En el marco de la implementación del nuevo modelo educativo institucional, en el cual nos enfocamos en un proceso de enseñanza aprendizaje innovador, en donde






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EJEMPLO 9

Determinar el caudal y la pérdida de carga en cada ramal del sistema de tubería en paralelo de la figura 7, si los datos son los mismos del ejemplo 8 excepto el caudal que es igual a 150 l/s

Calculando los coeficientes de fricción de cada tubería en paralelo en la zona de turbulencia completa obtenemos

µ §

µ §

µ §

µ §

µ §

µ §

å=0.012 cm

µ §

µ §

µ §

µ §

Calculando los µ §

µ §

µ §

µ §

µ §

El valor común del caudal ó sea µ §

µ §

µ §

µ §

µ §

µ §

Segunda iteración (rectificando los valores del coeficiente de fricción en cada tubería en paralelo

µ §

µ §

µ §

µ §

Para obtener los siguientes valores del coeficiente de fricción

µ §

µ §

µ §

µ §=0.0254

Resultando µ § , prácticamente iguales a los valores anteriores (el cálculos de los µ § se le deja al lector).

La perdida de carga pueda determinarse por cualquiera de las tres tuberías.

SOLUCION DE UN SISTEMA DE TUBERIAS EN PARALELOS POR TUBERIA EQUIVALENTE

Considérese un sistema de tubería en paralelo como se muestra en la figura 6, donde las pérdidas en cada uno de ellos se pueden expresar:

SEGÚN LA FORMULA DE DARCY-WEISBACH

µ § µ §

µ § µ §

µ § µ §

despejando los caudales en cada tubería en paralelo

µ §

µ §

µ §

Supóngase que el sistema en paralelo quiera ser sustituido por una sola tubería simple (equivalente) transportando un caudal original con diámetro D. (equivalente y la longitud Le (equivalente), entonces las pérdidas de carga atreves de esta será:

µ §

µ §

Dado que las pérdidas por fricción en cada tubería en paralelo son iguales obtenemos:

µ §

En forma genérica

µ § (19)

En el caso que se desconoce el caudal en cada tubería, se tomaría los valores de los coeficientes de fricción de cada uno de ella en la zona de turbulencia completa .en el caso que se desee determinar el diámetro de la tubería equivalente (poco frecuente en la práctica) hay que hacer un tanteo para calcularlo.

SEGÚN LA FORMULA DE HAZEN ¨CWILLIAMS

Utilizando la misma metódica empleada anteriormente, tienen en forma genérica

µ § (20)

Comparando las ecuaciones de Darcy-Weisbach y de Hazen¨CWilliams respecto a su facilidad, observamos que esta última supera a la primera

Ejemplo 10

Calcúlese el diámetro de una tubería equivalente al sistema mostrado en la figura 8 de modo que tenga 200m de longitud. Determínese las perdidas por fricción y las descargas en cada tubería. Todas las tuberías tienen una rugosidad absoluta de 0.00012cm. Las características geométricas son µ §utilicese una viscosidad cinemática de µ § y un caudal de 15 l/s

Figura 7

Supónganse que los valores de los coeficientes de fricción son iguales, el diámetro de la tubería equivalente se calcula usando la ecuación (4.16)

µ §

µ §

µ §

De aquí, podemos optar por un diámetro comercial de 4 pulgada.

Las características hidráulicas de la tubería equivalente serian:

µ §

µ §

µ §

µ §

del diagrama de Moody se obtiene un coeficiente de fricción 0.0167 causando una pérdida de fricción en cada tubería de:

µ §

Los caudales se obtienen por un proceso iterativo.

CAPITULO 4

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

(S.A.A.P)

GENERALIDADES

Por ser el agua el elemento más necesario a la vida y a las actividades de la sociedad, los sistemas de abastecimiento de agua son primordiales para toda comunidad.

Cuando una ciudad dispone de limitada cantidad de agua para su abastecimiento, tiene problemas de salubridad, problemas en el desarrollo de sus industrias y aun en su apariencia estética. De aquí en primer término se haga necesario suministrar agua a la población en cantidad suficiente y de buena calidad. Esa cantidad dependerá esencialmente de la población y su crecimiento, el desarrollo de sus industrias, el comercio y la extensión de las aéreas pobladas y otros factores tales como aéreas verdes etc.

PARTES QUE CONSTAN UN SISTEMA DE AGUA POTABLE Y SUS CARACTERISTICAS GENERALES

Se puede establecer que un sistema de agua potable consta esencialmente de:

Fuentes de abastecimiento y obras de captación

Líneas de conducción

Almacenamiento

Tratamiento

Estación de bombeo

Red de distribución

Fuente de abastecimiento y obras de captación:

La fuente de abastecimiento: deben ser básicamente permanente y suficiente pudiendo ser superficiales o subterráneos suministrando el agua por gravedad o bien mediante estaciones de bombeo.

