abasteciemiento de red de agua san jose

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

OBRAS DE SANEAMIENTO

INTRODUCCIONSi se toma en cuenta el dicho de que “El agua es vida”, fácilmente se puede explicar

por qué los asentamientos humanos se localizaban donde este elemento estaba

disponible. Con el paso del tiempo y debido al crecimiento poblacional ha sido

necesario realizar obras cada día de mayor tamaño con la finalidad de abastecer de

este preciado líquido a las poblaciones que día a día lo solicitan en mayor cantidad y

de mejor calidad, para sus necesidades. Pero, el abastecer de agua a los

conglomerados humanos, tiene como consecuencia el retiro de la mayor parte de ella,

una vez que ha sido utilizada y por ende contaminada.

Para ello es necesario que el ingeniero civil, tome en consideración una serie de

elementos, que le permitan mediante estudios y trabajos especializados satisfacer de

manera efectiva y sustentable la necesidad que se tiene del servicio del agua,

proporcionándolo en forma ininterrumpida, en cantidad y con la calidad apropiada.

Punto importante a considerar es la lejanía de las fuentes de abastecimiento, motivado

principalmente por la localización del agua en nuestro planeta, que generalmente ya

se encuentra apartada de los centros urbanos. De la misma manera, el desalojo del

agua que ya fue utilizada, es necesario para evitar enfermedades de tipo hídrico a la

población, cuidando siempre de no contaminar a las fuentes que otras comunidades

utilicen para su abastecimiento.




1.1. GENERALIDADES1.1.1. DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE

Lambayeque es un departamento del Perú situado en la parte noroccidental del país. En su mayor parte corresponde a la llamada costa norte, pero abarca algunos territorios altoandinos al noroeste.

Su territorio se divide tres provincias: Chiclayo, Lambayeque y Ferreñafe, siendo la primera la capital del departamento y sede del gobierno regional. Es la segunda circunscripción regional más densamente poblada del Perú, después de la Región Callao.

Por su extensión, 14,231.30 km², es el segundo departamento más pequeño de la república, después de Tumbes. Es ribereño del océano Pacífico por el suroeste y limita con los departamentos de Piura por el norte, Cajamarca por el este y La Libertadpor el sureste.

El 7 de enero de 1872 el presidente José Balta proyectó la creación del departamento de Lambayeque por Decreto Supremo. El 1 de diciembre de 1874 por el dispositivo legal firmado por el Vicepresidente Manuel Costas se confirmó su creación.

https://es.wikipedia.org/wiki/Manuel_Costas

https://es.wikipedia.org/wiki/1874

https://es.wikipedia.org/wiki/1_de_diciembre

https://es.wikipedia.org/wiki/Jos%C3%A9_Balta

https://es.wikipedia.org/wiki/1872

https://es.wikipedia.org/wiki/7_de_enero

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_La_Libertad

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Cajamarca

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Piura

https://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADfico

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tumbes

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_Constitucional_del_Callao

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_Constitucional_del_Callao

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Ferre%C3%B1afe

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Lambayeque

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Chiclayo

https://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BA

https://es.wikipedia.org/wiki/Regiones_y_departamentos_del_Per%C3%BA




1.1.2. DISTRITO DE SAN JOSE

UBICACIÓN GEOGRÁFICA

El distrito de San José, pertenece a la provincia de Lambayeque, Departamento de Lambayeque, situado a 11Km de la provincia de Chiclayo, a 7Km de la provincia de Lambayeque, al oeste de la provincia de Lambayeque, aproximadamente entre las coordenadas geográficas 6º47’54’’ de Latitud Sur y 79º59’30’’ de Longitud Oeste del Meridiano de Greenwich.

CLIMA

En condiciones normales, las escasas precipitaciones condicionan el carácter semidesértico y desértico de la angosta franja costera, por ello el clima de la zona se puede clasificar como DESERTICO SUBTROPICAL ARIDO, influenciado directamente por la corriente fría marina de Humboldt , que actúa como elemento regulador de los fenómenos meteorológicos.

