Sem 4 Captación de Agua

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FACULTAD DE INGENIERÍA I84 INGENIERIA SANITARIA CURSO INGENIERIA SANITARIA SEMANA 4 CAPTACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES Fuentes de abastecimiento de agua potable. Captaciones de agua cruda. Tipos de captaciones. Criterios de diseño. Ejemplos de diseño. Ejemplo de una memoria de cálculo.

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agua potable

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DEMANDA DE LOS SERVICIOS DE ABASTECIMIENTO

FACULTAD DE INGENIERA

I84INGENIERIA SANITARIA

CURSO INGENIERIA SANITARIA

SEMANA 4

Captacin de aguaS SUPERFICIALESFuentes de abastecimiento de agua potable.

Captaciones de agua cruda.

Tipos de captaciones.

Criterios de diseo.

Ejemplos de diseo.Ejemplo de una memoria de clculo.FACULTAD DE INGENIERA

GF83INGENIERIA SANITARIA

CURSO INGENIERIA SANITARIA

SEMANA 4Captacin de aguaS SUPERFICIALESFuentes de abastecimiento de agua potable.

Captaciones de agua cruda.

Tipos de captaciones superficiales.Criterios de diseo.

Ejemplos de diseo.Ejemplo de una memoria de clculo.SEMANA 4Captacin de aguas suPERFICIALES1. FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Cuando se estudia el mejoramiento del abastecimiento de agua potable de una localidad antes que todo debe de asegurarse la fuente a travs de un estudio de fuentes, ese estudio debe precisar:

A) Caudal disponible.

B) Calidad de Agua.

C) Ubicacin de fuente.A) CAUDAL DISPONIBLE La fuente de abastecimiento de agua debe producir un caudal mayor o igual al QMD de agua potable al final del perodo de diseo.

La informacin de la disponibilidad de fuentes se obtiene de en primera instancia de: EPS y Municipalidad.

Las fuentes superficiales no pueden ser explotadas tan fcilmente, pues se requiere una autorizacin del Ministerio de Agricultura, quien es quien decide la dotacin, adems los agricultores ejercen una fuerte presin. Los registros de aforo los registra la Junta General de usuarios.

Los aforos en canales deben ser hechos en pocas de estiaje. En caso que el ro sea pequeo y no se cuente con registro de caudales se debe solicitar a la poblacin la altura del agua.

Tcnicas de Aforo

Acequias

1 Mtodo seccin velocidad

Se conforma una seccin uniforme en un tramo del cauce.

Se mide y marca el tramo de unos 2 a 3 metros.

Se mide la velocidad de un elemento flotante entre el tramo escogido. Longitud

VPROM =0.80 VSUP

Tiempo

Se mide la seccin del cuerpo de aguarea mojada

Si el caudal obtenido a travs del mtodo seccin velocidad es pequeo, debe de usarse el mtodo volumtrico que es ms exacto. 2 Mtodo volumtrico

Se conduce el agua de la fuente hacia un vertedero y se mide el tiempo que se llena un recipiente con un volumen conocido.Ros

1 Con molinete 2 Mtodo seccin velocidad

Para una estimacin aproximada de la magnitud de caudal.Manantiales

1 Mtodo volumtrico

Se hace un hoyo en el suelo, se encausa y se mide el tiempo que se llena el recipiente con volumen conocido; este caudal es menor que el real.

2 Mtodo seccin velocidad.

Galeras Filtrantes

El estudio depende de la longitud de la galera y del nivel fretico.

No se debe de olvidar que en cualquier caso se debe de obtener el QMD; as sea a travs de una combinacin de ellas.

La preferencia para la seleccin de la fuente es:

1 Manantial o galeras filtrantes.

2Pozo

3Agua superficial

B) CALIDAD DE AGUA El agua que consumimos debe de tener hierro (hemoglobina), Cobalto (B-12), manganeso (activador de enzimas), Cobre y Zinc (sntesis de enzimas) y Molibdemo (transferencia de electrones).

El agua de lluvia no es recomendable debido a que no contiene los minerales que nuestro cuerpo requiere.

La ley general de aguas clasifica las aguas por el uso:

TipoCaractersticas

IAguas de abastecimiento domstico con simple desinfeccin.