La captación de agua debe ser en fuentes superficiales o fuentes subterráneas, dependiendo de las condiciones o disponibilidad del agua superficial (lagos, ríos, etc.)subterráneas(pozos)

Línea de conducción

Las aguas captadas deben ser en general conducidas al sitio de consumo para la cual se requieran de líneas de conducción estos pueden ser por gravedad o por bombeo; pueden ser a través de canales abiertos o conductores cerrados a presión dependiendo de la topografía del terreno.

Almacenamiento

Para satisfacer las variaciones diarias y horarias se requerirá de tanque o de almacenamiento el cual compensara los excesos de consumo. (estas agua se almacenan en los periodos de bajo consumo).

Tiramiento

La mayoría de las aguas seleccionadas requerirán en mayor o menor grado de algún tratamiento para cumplir con los requisitos de potabilización y en consecuencia la mayoría de los sistemas de agua potable poseen pozos de tratamiento (como mínimo cloración).

Estación de bombeo

La mayoría de los casos los S.A.A.P necesitan de las estaciones de bombeo para elevar o darle presión suficiente al agua para abastecer satisfactoriamente a los distintos sectores de la ciudad.

Red de distribución

Por último se hace necesario llevar el agua a los consumidores, para lo cual se requiere un sistema de conducción por gravedad o a presión, que tengan la capacidad necesaria para suministrar cantidades suficientes y ductos de ciertas normas estipuladas por cada zona en particular.

INFORMACION BASICA REQUERIDA PARA EMPRENDER UN PROYECTO DE AGUA POTABLE

En el estudio de un sistema de agua potable se requiere las siguientes informaciones preliminares.

Generalidades

Estudio Demográfico==Censos de población de años anteriores.

Censo: sirve para determinar la población actual y su distribución. (Oficinas nacional de estadística y censo) INEC, SNEM.

Tipos de consumo/zona :publico, industrial, residencial, obrera, parque y deportes

Planos urbanísticos: crecimiento extensiones futuras.

Servicios existentes: agua potable y alcantarillado, electricidad, correos, telégrafo, teléfonos, hospitales.

Levantamiento topográfico.

Reconocimiento del sitio (visita de campo).

Reconocer el área perimetral y la población.

Preseleccionar la fuente de abastecimiento potable.

Sitios convenientes para tanque de almacenamientos y planta de tratamientos.

Una vez del reconocimiento del sitio se procede a efectuar los levantamientos topográficos del conjunto en escala de 1:2000 y 1:5000.

Elaborar planos indicando calles, avenidas cambio de pendientes elevaciones (altimetría cada 1-5 m), etc.

Dibujar perfiles longitudinales de tuberías.

Investigación Hidrológica.

Subterráneas o superficiales: calidad, cantidad, pozos existentes, nivel estático del agua, nivel de bombeo, peligros de contaminación.

Estudio Geológico.

En caso de diques, plantas de tratamientos y tanques de almacenamientos.

Estudios Misceláneos.

Climatológica: Temperatura, Influencias en los consumos, humedad relativa.

Economía: Posibilidades de desarrollo, nuevas vías de comunicación, fuentes productivas, establecimientos de industrias.

Corrientes migratorias: Estadísticas sobre emigración o inmigración a la región y su influencia sobre la población futura.

Estadísticas vitales: Índice de mortandad, índice de morbilidad, nacimientos.

Condiciones de transportes y costo de vida.

ESTUDIO DE POBLACION Y CONSUMO

Periodo de diseño.

Periodo del diseño: Es el lapso de tiempo que se estima que el S.A.A.P (en este caso va a funcionar a plena capacidad sin realizar cambios o modificaciones mayores).

Selección del periodo de diseño: Se selecciona considerando los siguientes factores.

Vida útil de las estructuras y aquí tomando en cuenta la antigüedad y el desgaste y el daño. (Duración física de los equipos y materias)

Facilidad o dificultad para hacer ampliaciones o adiciones a las obras existentes o planeadas, incluyendo una consideración de su localidad.

Relación anticipada del crecimiento de la población incluyendo posibles cambios en los desarrollos de la comunidad industrial y comercial.

Periodos de diseños recomendados en Nicaragua.

2.1- Población de Diseño: En general y de acuerdo a las normas de diseño del INAA, el sistema de agua potable se diseña para un periodo de 25 años por lo que está cerca la población futura.

Una vez definida la población y los consumos de diseño, se procede a definir los elementos que constituye el sistema.

ElementosPERIODOSa) Línea de conducción (10-12)25 añosb) Equipo de bombeo10-15 añosc) Pozos 10-15 añosd) AlmacenamientosEn etapas(5,10,15,25 años)e) Red de distribución 25 añosf) Programa de conexiones domiciliaresCada 25 añosg) Tratamiento15-25 añosEstudio de Población.