La temperatura en verano fluctúa Según datos de la estación Reque entre 25.59ºC (Diciembre) y 28.27ºC (Febrero), siendo la temperatura máxima anual de 28.27ºC. Cuadro T-MAX, considerando la influencia de las demás estaciones; la temperatura mínima anual de 15.37ºC, en el mes de setiembre cuadro T-MIN, con la influencia de




las demás estaciones y con una temperatura media anual de 21ºC Cuadro T-MED, que corrobora con la información de la estación Pimentel que arroja una temperatura promedio anual de 20.2ºC.

Los vientos y brisas persisten casi todo el año, se tiene vientos con velocidad mínima de 3.54 m/s y máxima de 9.72 m/s.

En meses de invierno los vientos presentan velocidades que llegan a 14 m/s, con dirección Nor-Este, originando el transporte de arena fina, promoviendo la formación de dunas o médanos. La Humedad relativa varía de 72% a 95%.

POBLACIÓN DISTRITAL

San José ocupa el décimo lugar en el ranking de los Distritos más poblados de la Provincia de Lambayeque; actualmente alcanza una población total de 12078 habitantes (INEI CENSO 2007) que representa el 4.66% de la población total de la Provincia de Lambayeque; se proyecta para el año 2021 una población total de 15071 habitantes. El crecimiento poblacional promedio anual se desarrolla a un ritmo de 2.5%, actualmente la densidad demográfica es del orden de 248.5 hab/Km2.

La población es predominantemente Urbana, tendencia que se registra desde 1940, actualmente el nivel de urbanización alcanzado es de 89%y supera el nivel promedio del país. Debido a su ubicación geográfica (mayormente costeña) y por concentrar el área urbana los mejore servicios básicos y sociales, la tendencia de urbanización tiene a incrementarse en el futuro.

DETERMIANCION DE LA POBLACION FUTURA DEL DISTRITO DE SAN JOSELas obras de agua potable no se diseñan para satisfacer solo una necesidad del momento actual sino que deben prever el crecimiento de la población en un periodo de tiempo prudencial que es de 20 años; siendo necesario estimar cual será la población futura al final de este periodo. Con la población futura se determina la demanda de agua para el final del periodo de diseño.

El presente trabajo se basa en hallar la población futura del distrito de San José; y para esto se aplicara todos los métodos enseñados por la docente. Estos datos servirán más adelante para poder realizar el proyecto de Red de saneamiento en este mismo distrito; por ende es que toda esta población se proyectara al año 2035 con la finalidad de que el proyecto cuente con un periodo de vida útil de 20 años.




TASA DE CRECIMIENTO NACIONAL

TASA DE CRECIMIENTO DEPARTAMENTAL

Según los datos obtenidos del registro del INEI se han realizado 4 censos de Población y Vivienda en los años 1981, 1993, 2005 y el 2007. De los cuales el del año 2005 no se toma en cuenta por estar falto de datos e incompleto. A continuación anexamos los datos obtenidos directamente de las oficinas del INEI:




Censo de Población y Vivienda del año 1993:

CODIGO CENTRO POBLADOPOBLACION

NOMINALMENTE CENSADA

VIVIENDAS PARTICULARES

140311 Dist. SAN JOSE 7219 1415

CENTRO POBLADO URBANO 5960 1149

104 SAN JOSE 5960 1149

CENTRO POBLADO RURAL 1 259 266

CASERIO 1259 266

2005 CIUDAD DE DIOS 357 80

3005 GALLITO 116 23

4005 GRAUZ 75 16

7005 HUAYABO 18 5

9005 LA TIZA 35 5

10005 LAGUNA VERDE 14 2

11005 PAMPA DE PERROS 253 53

13005 PAREDONES 89 17

14005 SAN ANDRES 109 23

18005 SAN NICOLAS 117 30

19105 SAN PEDRO 76 12

Censo de Población y Vivienda del año 2007:

CODIGO CENTRO POBLADOPOBLACION

NOMINALMENTE CENSADA

VIVIENDAS PARTICULARES




140311 Dist. SAN JOSE 12078 2866CENTRO POBLADO URBANO 10781 2554

1 SAN JOSE 8355 17419 CIUDAD DE DIOS 2 426 813

CENTRO POBLADO RURAL 1 297 312CASERIO 1297 3122 HUAYABO 6 13 GRAUZ 79 164 LA TIZA 12 35 LAGUNA VERDE 70 136 SAN FRANCISCO 51 117 SAN ANDRES 142 318 GALLITO 370 889 COLECTOR 64 2410 HUACA BLANCA 128 4511 BALDERA 349 74

12FUNDO DALLORSO

19 3

13 LA PRADERA 7 3

En la siguiente tabla se muestra los datos obtenidos del INEI de los tres últimos censos población y vivienda del que se han realizado en el País.