II Aguas de abastecimiento domstico con tratamiento: mezcla, coagulacin cloracin, sedimentacin y filtracin.

Caractersticas Bacteriolgicas

Tipo I

Tipo II

Conformes Totales

8,8

20 000

Conformes fecales

0

4 000

Caractersticas fsico qumica

Tipo I Tipo II

Demanda bioqumica de oxgeno5

5

Oxgeno disuelto

3

3

Para brindar un servicio con calidad, el agua potable debe de cumplir con la norma de calidad de agua de DIGESA (2005), antes se utilizaba las guas de SUNASS y mucho ms antes de la O.M.S.C) UBICACIN DE LA FUENTE

Se debe de analizar a que distancia se encuentra la fuente con respeto al rea a abastecer.

Debe de considerarse:

A) Fuente encima de cota de ( Gravedad

rea de abastecer

B) Fuente debajo de cota de ( Bombeo

rea de abastecer

Por ejemplo:

Para ubicar una fuente por lo tanto debe de tener en cuenta 3 aspectos bsicos: calidad de agua, cantidad y ubicacin; debido a que una mala decisin afectara los costos iniciales, de operacin y mantenimiento; y de recuperacin.

En conclusin

Se debe conocer cual es el comportamiento de la cantidad del agua para saber cuanto se podr cubrir en el futuro.

Cuando se introduzcan procesos unitarios adicionales a la desinfeccin para el tratamiento del agua cruda, debe de conocerse muy bien la calidad del agua de la fuente.

Para definir correctamente la ubicacin de la fuente se necesita un levantamiento topogrfico a fin de conocer exactamente si se requerir estacin de bombeo o se cuenta con carga hidrulica disponible.

Se debe conocer y evaluar el impacto ambiental que generar la captacin de agua cruda. Hoy en da todas las instituciones solicitan ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

1. 1.TIPOS DE FUENTES

A. Subterrnea

B. Superficial

C. Agua de lluvia

D. Casquetes de hielo

E. Agua de mar

F. Neblina

Los tipos A) y B) son usados por los administradores de los sistemas de agua.

El tipo de fuente C) es usado en domicilios en la sierra.

1. 2.CLASIFICACIN DE FUENTES

A. Superficial

Canales.

Acequia.

Ros.

Lagos.

Embalses.

B. Subterrnea

Manantiales.

Pozos.

Galera.

1. 3.EVALUACIN DE ASPECTOS CUANTITATIVOS Y DE EXPLOTACIN

Parmetro Fuente superficial Fuente subterrnea

A) Caudal

Altos variables

Bajos constante

B) Bombeo

No requiere

Mayormente si requiere

C) Ubicacin

Distante de localidad

Cerca de localidad

D) Costos de

Bajos

Altos

bombeo

1. 4.ASPECTOS DE CALIDAD DE AGUA

El agua es un elemento fundamental para la vida del hombre, constituyendo el 59% - 66% del peso del cuerpo humano y su empleo es mltiple en las actividades del nombre.

El agua es el producto de la combinacin 02 molculas de hidrgeno.

El agua tiene un gran poder disolvente y su accin erosiva, hace que el agua en la naturaleza se encuentre cargada de elementos con los cuales ha estado en contacto, estas sustancias se encuentran en solucin o en suspensin y puede ser minerales e inorgnicas, as como orgnicos.

Desde el punto de vista de salud pblica es importante determinar los elementos qumicos que contiene el agua y que son dainos para la salud de los consumidores; as como la poblacin microbiana.

Lo sealado anteriormente demuestra que el agua constituye uno de los ms importantes vehculos en la transmisin de enfermedades dada su fcil contaminacin y su necesario consumo.

El agua existe en tres estados:

Slido, lquido y gaseoso.

(0 C) (0 -100C) (+100C)

Su naturaleza fsica le confiere las propiedades se ser: incolora, inodora e inspida por ser un compuesto de gran estabilidad.

El 97% del agua en el mundo se encuentra en los ocanos; 2.15% solidificada en los casquetes polares; 0.3% se encuentra profundamente confinada en la tierra; 0.4% distribuida en los ros, lagos, manantiales y subsuelo.

