universidad nacional del santa · optimización, la dotación de agua potable para consumo ......
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFACULTAD DE INGENIERIA
E.A.P. INGENIERIA CIVIL
INFORME FINAL DE INVESTIGACIÓN2011
TITULO: “ESTIMACIÓN POR METODO ESTADISTICO DE LADOTACIÓN DE AGUA POTABLE PARA LA ZONA DEEXPANSION URBANA DE NUEVO CHIMBOTE”
RESPONSABLE : M.Sc. Ing. HUGO AMADO ROJAS RUBIO
14 de Setiembre del 2012
En el diseño de la infraestructura de redes de aguapotable en Nuevo Chimbote, se presenta la problemáticaprincipal de la existencia de estudios estadísticos decampo, por lo que frecuentemente se toman los valoresreferenciales de dotación de agua por persona,establecidos en el Reglamento Nacional deEdificaciones; originando en algunos casos, el subdimensionamiento o sobre dimensionamiento de lasestructuras de almacenamiento y conducción del agua.
HIPOTESIS:Si se logra determinar por métodos estadísticos la dotación deagua potable por conexión domiciliaria; entonces, permitirádisponer de datos reales del consumo en las zonas deexpansión urbana de Nuevo Chimbote, evitando con ello el subdimensionamiento o sobre dimensionamiento de las estructurasde almacenamiento y conducción de agua.
VARIABLES:
� Variable Dependiente: Métodos estadísticos para la determinación de la dotación de agua potable.
� Variable Independiente: Obtención de datos reales del consumo por conexión domiciliaria.
OBJETIVO GENERAL:
Ø Determinar por métodos estadísticos para fines deoptimización, la dotación de agua potable para consumohumano en el sector de Villa María ENACE, consideradocomo zona de expansión urbana de Nuevo Chimbote.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Ø Medición del volumen de agua consumida por conexióndomiciliaria según muestreo en el sector de Villa MaríaENACE de Nuevo Chimbote.
Ø Determinar por métodos estadísticos la dotación promediodiaria anual por habitante.
METODO DE ESTUDIO:Análisis de la Información Disponible:Para la elaboración del presente proyecto de investigación, setomará como referencia la Norma OS.100 “ConsideracionesBásicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria" del ReglamentoNacional de Edificaciones, los datos obtenidos de las medicionesefectuadas durante los meses de evaluación del consumo porvivienda en el sector de Villa María ENACE; además debibliografía referente a Estadística que será aplicada paraestimar la dotación real en éste sector.
Trabajo de Campo:Consistirá en realizar periódicamente mediciones del consumo de agua potable durante 7 meses de distintas viviendas seleccionadas mediante un muestreo estadístico.
Diseño de Formatos y Cálculos:Se elaboraran formatos para la recolección de datos y para elregistro de los datos obtenidos, además se elaboraran hojas decálculo para el procesamiento de los datos y posteriormentepara la obtención de resultados.
Población Muestral:Zonas de Expansión Urbana de Nuevo Chimbote.
Unidad de Análisis:Viviendas de las Manzanas A’, B’, C’, D’, T, U, V, W, X, Y y Z, delsector de Villa María ENACE.
Técnicas e Instrumentos de recolección de datos:Ø Las técnicas a desarrollarse son:Ø Muestreo de viviendas a estudiar.Ø Elaboración de formatos para encuestas y recolección de datos.Ø Encuestas.Ø Observación directa.Ø Investigación de documentación relacionada con el Proyecto.
Técnicas de Procesamiento de DatosPara el procesamiento de datos se diseñaran hojas de cálculo haciendo uso del software Microsoft Excel.