MÉTODOS APLICADOS PARA CÁLCULO DE POBLACIÓN FUTURA AL AÑO 2035A. METODO RACIONALPara determinar la población por este método, se realiza un estudio socioeconómico del lugar considerando el crecimiento vegetativo que es en

EVOLUCION POBLACIONAL DEL DISTRITO DE SAN JOSE

CENSO POBLACION URBANA POBLACION RURAL TOTAL

1981 4.385 1.207 5.592

19993 5.960 1.259 7.219

2007 10.781 1.297 12.078




función de los nacimientos, defunciones, inmigraciones, emigraciones y población flotante.

Pf =Po+(N−D )+( I−E )Pf = Población futura en el tiempo tf

Po = Población inicial en el tiempo to

N = Nacimientos en el intervalo (tf – to)D = Defunciones en el intervalo (tf – to)I = Inmigración en el intervalo (tf – to)E = Emigración en el intervalo (tf – to)N – D = Saldo vegetativoI – E = Saldo migratorio

Considerando la fórmula presentada, se observa que no se cuenta con los datos suficientes para realizar los cálculos respectivos a este método.

B. MÉTODOS ANALÍTICOSEste método supone que el cálculo de la población para una región dada es ajustable a una curva matemática. Es evidente que este ajuste dependerá de las características de los valores de población censada, así como de los intervalos de tiempo en que éstos se han medido.Dentro de los métodos analíticos se considera el método:

Aritmético Interés Simple Interés Compuesto Parábola de Segundo Grado Incrementos Variables Logístico o Saturación

C. MÉTODO ARITMÉTICO:El método más utilizado para el cálculo de la población futura en las zonas rurales es el analítico y con más frecuencia el de crecimiento aritmético. Este método se utiliza para el cálculo de poblaciones bajo la consideración de que éstas van cambiando en la forma de una progresión aritmética y que se encuentran cerca del límite de saturación.

Pf =Po+r⋅tDonde: Pf = Población futura. Po = Población inicial. r = Tasa de crecimiento.




t = Tiempo en años comprendido entre Pf y Po n = Número de datos de la información censalEl valor de r, se puede calcular con los datos recopilados en el estudio de campo así mismo también de la información censal de periodos anteriores.

AÑO POBLACIÓN

Pi+1 - Pi ti+1 - ti r r Prom.

1981 4385 1575 12 131,250 237,80361993 5960 4821 14 344,35714

3

2007 10781

AÑO P2035

2035 17440

D. METODO POSTCENSALP=P f+r ( t−tf )

r=Pi+1−Pi

ti+1−ti

r=344.357

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 20400

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

5,960

10,781

20,423

Poblacion Vs Tiempo

Tiempo (Años)

Poblacion (Hab.)

AÑO POBLACIÓN1981 43851993 59602007 10781




P=10781+344.357 (2035−2007)

P2035=20423 Hab.

E. METODO DE INTERES SIMPLEP=P0 [1+r (t−t 0 ) ]

r=Pi+1−Pi

Pi(t i+1−ti)

AÑO POBLACIÓN Pi+1 - Pi Pi(ti+1 - ti) r rProm.1981 4385 1575 52620 0,0299

0,04391993 5960 4821 83440 0,05782007 10781

AÑO P2035

2035 24019

P2035=24,019 Hab.F. MÉTODO GEOMÉTRICO Un crecimiento de la población en forma geométrica o exponencial, supone que la población crece a una tasa constante, lo que significa que aumenta proporcionalmente lo mismo en cada período de tiempo, pero en número absoluto, las personas aumentan en forma creciente.

