastecimiento de agua potable se proyectan con capacidad prevista para dar servicio durante un lapso futuro después de su instalación que se denomina periodo de diseño. Este proceder es lógico ya que no siempre se proyectan sistemas en áreas urbanas estáticas, sino que están sujetas a la dinámica del cambio de población con el transcurso del tiempo. Se entiende por periodo de diseño, el lapso en el cual se estima que las obras por construir serán eficientes. El periodo de diseño es menor que la vida útil osea el tiempo que razonablemente se espera que la obra sirva a los propósitos sin tener gastos de operación y mantenimiento elevado que hagan antieconómico su uso o que requieran ser eliminadas por insuficientes. Rebasado el proyecto de diseño, la obra continuará funcionando hasta cumplir su vida útil en términos de una eficiencia cada vez menor. Además de la vida útil y del periodo de diseño, en los aspectos de financiamiento de las obras se habla a menudo del periodo económico de diseño el que se ha definido tradicionalmente como el tiempo durante el cual una obra de ingeniería funciona “económicamente”. Sin embargo, el determinar este aspecto en un país como méxico resulta subjetivo puesto que no existen los recursos financieros para construir cada vez que

concluyan los periodos económicos de las obras en cuestión que deberían ser sustituidas de acuerdo a este criterio. por lo anterior, en estos apuntes se denominará “periodo económico de diseño” al lapso en el cual se amortiza, es decir, se paga el crédito con el cual se ejecuta el proyecto. La vida útil de las obras dependen de múltiples factores, entre los cuales los más importantes son los siguientes: A) calidad de la construcción y de los materiales utilizados en la ejecución de la obra. B) Calidad de los equipos electromecánicos y de control. C) Calidad del agua a manejar. D) Diseño del sistema. E) Operación y mantenimiento. A continuación se explica brevemente a que se refiere cada uno de estos factores. A) Calidad de la construcción y de los materiales utilizados en la ejecución de la obra: La obra civil dentro de un sistema de abastecimiento de agua potable juega un papel muy importante, ya que esta es la base para la instalación de equipos y controles, así como para el almacenamiento del agua; por ello, es muy importante realizar una construcción de buena calidad asegurando y prolongando de esta manera la vida útil de los equipos que alberga y, por ende la sistema. La obra civil generalmente tiene una duración muy superior a la obra electromecánica y de control, por lo que, en la estimación de la vida útil lo que predomina es esta última. B) Calidad de los equipos electromecánicos y de control: Como se mencionó, este equipo es el que en forma conjunta con las tuberías nos define el periodo de vida útil de la obra ya que su costo representa el mayor porcentaje del sistema. es conveniente aclarar que las tuberías tienen una vida mucho mayor que los equipos, pero no tienen la flexibilidad de estos que se pueden cambiar o modificar resolviendo el problema económico que esto implica mientras que sustituir tuberías implica rehacer el sistema. C) Calidad del agua a manejar: La calidad del agua es un factor definitivo en la duración de los equipos y materiales. como ejemplo podemos citar lo siguiente: si una agua es dura, las paredes de las tuberías se incrustaran, reduciendo su vida útil hasta un 90%, mientras que si es corrosiva reduce su vida en un tiempo que está en función de las características del agua. D) El diseño del sistema: La optimización que se haya realizado en el diseño del sistema, influirá directamente en la calidad del servicio que se prestará y en la duración de este, ya que un mal diseño hará que el sistema trabaje en condiciones desfavorables, lo que requerirá de un esfuerzo adicional para realizar su función. Este punto es más importante que los anteriores, ya que si el diseño por alguna razón quedó escaso la vida útil se disminuirá tanto como el mismo error; siendo en ocasiones este periodo más corto