ANTECEDENTES DE LA DOTACION DE AGUA POTABLE:� Dotación según la Organización Mundial de la Salud:
La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que lacantidad adecuada de agua para consumo humano (beber,cocinar, higiene personal y limpieza del hogar) es de 50 l/hab-día.A estas cantidades debe sumarse el aporte necesario para laagricultura, la industria y la conservación de los ecosistemasacuáticos, fluviales del agua dulce. Teniendo en cuenta estosparámetros, se considera una cantidad mínima de 100 l/hab-día
� Dotación Según el Reglamento Nacional de Edificaciones:TABLA: Dotación de Agua Potable Según la Norma OS.100
Reglamento Nacional de Edificaciones
FRIO TEMPLADO Y CALIDO
SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO INDIRECTO
30 lt/hab/día 50 lt/hab/día
CLIMA
SISTEMAS CON CONEXIONES DOMICILIARIAS
180 lt/hab/día 220 lt/hab/día
PROGRAMAS DE VIVIENDA C/LOTES MENOR O IGUAL 90m2
120 lt/hab/día 150 lt/hab/día
SITUACIÓN ACTUAL:
� En la actualidad los asentamientos humanos como Villa MaríaENACE, poseen un consumo de agua del tipo doméstico, es decir,su consumo está compuesto por una dotación de agua que cubresus necesidades básicas como: beber, cocinar, higiene personal ylimpieza del hogar.
TABLA: Dotación de Agua usada en diseños de Sistemas de Agua Potable en obras realizadas dentro de la Provincia del Santa
LUGAR FECHADOTACION
DISEÑO
H.U.P. David Dasso Hooke
junio - 2009 220 lt/hab/día
Miraflores Alto abril - 2009 220 lt/hab/día
P.J. Florida Alta y Florida Baja
marzo - 2010 220 lt/hab/día
U.P. Bellamar Sector IV
enero - 2011 220 lt/hab/día
Mejoramiento del sistema de agua potable y desague de los asentamientos Humanos Miraflores Alto - Miraflores Tercera zona de Chimbote
OBRA
Mejoramiento del sistema de agua potable y desague del H.U.P. David Dasso Hooke - Nuevo Chimbote
Mejoramiento del sistema de Agua Potable y Desague de los Pueblos Jóvenes Florida Alta y Florida Baja de ChimboteMejoramiento y Automatización del sistema de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario de la U.P. Bellamar Sector IV - 1° y 2° Etapa
TABLA: Dotación de Agua estimada en base a consumos reales
TABLA: Consumos facturados por Seda Chimbote .
De las tablas anteriores se establece que actualmente en el diseño desistemas de agua potable de centros urbanos se está teniendo unsobre dimensionamiento, producto del valor de la dotación que seconsidera en los diseños.
MES CONSUMO (M3)
N° LOTES HAB. X LOT. DOTACION (Lt/hab/día)
SET 4022 252 5 106.40
AGO 3905 252 5 99.97
JUL 3984 252 5 102.00
JUN 4151 252 5 109.81
MAY 4087 252 5 104.63
ABR 4254 252 5 112.54
MAR 4084 252 5 104.56
CONCEPTOS DEL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE:El abastecimiento de agua potable consiste en proporcionar agua a laPoblación de manera eficiente considerando la calidad, cantidadcontinuidad y confiabilidad de ésta, además que está conformado poruna serie de estructuras (captación, conducción, tratamiento,almacenamiento, aducción y distribución) que serán diseñadasadecuadamente según la función que desempeñan de acuerdo a lossiguientes parámetros:
� Período de diseño� Consumo y Dotación� Población� Área de Diseño
� CONSUMO:En el diseño de un abastecimiento de agua potable el factoresencial es el conocimiento de la cantidad de agua que senecesita para atender a una población del cual dependerá el:� Consumo por habitante� Cantidad de habitantes a considerar
FACTORES QUE DETERMINAN EL CONSUMO:
� El estándar de vida o sea el modo de vida de los habitantes.� El clima.� Calidad y costo del agua.� Tamaño de la población.� La presión de agua.� Uso de medidores.� El tamaño de los lotes de las viviendas.
� DOTACION:Es la cantidad de agua en promedio que consume cada habitantey que comprende todos los tipos de consumo en un díapromedio anual, incluyendo las pérdidas físicas en el sistema.
Dotación = Consumo / N° de habitantes (lts/hab/día)Consumo = Dotación x N° de habitantes (lts/día o m3/día)
CONCEPTOS ESTADISTICOS:MUESTREO:
Es la actividad por la cual se toman ciertas muestras de unapoblación de elementos de los cuales vamos a tomar algunoscriterios de decisión, el muestreo es importante porque a través deél podemos obtener características acertadas de la población sintener que estudiar a toda la población.