El crecimiento geométrico se describe a partir de la siguiente ecuación:

P=P0 x (r prom )t

¿(Pi+1/Pi)( 1ti+1−ti )

Donde:

P=Población a calcular

P = Población inicial

ti = tiempo a calcular la población

r = factor de cambio de las poblaciones Aplicación:




AÑO POBLACIÓN

Pi+1 / Pi ti+1 - ti r r Prom.

1981 4,385 1.3592 12 1.0259 1.03461993 5,960 1.8089 14 1.0432 2007 10,781

AÑO P2036

2036 28890

P2035=28,890 Hab.G. MÉTODO PARABÓLICOEn los casos en que se dispone de estimaciones de la población referidas a tres o más fechas pasadas y la tendencia observada no responde a una línea recta, ni a una curva geométrica o exponencial, es factible el empleo de una función polinómica, siendo las más utilizadas las de segundo o tercer grado.

La fórmula general de las funciones polinómicas de segundo grado es la siguiente:

P=A ∆ t2+B∆ t+C

Donde:

A, B, C =Constantes

∆ t =Intervalo de tiempo

P = Población a calcular Aplicación: AÑO POBLACIÓN ∆t

1981 4,385 01993 5,960 122007 10,781 26

A= 8.1964B= 32.893C= 4385∆t 55

P2035=30,988 Hab.H. MÉTODO DE LOS INCREMENTOS VARIABLES

A B C4385 0 0 15960 144 12 1

10781 676 26 1

AÑO P2036

2036 30988




Este método se basa en los datos de las poblaciones, las dos más antiguas y las dos últimas. (Método delas cuatro poblaciones) Los censos deben estar equidistantes en el tiempo.

Media del incremento:

Media del incremento de incrementos: Población:

Donde:

P: Población a calcular

Pn: Último dato censal

m: Numero de intervalos inter censales; desde el último censo hasta la fecha pedida.

Aplicación: Dado que los datos censales del distrito de San José corresponden censos no equidistantes, no puede aplicarse el método de los incrementos variables para calcular su población futura.

I. MÉTODO DE LA CURVA NORMAL LOGÍSTICAEste método no se puede aplicar, ya que la población es menor que 100 000 habitantes.

CONCLUSION Después de haber analizado con cada método, sacamos un promedio y nuestra población a trabajar es la siguiente:

PERIODO DISEÑO

POBLACION DEL DISTRITO DE SAN JOSEAÑO POBLACION

2035POBLACION URBANA

24,352




Se entiende por Periodo Diseño el tiempo en el cual se estima que las obras por construir serán eficientes. El período de diseño es menor que la Vida Útil o sea el tiempo que razonablemente se espera que la obra sirva a los propósitos sin tener gastos de operación y mantenimiento elevados que hagan antieconómico su uso o que se requieran ser eliminadas por insuficientes.

Además de la vida útil y del Período de Diseño, en los aspectos de financiamiento de las obras se habla a menudo del Período 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 concluyen los períodos económicos de las obras en cuestión que deberían ser sustituidas de acuerdo a este criterio. Por lo anterior, en este texto se denominará “Período Económico de Diseño” al tiempo en el cual se amortiza, es decir, se paga el crédito con el cual se ejecute el proyecto. Considerando lo anterior, el dimensionamiento de las obras se realizará a períodos de corto plazo, definiendo siempre aquellas que, por sus condiciones específicas, pudieran requerir un período de diseño mayor por economía de escala.

Las especificaciones técnicas para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable de la Comisión Nacional del Agua han fijado los siguientes periodos de diseño.

1. Para localidades de 2500 a 15000 habitantes de proyecto, el periodo económico se tomará de 6 a 10 años.

2. Para localidades medianas de 15000 a 40000 habitantes de proyecto, el periodo económico se tomará de 10 a 15 años.

3. Para localidades urbanas grandes el periodo económico se tomara de 15 a 25 años. (Promedio de 20 años)

ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO DE ABASTECIMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA




DISEÑO DE UN SISTEMA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTODATOS:

Poblacion2015=15600hab

Poblacion2035=24352hab

Clima cálido

Área de lotes ¿90m2

PARAMETROS DE DISEÑO

Población futura: 24352hab , zona vivienda.

Periodo de diseño: 20 años.