A medida que el agua es requerida por el nombre para satisfacer sus necesidades domsticas, agrcolas e industriales; ella es interceptada en cualquiera de sus tres estados y luego de ser utilizada es descargada siguiendo su curso.

Esta accin de interrumpir el normal movimiento del agua contribuye a deteriorar su calidad al incorporarle sustancias extraas utilizadas en los diferentes procesos para lo cual est requerido.

1. 5.CONTAMINANTES Y SUS EFECTOS SOBRE LA SALUD

Las alteraciones en la calidad del agua pueden ser fsicos, qumicos y bacteriolgicos segn sea el contaminante incorporado.

A. Contaminante fsico

Determinado por partculas slidas o lquidas, le dan turbiedad y caractersticas de color, olor, etc., no aceptables por los consumidores.

B. Contaminante qumico

Es frecuente hallar en el agua minerales de fierro, magnesio, calcio, manganeso, cloruros, carbonatos, nitritos, sulfatos, hidrxidos, etc., sea en forma de solucin, en suspensin formando sales, producen envenenamiento y anormalidades en el organismo.

C. Contaminantes Bacteriolgicos

Animales :Gusanos, protozoos, bacterias.

Vegetales:Algas, hongos.

Otros :Virus. 1. 6.CONTAMINANTES COMUNES

A. Fsicos Qumicos

Plomo Es un veneno acumulativo, el plomo se halla presente en aguas contaminadas con relaves de minas, as como en aguas residuales provenientes de laboratorios e industrias, tuberas en plomo deterioran el agua.

El plomo en concentraciones altas daan el organismo y producen envenenamiento llamado SATURNISMO.

Arsnico, mercurio, cianuro, cadmio Son contaminantes txicos sumamente peligrosos, teniendo en su mayora efectos mortales, cuando la concentracin es mayor a lo estipulado en el reglamento de calidad de agua para bebida.

Fluor, cloro, bromo, yodo Son agentes oxidantes por su accin txica son usados para eliminar la accin de los microorganismos presentes en el agua. En concentraciones mayores a las estipuladas en el reglamento de calidad de agua intoxican a las personas.

B. Bacteriolgicos

Bacilos desintricos, Shiguella dysentereine, Shiguella flexner, Shiguella boydii, Shiguella sonnei: Causan diferentes tipos de disentera.

Schistosoma mansoni, Haematobium Japonicense: Parsitos que son productores de la esquistosomiasis.

Giardia lamblia, protozoario flagelado, produce la enfermedad giardiasis.

1. 7.PRINCIPALES ENFERMEDADES HIDRICAS

A. Salmonelosis

Es una enfermedad infecciosa aguda de inicio con dolores abdominales, diarrea, nuseas, vmitos y fiebre, su transmisin es a travs de alimentos y agua contaminadas con heces de personas y animales.

B. Hepatitis

Es una enfermedad que se presenta con fiebre malestar general, nuseas y malestar abdominal seguida a los pocos das de ictericia. La gravedad vara desde afecciones leves que duran 1 a 2 semanas.

Es una enfermedad grave e incapacitante que continua durante varios meses. La transmisin puede ser directa o indirecta por ingesta de agua contaminada u otros alimentos contaminados.

C. Desinteras

Infeccin bacteriana aguda del intestino, caracterizada por diarreas, acompaado de fiebre y con frecuencia vmitos, clicos y tenesmo, en los casos graves, las heces pueden contener sangre, moco y pus.

D. Hidatidosis

La transmisin es mediante ingesta de huevos que se encuentran en alimentos y en el agua contaminada con grmenes patgenos.

E. Giardiasis

Infeccin del intestino delgado, producido por un protozoario con frecuencia es asintomtica, pero esta asociada con una gran variedad de diarreas.

En las infecciones intensas puede haber clicos abdominales y timpanismo, anemia, fatiga y prdida de peso. La transmisin es a travs de agua contaminada.

F. Esquistosomiasis

Enfermedad producida por nematodos, en los cuales los gusanos adultos machos y hembras, viven en las venas del husped.

La transmisin se adquiere por contacto de aguas contaminadas con larvas provenientes de los caracoles.