Muestreo por Conglomerados:En el muestreo por conglomerados la unidad muestral es un grupode elementos de la población que forman una unidad, a la quellamamos conglomerado.
Tamaño de la Muestra:A la hora de determinar el tamaño que debe alcanzar una muestrahay que tomar en cuenta varios factores: el tipo de muestreo, elparámetro a estimar, el error muestral admisible, la varianzapoblacional y el nivel de confianza.
MEDIDAS DE DISPERSION:Varianza:Se basa en la idea de promediar las desviaciones respecto de lamedia aritmética, se define como:
Desviación Estándar:La desviación estándar de la muestra es solo la raíz cuadrada devarianza:
Coeficiente de Variación:Es una medida de dispersión que señala qué tan grande es lamagnitud de la desviación estándar respecto a la media delconjunto de datos que se examina.
INTERVALOS DE CONFIANZA:Un intervalo de confianza es un conjunto de valores formado apartir de una muestra de datos de forma que exista la posibilidadde que el parámetro poblacional ocurra dentro de dicho conjuntocon una probabilidad específica. La probabilidad específica recibeel nombre de nivel de confianza:Los factores que determinan el ancho del intervalo de confianzason:
� El tamaño de la muestra, n.� La varianza de la muestra S� El nivel deseado de confianza
CAPÍTULO III:
MATERIALES Y MÉTODOS
DESCRIPCION GENERAL POBLACION:
La población en estudio como es el sector de Villa María ENACE, está ubicado en el Distrito de Nuevo Chimbote.
Descripción:Norte : Pueblo Joven de Villamaría (Av. Aviación).Sur : Las Brisas.Este : PP.JJ. 1º de Mayo.Oeste : PP.JJ. 7 de Julio.
X
Y
U
V
WA'
Z
T
B'
C'
D'
B2
A2
PLANO DE POBLACION ESTUDIADA
VIVIENDAS:Las viviendas de Villa María-ENACE tienen características muysimilares entre ellas el 85% de ellas son de material noble,además el 90% de las viviendas tienen un área de 108 m2, aexcepción de las casas de las esquinas tienen 147 m2 de áreaneta.Las viviendas según el Reglamento Nacional de Edificacionespertenecen al tipo R-3, es decir la altura máxima de construcciónpermitida para esas viviendas es de tres niveles.A continuación se mostrara la tabla nº, la cual muestra los tiposde viviendas de la población en estudio.Tabla nº 13: Número de Pisos de las Viviendas en estudio
Nº de Pisos 1 2 3 Total
32 16 4 52 61.54 % 30.77 % 7.69 % 100 %
CUADRO RESUMEN DE LAS ENCUESTAS REALIZADAS
Mz Lt Nº HABITANTES Nº PISOS Mz Lt Nº HABITANTES Nº PISOS
T20 4 1
A'
4 2 231 3 1 7 4 134 3 1 15 4 1
U 8 5 1 16 2 111 6 1 B' 1 5 3
V6 3 2 15 4 114 4 2
C'3 4 1
16 2 1 4 5 1
W
3 3 1 19 3 16 4 2
D'
2 4 19 5 2 7 6 112 2 1 9 5 217 8 3 13 5 218 4 1 17 2 120 3 3 19 2 1
X
8 2 1 27 3 115 1 1 30 4 117 4 1 32 5 222 4 224 4 125 4 131 4 237 4 2
Y22 4 125 3 228 6 2
Z
2 5 13 4 24 1 25 3 26 4 112 4 115 5 318 4 1
LECTURA DE LOS MEDIDORES DE LAS VIVIENDAS:Para obtener el volumen de agua consumido por los habitantes de cadavivienda es necesario tomar lectura del consumo diario de los habitantes.Estos datos fueron tomados a lo largo de siete meses, incluyendo así lasestaciones de verano (máximo consumo), otoño e invierno (mininoconsumo).Este paso consiste en tomar nota de la lectura del medidor de cadaconexión domiciliaria en estudio, a lo largo de los siete meses.