E) La operación y el mantenimiento: Este factor es el más importante de todos ya que, dependiendo de la forma en el que se efectúe la operación y el mantenimiento del sistema, se acortará o prolongará el periodo del trabajo de cada uno de sus componentes. En nuestro país este factor es uno de los principales problemas en el manejo de sistemas, pues debido a la escasez de recursos y falta de preparación de los operadores y técnicos no se les da el mantenimiento preventivo que se requiere, si no es que se les da del tipo correctivo, el cual casi siempre se efectúa en forma provisional; esto aunado a que el personal en general es improvisado, termina con reducir al sistema a su más mínima expresión, dejando en operación lo indispensable nada mas para que funcione, lo que hace trabajar al sistema en las condiciones desfavorables. Por lo mencionado anteriormente es necesario tomar en cuenta las impoderantes de cada proyecto en particular para definir en forma realista el periodo de vida útil estimado de cada una de las partes que componen el sistema de agua potable. Por otra parte, para definir en forma adecuada el periodo económico de diseño, es necesario considerar los siguientes factores: 1.- La vida útil de las estructuras y equipos, tomando en cuenta el estado en el que se encuentran y lo obsoleto que lleguen a ser. 2.- La facilidad o dificultad para ampliar las obras existentes o planeadas. 3.- Previsión de los crecimientos urbanos comerciales o industriales. 4.- Tasas de intereses sobre los adeudos. 5.- Las condiciones propias del crédito en cuanto a la duración del mismo. 6.- Comportamiento de las obras durante los primeros años cuando no estarán operando a toda su capacidad. Se ha usado fijar el periodo económico de diseño con un criterio estándar que depende de la población. las recomendaciones en este sentido son las que se presentan en el cuadro: Para localidades hasta 4000 habitantes 5 años Para localidades de 4000 a 150000 habitantes 10 años Para localidades de 15000 a 70000 habitantes 15 años Para localidades de más de 70000 habitantes 20 años ANTECEDENTES En este apartado se describen todos los conceptos teóricos y herramientas que se han utilizado para realizar.

Estudios previos La primera fase de la creación de un sistema de abastecimiento de agua es la evaluación de la comunidad en la que se pretende instalar dicho sistema. Se debe realizar un reconocimiento en el que se reflejan datos objetivos, como:

• Densidad de la población local
• Materiales disponibles en la zona de trabajo
• Disponibilidad de la mano de obra cualificada
• La capacidad de los medios de transporte Por otro lado, también son necesarios datos más subjetivos, como pueden ser:
• Personas más influyentes en la comunidad.
• Reacciones y actitudes de los habitantes hacia el proyecto.
• Que las personas locales sean conscientes de los trabajos que se van a desarrollar y que tienen que contribuir con su esfuerzo personal.
• La disposición que tiene la población para entender que el proyecto solo será sostenible con la participación de todos contribuyendo a cuidar y a pagar el mantenimiento de las instalaciones. Esta información se debe obtener del mayor número de habitantes posible para poder contrastar opiniones. Una vez se haya comprobado que las poblaciones apoyan la instalación del proyecto, se debe proceder a la evaluación técnica y no antes. En conjunto, sólo se deberá proceder con la construcción del sistema si son viables ambos factores: los técnicos y los humanos.

demanda real para el abastecimiento de agua en poblaciones rurales. Las conclusiones obtenidas por este estudio son las siguientes: El consumo directo de agua apta para consumo humano diario supone acceder al menos a 5,5 L. llegando así a cubrir las exigencias más extremas. En cuanto a la cantidad de agua necesaria para la preparación de comidas, considerada fundamental, se ha considerado necesarios 2 L. al día. El agua imprescindible para asegurar una higiene adecuada también se ha considerado indispensable. El cálculo que se desarrolla para ver si nuestra fuente de agua será válida para la población en cuestión es el siguiente. Calculamos el número de habitantes de la comunidad y los multiplicamos por 30 L. por persona y día, obteniendo así la cantidad de litros que necesitará la comunidad entera en un día. A continuación, cambiamos las unidades de tiempo y pasamos de días a segundos. Al número de habitantes actuales le incluimos un coeficiente que refleja el crecimiento de población. Dependiendo del tipo de población, este factor de crecimiento variará. Ka= CONSTANTE DE INCREMENTO DE POBLACIÓN P= POBLACIÓN GASTO MÁXIMO DIARIO GASTO MÁXIMO HORARIO PÉRDIDA POR FRICCIÓN