G. Fiebre tifoidea

Enfermedad infecciosa generalizada que se caracteriza por fiebre continua, malestar general, anorexia, pulso lento, invasin de los tejidos linfoideos, machas rosadas en el tronco y estreimiento ms comn que diarrea.

La transmisin puede ser por contacto directo o indirecto con las heces fecales, orina de un paciente o un portador, los principales vehculos de transmisin que el agua y los alimentos.

H. Otras enfermedades

Clera

- Odos

Parasitosis

- Fluorosis

Infecciones de la piel

- Ojos

Poliomielitis

1. 8.EVALUACIN DE ASPECTOS CUALITATIVOS

Parmetro

Fuente

Fuente

Superficial

Subterrnea

B) Color

Variable

Constante, no se presenta

C) Mineralizacin Variable

Constante

Alta

Depende del suelo

D) Dureza

Baja

Alta

E) Contaminacin Variable

Constante no se presenta

Bacteriana

2. CAPTACIONES DE AGUA CRUDA

Las obras de captacin son las que se construyen para reunir adecuadamente aguas APROVECHABLES.

Dichas obras varan de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento, su localizacin y su caudal de produccin.

2.1.TIPOS DE CAPTACINES SUPERFICIALESA. Captacin de aguas de lluvias metericas

B. Captacin de aguas superficiales

1. Captacin tipo barraje.

2. Captacin tipo caisson exterior al cauce del ro.

3. Captacin tipo caisson dentro del cauce del ro.

4. Captacin tipo balsa cautiva.

5. Captacin de lagos y embalses.

C. Captacin de aguas subterrneas

1. Captacin de manantiales.

2. Captacin tipo galeras filtrantes.

3. Captacin tipo pozos.

2.2.criterios de diseoDE LAS ESPECIFICACIONES DE LA NORMATIVIDAD VIGENTE

La norma vigente indica que en el caso de captaciones de manantiales que se debe disear con el caudal mximo de la fuente.

Las captaciones superficiales se disean para el caudal mximo diario.

(Condicin). La calidad de las fuentes de agua, debe satisfacer las disposiciones del reglamento de la Ley General de aguas del Ministerio de Agricultura.

DE LAS ESTRUCTURAS DE REGULACIN EN CAPTACIONES

Estructuras de captacin de fuentes superficiales sin regulacin.

El diseo de una obra de captacin de una fuente sin regulacin supone un caudal de diseo igual al caudal mximo diario y menor al caudal del ro en cualquier poca del ao.

Bajo el punto de vista hidrulico el problema se reduce a determinar una altura de aguas sobre el rea de captacin, tal que el gasto mnimo aforado asegure el caudal mximo diario (QMD).

Bajo el punto de vista estructural, el diseo deber proveer seguridad a la accin destructiva del ro: Deslizamiento, volcadura, erosin, sedimentacin, socavacin, etc.

Cuando se trate de ros de poco caudal o quebradas, puede disearse una estructura de captacin interceptando el flujo del ro y asegurando la captacin del caudal requerido.

Cuando se trata de ros de gran caudal, puede disearse un brazo auxiliar, sin embargo esta estructura debe garantizar que en pocas de sequa el agua pase por dicho brazo auxiliar.

Un dispositivo que intercepte al curso del ro estar expuesto a una serie de factores negativos, por lo cual deber ser tal que presente las mejores condiciones de funcionamiento, tales como:

a) El nivel de entrada de las aguas debe quedar a una mxima altura posible para evitar ser alcanzada por los sedimentos.

b) El rea de captacin deber protegerse contra el paso de material grueso.

c) La velocidad de la corriente en las cercanas de la estructura debe ser tal que no provoque excesiva sedimentacin.

d) Debe ofrecer seguridad de volcamiento y deslizamiento, mediante anclajes firmes y seguros.

Estructuras de captacin de fuentes superficiales reguladas

Las estructuras de regulacin de caudales de fuentes superficiales estn conformadas por diques o represas.

La finalidad de estas estructuras es compensar las variaciones de caudal durante pocas de crecida con las de estiaje.