Dotación: 220lhab

.dia




Variaciones de consumo:

k 1=1.3

k 2=2.5

Caudales:

Q promedio=Dotacion×Poblacion

86400l / s

Qmax .diario=Q promedio×k1l /s

Qmax .horario=Q promedio×k2l / s

Q promedio=62.01 l /s Qmax .diario=80.61 l /s Qmax .horario=155.02

Velocidad de diseño:

0.6m / s<¿Velocidad¿3.0m /s

ESQUEMA:

Nuestra fuente esta ubica en el distrito de Reque, de aquí se capta el agua del rio del mismo nombre que se llevara hasta la planta de tratamiento ubicada en el distrito de San José.

FUENTEPLANTA DE TRATAMIENTO

RESERVORIO RED DE DISTRIBUCION

Cota: 21.40 m.s.n.m Cota: 11.2 m.s.n.mCota: 9.2 m.s.n.m

Cota: 8.0 m.s.n.m

L=24.5 KmL=0.70 Km

L=0.40 KmD=00D=00

D=00

LINEA DE CONDUCCION LINEA DE ADUCCION

B

Cota: 30.0 m.s.n.m




FORMULAS A UTILIZAR:

HASHEM-WILLIAMS

Q=0.000426C D2.63 S0.54

Q = Caudal o flujo volumétrico en [l/s].

C = Coeficiente que depende de la rugosidad del tubo(150 para

tubos de PVC).

D = Diámetro interior en [pulg].

S = Pendiente - Pérdida de carga por unidad de longitud del

conducto (m/km).

S=HL Q=VA




SOLUCION:

CALCULO DEL DIÁMETRO DE LAS TUBERIAS

TRAMO: FUENTE – PLANTA DE TRATAMIENTO

S1=HL S1=

10.2m24.5 Km

S1=0.416m /km

Q=0.000426C D2.63 S0.54

80.61 l /s=0.000426∗150¿

D1=18.07 pulg

Ya que en el mercado no existe este diámetro de tubería, tenemos que tomar un valor real.

Para lo cual tomaremos el diámetro nuevo:

D1=20 pulg

TRAMO: PLANTA DE TRATAMIENTO - RESERVORIO

S2=HL S2=

2m0.70 Km

S2=2.857 m /km

Q=0.000426C D2.63 S0.54

80.61 l /s=0.000426∗150¿

D2=12.17 pulg



D2=14 pulg




TRAMO: RESERVORIO – RED DE DISTRIBUCIÓN

S3=HL S3=

22m0.40 KM

S3=55m /km

Dado que la población futura es mayor a 10 000 Hab., se debe considerar caudal contra incendios, y se compara QmhVsQmd+15.

Qmh=155.02 l /s VS Qmd+30 LS

=68.57 l /s+15 l /s

Qmh=155.02 l /s ¿ Qmd+30 LS

=83.57 l /s

Se escoge el mayor caudal para el diseño, que en este caso es 155.02 l /s

Q=0.0004264C D2.63 S0.54

155.02 l /s=0.0004264∗150¿

D3=8.50 pulg



D3=10 pulg

CALCULO DE VELOCIDADES EN TUBERIAS.

Q=VA

VELOCIDAD EN EL TRAMO: FUENTE – PLANTA DE TRATAMIENTO




80.61∗10−3 m3

S=V (

π∗(20∗0.0254 )2

4)

V 1=0.39m / s

Esta velocidad es menor que la mínima admisible: entonces el diámetro de la tubería será de 16 pulgadas.

80.61∗10−3 m3

S=V (

π∗(16∗0.0254 )2

4)

V 1=0.62m / s

VELOCIDAD EN EL TRAMO: PLANTA DE TRATAMIENTO - RESERVORIO

80.61∗10−3 M 3

S=V (

π∗( 8∗2.54∗10−2 )2

4)

V 2=0.81m / s

VELOCIDAD EN EL TRAMO: RESERVORIO – RED DE DISTRIBUCIÓN.

155.02∗10−3 M 3

S=V (

π∗(10∗2.54∗10−2 )2

4)

V 3=3.06 m /s

Esta velocidad supera la máxima admisible: entonces el diámetro de la tubería será de 12 pulgadas

V 3=2.12m / s

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