MEDIDORES VOLUMENTRICOS DE AGUA� Los medidores de agua indican el caudal de agua que corre a través de
un conducto. Por lo tanto, se pueden leer los metros cúbicos en elmedidor de agua.
FORMATO 01: RECOLECCIÓN DE LECTURAS DIARIASFECHA:
MZ Lt LECTURA (m3) HORARIO MZ Lt LECTURA (m3) HORARIO
T20
A'
4
31 7
34 15
U8 16
11B'
1
V6 15
14
C'
3
16 4
W
3 6
6 19
8
D'
2
9 712 8
17 9
18 13
20 17
X
8 19
15 27
17 30
22 32
24253137
Y
1315222528
Z
23456
1215
18
CAPÍTULO IV:
RESULTADOS Y DISCUCION
CALCULO DEL TAMAÑO DE MUESTRA:Muestreo por Conglomerados.Dada que la población en estudio es finita, es decir conocemos el total de la población y deseamos saber cuántos del total tendremos que estudiar la respuesta seria:
Donde:N = Total de la Población
=1.962 (si la seguridad es del 95%)P = proporción esperada (en este caso 5% = 0.05)q = 1-p (en este caso 1-0.05 =0.95)d = precisión (en este caso deseamos un 4.85%=0.0485)
2αZ
n=62.13Siendo mayor a 30 entonces n=n’
La muestra a tomar será 52 viviendas.
Una vez obtenida el tamaño de la muestra se pasara a la selecciónde los lotes de las manzanas en estudio hasta llegar a las 52viviendas.El método por conglomerados nos permite escoger las 52viviendas de manera aleatoria, tal y como se muestra acontinuación:
X
Y
U
V
WA '
Z
T
B'
C'
D'
B2
A2
LEYENDA
Viviendas de 1º nivel
Viviendas de 2º nivel
Viviendas de 3º nivel
VIVIENDAS SELECCIONADAS MEDIANTE MUESTREO POR CONGLOMERADOS
CONSUMO DIARIOLuego se procederá a evaluar el consumo de los días en los que se hicieron las lecturas de los medidores.
Procedimiento:Se restara la lectura del día “n” menos la lectura del día “n+1”.
Las unidades del consumo son m3/seg.
DOTACION PROMEDIO MENSUALDespués de hallar el consumo diario se procederá a hallar la dotación promedio mensual.Procedimiento:Se sumaran los consumos diarios de cada mes y se dividirá en el número de días en los que se realizaron los consumos diarios.
MARZO ABR MAY JUN JUL AGO SET
20 4 187.50 92.75 80.46 120.97 102.94 257.14 59.2131 3 82.74 90.62 78.62 64.08 61.32 24.17 20.5634 3 131.31 136.53 118.44 143.62 121.80 102.61 91.538 5 47.51 40.16 34.84 33.87 34.70 33.14 37.9711 6 55.56 58.89 51.09 60.22 58.33 61.31 48.256 3 120.36 139.24 120.79 120.09 119.05 92.19 214.21
14 4 187.00 149.93 130.07 119.56 112.26 103.69 121.0116 2 152.78 191.39 166.03 145.16 73.53 76.79 65.793 3 103.09 102.98 89.34 99.38 91.22 102.54 97.986 4 27.71 48.43 42.02 59.06 35.91 76.42 80.459 5 40.91 90.39 78.41 74.48 62.46 114.36 43.0712 2 158.08 140.92 122.25 95.08 99.74 93.98 63.4717 8 167.56 184.52 160.07 195.21 181.82 186.19 164.0718 4 97.10 79.26 68.76 56.32 56.91 53.23 51.9720 3 150.93 184.70 160.23 219.65 210.51 158.43 95.448 2 186.81 180.11 156.25 144.02 153.29 82.66 81.9515 1 63.78 69.64 60.42 59.84 60.26 41.61 38.1622 4 154.58 183.28 159.00 139.85 121.32 128.31 125.2924 4 129.86 94.22 81.74 87.22 77.75 80.35 86.3925 4 90.53 82.53 71.59 76.11 77.65 75.20 75.1331 4 109.61 46.97 40.74 50.06 44.10 114.19 69.0437 4 75.82 88.19 76.50 78.27 73.63 70.50 