A.Captacin de aguas de lluvia

Las aguas de lluvia no constituyen fuentes de aprovechamiento constante, por lo cual deben colectarse en pocas de lluvia y almacenajes durante la sequa.

Las escorrentas de los primeros 15 minutos deben desecharse, por arrastrar gran cantidad de contaminantes.

El agua de lluvia debe de recibir un tratamiento de filtrado antes de ingresar a la estructura de almacenamiento.

B.Captacin de aguas superficiales

1. Captacin de barraje Es utilizada en canales, acequias y ros.

La ecuacin gobernante del paso del agua por un orificio: Q= Cd A (2gh)

El valor de Cd vara segn las siguientes consideraciones:

Compuertas con contraccin completa ( Cd= 0.61

Compuertas con contraccin incompleta

Valores del Coeficiente de descarga ( Cd= 0.65 0.90

Coeficiente de descarga usual: Cd= 0.67 Los canales diseados presentan caudal constante debido a que su caudal es regulado desde un embalse.

Los ros y canales de tierra presentan caudal variable.

1.1. Captacin a nivel constante.

La compuerta sirve para regular la altura carga hidrulica, y por lo tanto el caudal de entrega (QMD).

Los vertederos triangulares son ms precisos para la medicin de caudal. Se usan los que usan tringulo issceles de 90, para ellos la ecuacin para medir el caudal es:

Q= Kh 2.5 Donde:Q= Caudal (m/seg)

h= Altura (m)

K= 1.40 1.46

1.2. Captacin a nivel variable

Los fenmenos hidrulicos que se deben de tener en cuenta para el diseo de estas estructuras son:

El caso III es el que ocurre con mayor frecuencia.

Estas estructuras requieren de la construccin de barrajes que originen represamiento del agua hasta generar una carga hidrulica que asegure el QMD.

Debe de tenerse en cuenta que el caudal mnimo del ro debe ser mayor o igual al caudal mximo diario mas la prdida ocurrida en el transporte del agua entre la captacin y la planta de tratamiento, la cual como mximo debe ser 5% del QMD.

Corte A-A

El diseo de la cresta o vertederos de excedencia se realiza con el caudal mximo esperado.

En el tratado de la seccin transversal de las obras de excedencias, o en el estudio de perfil de diques, que funcionan ahogados, se busca adoptar la forma ms satisfactoria, tenindose en cuenta el flujo de la lmina vertiente.

La forma ideal es aquella que favorece el caudal y que al mismo tiempo impide la eventualidad de efectos nocivos a la estructura, tales como el vaco parcial, las variaciones, etc.

Para el diseo de la creta pueden considerarse los estudios de Crearger y Escande; los cuales para la carga hidrulica de 1.00 m, considerar que el trazo de la cresta debe tener las siguientes coordenadas:

XYXYXY

0.0

0.1

0.2

0.3

0.40.126

0.036

0.007

0.000

0.0070.6

0.8

1.0

1.2

1.40.060

0.142

0.257

0.397

0.5651.7

2.0

2.5

3.0

3.50.870

1.220

1.960

2.820

3..820

Para otros valores de H= 1.00 MT, tan solo se debe de multiplicar las coordenadas indicadas por el balde nuevo de H.

La ecuacin para calcular el caudal de demasa es:

Q= 1.838 (L-0.1nH) -

EMBED Equation.3 Donde:

Q= Caudal en exceso (N/s)

L= Longitud de cresta (M)

n = N de contracciones (Und.)

H= Altura de agua (M)

Vo= Velocidad de llegada del agua (M/S)

Los efectos de las contracciones pueden ser:

2. Captacin tipo Caisson exterior al cauce del ro

Este tipo de captacin es utilizado cuando el ro es demasiado caudaloso.

El pozo se construye tipo rural y se conecta a travs de las tuberas de captacin.

Para perforar el pozo es recomendable hacer una calicata para saber si se va a lograr alcanzar el fondo de la cimentacin.

La conduccin del agua hacia la estructura de tratamiento por lo general se realiza por bombeo, sin embargo puede ser por gravedad colocando una caseta de dimensiones mnimas.

Las tuberas de captacin deben conducir el QMD. El nmero de tuberas de captacin es preferible que sean tres (03); sin embargo el nmero mnimo es uno (01).