La cantidad de agua necesaria en un sistema de agua potable en una comunidad depende de la población y de la contribución per cápita o por lo tanto si se desea proveer con exactitud la cantidad de agua necesaria es imprescindible llevar a cabo los estudios de población.

µ §

Fuente de Información.

Existe diferentes tipos de fuentes donde se puede obtener datos sobre la población, cada una difiere de la otra.

Las principales fuentes del país pueden ser:

INEC: Instituto Nacional de Estadística y censo.

SNEN: Servicio Nacional de Erradicación de la Malaria

Fuentes Locales: Alcaldía, Lista de votantes, causas propias para el estudio.

Métodos de Selección De Población Futura.

Los métodos de proyección que se aplican más frecuentemente en Nicaragua son el método geométrico, el aritmético, y en ciertos casos el método de la relación directa.

El sistema más conveniente debido a la poca información disponible es aplicar la siguiente secuencia de cálculo en la proyección.

Determinar las tasas de crecimientos Aritméticos y Geométrico de la población seleccionada en los distintos periodos intercensales.

Determinar las tasas de crecimiento Geométrico anual del municipio y del departamento en los periodos intercensales.

Aplicar las tazas de crecimientos anuales a la población base y encontrar las poblaciones del próximo quinquenio para cada proyección.

Aplicar la relación directa de la población esperada en la República y comunidad para cada quinquenio del periodo de diseño.

Graficas en el papel milimetrado todas las poblaciones proyectadas uniendo todos los puntos correspondientes con cada curva envolverte.

Trazar una curva que aproximadamente equidiste de las otras curvas de proyección con una curva francesa y se denomina curva de diseño.

Extraer de la curva de población de diseño los valores de la población esperadas para cada quinquenio del periodo.

Calcular la tasa de crecimiento Geométrico anual equivalente para dos poblaciones extrema del periodo de diseño.

De esta manera se obtiene la población para el periodo de Diseño que lógicamente deberá manifestar una tasa de crecimiento geométrico anual de 2.5% al 4% de conformidad con las normas de diseño del INAA. Un criterio de elegir este parámetro podríamos condicionarlo como:

Para alta tasa de crecimiento, un periodo corto de diseño.

Para baja tasa de crecimiento, un periodo largo de diseño.

Según estudios hechos por consultores de la firma Agustín Chang y Hazen And Saweyer, en el estudio de factibilidad para ciudades les permitió llegar a la conclusión siguiente:

Ninguna de las ciudades tendrá crecimiento urbano mayor del 4% ni menor de 2.5%

Proyección Aritmética.

El crecimiento es aritmético, si el aumento de la población en un intervalo de tiempo es invariante e independiente.

µ §

µ §

Si µ §, obtenemos la fórmula para la proyección aritmética.

µ §

Donde:

µ §= Constante de crecimiento poblacional

µ §= Población proyectada o del último censo

µ §= Población base o inicial.

µ § = Fechas correspondientes a las poblaciones.

µ § = Números de años.

Esta proyección presenta el inconveniente en presentar.

Método Geométrico.

El crecimiento es geométrico cuando el aumento de la población es proporcional al tamaño de la población en un determinado tiempo.

Siguiendo la metodología anterior, se obtiene.

µ §

µ §

Si µ §, obtenemos la fórmula para proyección geométrica.

µ §

µ §

Donde:

µ §= Constante de crecimiento poblacional

µ §= Población proyectada o del último censo

µ §= Población base o inicial.

µ § = Fechas correspondientes a las poblaciones.

µ § = Números de años.

Método De Correlación y Relación Directa.

Se supone en este método que la tasa de crecimiento de la población de una comunidad cualquiera puede relacionarse con una zona de mayor tal como su demarcación y provincia.

R= Es la relación del aumento de la población del departamento en un tiempo t. a diferencia o aumento en la población de crecimiento de la república.

µ § (Diferencia de población de la república con respecto por).

Ejemplo

Calcular la población para los años 2000y 2010 para una comunidad, cuyos datos censales son:

AñoPoblación del departamentoPoblación de república196051001,049,611197063001,353,588198078001,991,543199089002,300,00020002010

Proyección Aritmética.

µ §

µ §

De la misma forma se obtiene.

µ §

µ §

Por lo tanto resulta una tasa de crecimiento promedio de:

µ §

Las tasas son relativamente constantes e independientes de la población.

Utilizando la ecuación de la proyección aritmética:

µ §

µ § = 8900+127(10)=10,170 habitantes

µ § =8900+127(20)=11,440 habitantes

Proyección geométrica.

µ §

µ §

De la misma manera se obtiene:

µ §

µ §

Por lo tanto resulta una tasa de crecimiento promedio de.
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