66.5822 4 49.01 41.39 35.91 17.85 12.29 60.07 49.7625 3 108.26 119.54 103.70 110.47 104.47 109.89 129.5428 6 178.87 164.15 142.40 106.61 98.38 114.44 216.302 5 63.62 38.21 33.15 24.72 24.71 42.48 54.883 4 148.68 228.55 198.27 156.00 102.53 107.03 98.964 1 83.11 57.64 50.00 44.55 3.65 33.89 32.375 3 88.22 123.58 107.20 87.05 98.68 123.89 171.546 4 161.98 219.43 190.36 123.37 120.32 122.60 119.3012 4 118.94 136.28 118.23 45.51 45.27 85.95 90.6615 5 75.47 71.71 62.21 55.77 55.08 57.61 66.2018 4 72.90 89.47 77.61 90.64 90.73 75.62 72.244 2 144.43 440.31 381.98 272.16 262.04 260.96 251.267 4 107.82 106.92 92.75 107.79 126.88 87.98 99.3015 4 60.57 76.43 66.30 56.67 42.74 41.21 69.1816 2 41.67 150.17 130.27 80.65 58.82 39.29 26.321 5 34.41 72.44 62.84 66.50 78.27 48.63 57.8415 4 60.15 71.05 61.63 71.59 66.03 68.29 71.803 4 87.89 93.63 81.23 79.15 61.20 37.18 48.254 5 162.45 109.99 95.42 104.85 110.48 89.41 74.6619 3 152.06 131.46 114.05 93.46 115.16 96.70 114.072 4 139.74 145.74 126.43 154.52 160.28 141.64 178.457 6 101.44 91.00 78.95 67.34 66.15 66.24 75.679 5 80.18 76.96 66.76 48.99 53.13 39.25 68.6013 5 97.23 93.98 81.53 64.32 39.61 23.91 63.3417 2 28.94 41.32 35.84 45.15 147.90 364.64 146.4219 2 188.47 186.20 161.53 130.15 119.22 208.70 178.5527 3 161.53 148.91 129.19 134.08 150.78 144.17 149.3530 4 136.38 124.42 107.94 134.53 137.48 139.81 138.3832 5 278.73 310.18 269.09 142.07 145.91 171.72 174.43
Mz
X
Z
A'
DOTACIONHAB.Lt
B'
C'
D'
T
U
V
W
Promedios Mensuales de las Dotaciones de cada Vivienda
112.17121.37
105.2996.85 92.85
100.19 95.56
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
MARZO ABR MAY JUN JUL AGO SET
DOTACION PROMEDIO MENSUAL
DOTACION PROMEDIO MENSUAL
RESULTADO S
INTERPRETACION:Como se aprecia en el grafico la mayor dotación de agua se dio en el mes de abril siendo la dotación de 121.37 Lt/Hab/dia y la dotación mínima se dio en el mes de Julio del año 2011 con un promedio de 92.85 Lt/Hab/dia.
*Estas dotaciones promedios serán preliminares ya que el estudio de la data deberá hacerse a todos los datos de la misma, y así se podrá analizar la desviación estándar de data en estudio.
ANALISIS DE LA DATA EN ESTUDIO:La data obtenida será sometida a un análisis descriptivo.
DISTRIBUCION DE FRECUENCIAS.Para elaborar un cuadro de distribución de frecuencias de las dotaciones promedias mensuales, es necesario conocer los siguientes valores:
N° Intervalo Li - Ls Xi fi Fi hi Hi
1 3.65 - 47.31 25.48 47 47 12.91% 12.91%2 47.32 - 90.99 69.16 135 182 37.09% 50.00%3 91.00 - 134.67 112.83 93 275 25.55% 75.55%4 134.68 - 178.34 156.51 53 328 14.56% 90.11%5 178.35 - 222.02 200.19 24 352 6.59% 96.70%6 222.03 - 265.70 243.86 5 357 1.37% 98.08%7 265.71 - 309.37 287.54 3 360 0.82% 98.90%8 309.38 - 353.05 331.22 1 361 0.27% 99.18%9 353.06 - 396.73 374.89 2 363 0.55% 99.73%10 396.74 - 440.40 418.57 1 364 0.27% 100.00%
364 Sumatoria
TABLA DE DISTRIBUCION DE FRECUENCIAS
Dotaciones de Agua en Villa María ENACE según Muestra de 52 Viviendas Durante 7 Meses.