El dimetro ( ) de las tuberas debe calcularse de acuerdo al caudal que va a pasar. Por efectos de incrustacin de slidos deben ser mayores o igual a 4,

La diferencia (N1 N2) es la prdida de carga producida por la tubera y los accesorios.

Cuando se requiere estacin de bombeo, sta debe ser del tamao del Caisson.

Los equipos de bombeo son del tipo eje vertical, por lo tanto no hay problema de altura de succin.

La informacin referente a los niveles mximos lo otorga la Capitana de Puertos cuando no existe informacin debe de observarse la marca que hace el ro, aunque muchas veces se inundan las superficies.

En la estacin de bombeo no se debe de realizar pre cloracin por la gran distancia que la separa de la estructura de tratamiento.

Los orificios de las rejillas son ms grandes que los de agua tratada por lo que siempre ingresan sedimentos.

Captacin tipo caisson fuera del curso del ro

3. Captacin tipo Caisson dentro del cauce del ro

El tamao de los orificios debe ser recomendado por el ingeniero estructural. No debe tenerse mayor cuidado en las prdidas de carga debido a que son despreciables.

El caso de no construirse el puente, la tubera se sostiene a travs de pilotes.

El gran problema que existe en estas estructuras es el agrietamiento del concreto por el constante descenso de los niveles y el enfriamiento del agua.

Detalle de ua del caisson.

Vista panormica de una captacin tipo torre en el cauce de un ro

4. Captacin tipo balsa cautiva

Los controles elctricos no pueden estar en la balsa por lo que son ubicados en la orilla. Generalmente se usan bombas centrfugas de eje horizontal. Los puntos de mayor cuidado son las transiciones para cambio de material de tubera, debido a que estn expuestos a un mayor desgaste.

Son altamente vulnerable ante las crecidas en pocas de lluvia.

Vista de planta de una captacin tipo balsa cautiva

Vista de corte de una captacin tipo balsa cautiva asegurada con tirantes

Perfil de captacin tipo balsa flotante

Vista panormica de una captacin tipo balsa cautiva aseguradaen plataforma desplazable

5. Captacin de lagos y embalses

El valor de d debe ser determinado a travs de exmenes bacteriolgicos.

A partir de la distancia d puede usarse cualquier mtodo estudiado.

En la caja de vlvula puede instalarse medidor electromagntico no se recomienda ultrasonido por distorsin en lectura.

La turbiedad es constante.

Una de las consideraciones importantes es que las de tcnicas de captacin se puede realizar una combinacin de ellos, tal como se muestra en el siguiente grfico:

B.1. CONSIDERACIONES EN LA NORMATIVIDAD VIGENTE (criterios de diseo) Con relacin a captaciones superficiales, el Reglamento Nacional de Edificaciones en la norma OS.010, seala: a) Las obras de toma que se ejecuten, en lo posible, no debern modificar el flujo normal del ro; deben ubicarse en zonas que no causen erosin o sedimentacin y debern estar por debajo de los niveles mnimos de agua.

b) Toda toma debe disponer de elementos necesarios para impedir el paso de slidos y facilitar su remocin, as como de un sistema de regulacin y control. El exceso de captacin deber retornar al curso original.

c) La toma deber ubicarse de tal manera que las variaciones de nivel no alteren el funcionamiento normal de la captacin.

BibliografaCaptaciones de agua superficiales. http://www.ingenieria.unam.mx/~enriquecv/AAPYA/apuntes_aapya/AAPYA2_7.pdfLpez Cualla, Ricardo Alfredo. Elementos de Diseo para Acueductos y Alcantarillados. Editorial Escuela Colombiana. Segunda Edicin Julio de 2003.

Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma OS.010OPS/CEPIS/06.171. UNATSABAR. Gua de diseo para captaciones especiales. 2005. http://www.cepis.ops-oms.org/bvsatp/e/tecnoapro/documentos/agua/171esp-diseno.captaespe.pdfRevisin: Archivo: Sem 4 Captacin de agua.docAgosto 2008

Nivel mnimo

Nivel mximo

Tubera Flexible

Estacin de bombeo flotante

Q

PAGE 10Captacin de Aguas superficiales

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