GASTO MEDIO

VELOCIDAD

Principales tipos de fuentes

• Manantiales Los manantiales son puntos donde el agua surge a la superficie desde una fuente subterránea. Normalmente suelen tener un flujo de alrededor de 2 L/ sg. aunque pueden ser más abundantes
• Arroyos Son fuentes de agua no tan deseables, especialmente cuando corriente arriba existen poblaciones humanas o zonas de pastoreo de ganado. De todas maneras, en ocasiones las necesidades de la aldea no se pueden satisfacer por otros medios y no queda más remedio que emplear. También es una fuente de agua que cambia notablemente con la época del año en la que nos encontremos. Es muy útil preguntar a los aldeanos a cerca de los niveles que llega a alcanzar el riachuelo o arroyo en temporada de lluvias o en temporada seca.
• Grandes corrientes y ríos Son las fuentes menos deseables pues es seguro que van a ser las más contaminadas. La única ventaja es que es la mejor fuente para el empleo de arietes hidráulicos en los casos en los que se deba abastecer a poblaciones que se encuentran a mayor altitud o donde otra fuente de agua es inexistente.
• Legalidad de las fuentes

comparación de diversas muestras visualmente o con un espectrómetro (dispositivo que mide la transmisión de luz en una sustancia, para calcular concentraciones de ciertos contaminantes). Que el agua tenga un color inusual normalmente no significa un riesgo para la salud. -.La detección del olor puede ser útil, porque incluso se pueden detectar niveles bajos de contaminantes. Sin embargo, en la mayoría de los países la detección de contaminantes con olor está limitada a terminantes regulaciones, pues puede ser un peligro para la salud cuando algunos contaminantes peligrosos están presentes en una muestra. -.La cantidad total de materia suspendida puede ser medida filtrando las muestras a través de una membrana. La materia suspendida se expresa en PPM (ppm = mg/L, mg/m^3 o mg/Kg.). La identificación y la cuantificación de contaminantes disueltos se hace por medio de métodos muy específicos en laboratorios, porque éstos son los contaminantes que se asocian a riesgos para la salud.

• Análisis cuantitativos La calidad del agua también se puede determinar por una serie de análisis cuantitativos en el laboratorio, tales como pH, sólidos totales (ST), la conductividad y la contaminación microbiana. El pH es el valor que determina si una sustancia es ácida, neutra o básica, calculado el número de iones de hidrógeno presentes. Se mide en una escala de 0 a 14, en la cual el valor número 7 es neutro, los valores de pH por debajo de 7 indican que una sustancia es ácida y los valores de pH por encima de 7 indican que es básica. Cuando una sustancia es neutra el número de los átomos de hidrógeno (H+) y de oxhidrilos (OH-) es igual. Cuando el número de átomos de hidrógeno exceda el número de átomos del oxhidrilo, la sustancia es ácida. Esta es la escala de PH:

PH

INDICADOR

ACIDO

NEUTRO

BASICO

El nivel de pH tiene un efecto en muchas fases del proceso de tratamiento de las aguas y afecta a la formación de costras de las fuentes de agua. El nivel de pH se puede determinar con varios métodos de análisis, tales como indicadores del color, pH-papel o pH-metros. Los sólidos totales (ST) son la suma de todos los sólidos disueltos y suspendidos en el agua. Cuando el agua se analiza para los ST se seca la muestra y el residuo se pesa después. ST pueden ser tanto las sustancias orgánicas como inorgánicas, los microorganismos y partículas más grandes como la arena y arcilla. La conductividad es la conducción de la energía por los iones. La medida de la conductividad del agua puede proporcionar una visión clara de la concentración de iones en el agua, pues el agua es naturalmente resistente a la conducción de la energía. La conducción se expresa en Siemens y se mide con un conductivímetro. La contaminación microbiana se divide en la contaminación por los organismos que tienen la capacidad de reproducirse y de multiplicarse y los que no pueden hacerlo. La contaminación microbiana está provocada por las bacterias, y se expresa en Unidades Formadoras de Colonias (UFC), una medida de la población bacteriana.