12.91%
37.09%
25.55%
14.56%
6.59%
1.37%
0.82%
0.27%
0.55%0.27%
DIAGRAMA DE SECTORES
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ESTIMACIÓN POR INTERVALOS DE CONFIANZA.Teniendo en consideración que el coeficiente de desviación estándares mayor a 30% la media no es confiable, y teniendo en cuenta lanaturaleza de nuestra data muestral, es conveniente y más seguroasignarle un intervalo de confianza donde se mantenga la dotaciónestimada.
Donde:
Interpretación: La Dotación Promedio Real varía entre 97.62Lt/Hab/dia y 109.56 Lt/Hab/dia con una confianza de 95%.
CAPITULO V:CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES:1. El valor de la dotación actualmente usada en los diseños desistemas de agua potable (220 Lt/Hab/día) es elevado encomparación de la dotación estimada en éste proyecto, por ende seestaría sobredimensionando las redes de agua potable debido a quefueron diseñadas o están siendo diseñadas con valores que hastaduplican la dotación estimada mediante registros reales y cálculosestadísticos.
2. Al tener consumos reales menores que los valores utilizados en los diseños de sistemas de agua potable, se concluye que se tendría un excedente de agua el cual se estaría desperdiciando, lo que podría evitarse si se lograra hacer estudios estadísticos de la dotación y el consumo de una población durante la etapa de diseño de un proyecto.
3. Si el valor de la dotación obtenida en éste proyecto se aplicara endiseños de sistemas de agua potable, se tendría un mejoraprovechamiento del recurso hídrico, y de ésta manera no se estaríacayendo en sobredimensionamientos a causa de valores tomados enbase a parámetros limitados.
4. En la investigación realizada se obtuvo una dotación de aguapromedio diaria real por habitante que varía entre 97.62 Lt/Hab/dia y109.56 Lt/Hab/dia con una confianza de 95%; siendo el promedioestándar de 103.59 Lt/Hab./día. Este valor representa el 49.8 % de ladotación de agua promedio diaria anual por habitante que establece laNorma OS 100 para una zona cálida, similar a la zona de estudio.
5. El análisis estadístico de los datos de la muestra nos indica que el 50% de habitantes consume una dotación de 90.99 Lt/Hab./dia y que la dotación que más se repite es 76.88 Lt/Hab./día. De igual modo se concluye que, las dotaciones de agua promedio diaria se dispersan alrededor de la media en 58.1167 Lt/Hab./día y que la dispersión de la data de la muestra es muy grande alcanzando el 0.561, siendo el valor obtenido del promedio no muy confiable y representando la mediana de 90.99 Lt/Hab./dia un mejor valor de la dotación diaria.
RECOMENDACIONES:1. Durante la elaboración de un proyecto de sistema de agua potable,
es necesario contar con registros de dotaciones reales de la zona ode zonas similares a las del proyecto a ejecutar, para poder obteneruna dotación que vaya más acorde con el tipo de población o con eltipo de proyecto y evitar excesos o sobredimensionamientos en losdiseños que se realicen.
2. La presente investigación se puede ampliar a un periodo más largode medición y observación del consumo diario de las viviendas, afin de obtener con mayor certeza la variación estacional delconsumo y por ende de la dotación.
3. Luego de realizar el muestreo de las viviendas, es necesarioefectuar una encuesta a sus habitantes para obtener datos comonúmero de habitantes, utilización del agua, área de la vivienda yotros factores resaltantes que influyan o sean determinantes para elconsumo de agua potable.
4. Es importante realizar la toma de datos en horarios de no racionalización del agua potable, ya que de ésta manera se evita caer en error durante las mediciones.
5. Si durante la recolección de datos existen irregularidades ajenas al factor de error humano durante la toma de medidas de algunas viviendas seleccionadas, se deberá optar por descartar esa vivienda ya que alteraría los resultados finales para la estimación de la dotación de agua potable.