Estudio topográfico En esta sección se pretende presentar los diferentes métodos para llevar a cabo un estudio topográfico a lo largo de una ruta propuesta para el paso de las tuberías del sistema de abastecimiento de agua. Se plantean el reconocimiento del terreno por medio de un teodolito, de un altímetro barométrico, de un nivel de Abney y de un GPS, siendo éste último en el que más profundizaremos al ser el más simple y más extendido en este tipo de construcciones de sistemas de abastecimiento de agua por gravedad. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA DE ESTUDIO Las características generales que debemos de tener como base son: · Localización. · Hidrografía. · Climas. · Orografía. · Clasificación y uso del suelo. · Flora y fauna. · Población. · Educación, cultura, recreación y deporte. · Salud. · Vivienda. · Comunicaciones y transportes. · Servicios públicos. · Actividades económicas.

DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL

Se debe de hacer un diagnóstico de situación actual del lugar asignado, en este caso, debemos de aclarar en qué estado se encuentra el servicio de agua entubada, las condiciones en la que viven los pobladores, si existen construcciones de fosas sépticas o letrinas, descripción de los sistemas actuales, si existe el agua potable, alcantarillado sanitario, etc. IDENTIFICACIÓN DE LA DEMANDA Para determinar la demanda esperada de la población durante el periodo de diseño, será necesario definir la población del proyecto, utilizando toda la información disponible a cuantos censos realizados al lugar, otro de los factores a considerar es la dotación necesaria para habitante por día, para que con estos parámetros se diseñen los conductos y estructuras necesarias para su abastecimiento, esto considerado en un periodo de 15 años. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Se debe de aclarar si el lugar cuenta con el servicio de agua potable, si satisface o no la demanda de la población, en muchos casos esta no satisface, debido principalmente al crecimiento de la población, y para ayudar a la reactivación de las actividades económicas y mejorar las condiciones en cuanto a salud de todos sus habitantes, es necesario y urgente rehabilitar y ampliar el sistema de agua potable. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Se necesita hacer Captación: para la realización del proyecto se debe de considerar alguna fuente de abastecimiento. Cárcamo de bombeo: se considera la utilización del cárcamo existente, mejorando las condiciones de la caseta de controles. ·Equipo de bombeo: se debe de considerar un equipo existente, si está en buenas condiciones o es necesario sustituir por una bomba tipo turbina vertical, etc. ·Línea de conducción: en qué modo debe de ser la conducción, ejemplo: mediante el bombeo ·Red de distribución

3” RD-32.5 0.0831 0.00542 482.

4” RD-26 0.105 0.00866 138.

4” RD-32.5 0.1068 0.00896 126.

4” RD-41 0.1082 0.00919 118.

6” RD-26 0.1545 0.01875 17.

6” RD-26 0.1573 0.01943 16.

6” RD-41 0.1596 0.02001 14.

P.V.C. SISTEMA MÉTRICO

DIÁMETRO

NOMINAL (PULG)

CLASE DIÁMETRO

INTERIOR (M)

ÁREA

A=(PI*D^2)/

CONSTANTE

K=10.3*(N^2/D^16/3)

200 CLASE-7 0.1897 0.02826 5.

200 CLASE-10 0.1855 0.02703 6.

200 CLASE-14 0.18 0.02545 7.

250 CLASE-7 0.2375 0.04430 1.

250 CLASE-10 0.23195 0.04226 2.

250 CLASE-14 0.22505 0.03978 2.

315 CLASE-7 0.2989 0.07017 0.

315 CLASE-10 0.2922 0.06706 0.

315 CLASE-14 0.2835 0.06312 0.

355 CLASE-7 0.33695 0.08917 0.

355 CLASE-10 0.32935 0.08519 0.

355 CLASE-14 0.3197 0.08027 0.

400 CLASE-7 0.37975 0.11326 0.

400 CLASE-10 0.37135 0.10831 0.

400 CLASE-14 0.36005 0.10182 0.

450 CLASE-7 0.4273 0.14340 0.

• 450 CLASE-10 0.4178 0.13710 0.
• 450 CLASE-14 0.4052 0.12895 0.
• 500 CLASE-7 0.47485 0.17709 0.
• 500 CLASE-10 0.46415 0.16920 0.
• 500 CLASE-14 0.4502 0.159185 0.