Criterios de diseño empleado para la evaluación de proyectos de agua potable y saneamiento

I.
Introducción

El presente trabajo tiene por objetivo mostrar aquellos
criterios de diseños utilizados para la evaluación
de red de distribución de agua potable;
potabilización del agua, y diseño de tanques de
almacenamientos en un sitio de la Paz, Carazo. A partir de esto,
se aportan elementos de interés para su uso
aprovechamiento por ingenieros hidráulicos,
hidrólogos, hidrogeólogos y demás
público en general dedicado a estudiar e investigar
aspectos relacionado con el tópico tratado.

El tema se propuso por la disponibilidad de datos, es un
área de conocimiento importante por especialistas en agua
potable y saneamiento. Igualmente, el documento constituye un
insumo didáctico para académicos e investigadores
de universidades, institutos politécnicos, y centros de
investigación. Se ha desarrollado el tema en
conmemoración del 22 de marzo como como día
internacional del agua, elemento vital de nuestra
existencia.

Con los resultados obtenidos se contribuye a la
gestión efectiva del recurso hídrico; a la
educación ambiental de los ciudadanos. y la
generación de conocimiento útil en sectores
científicos, sociales y económicos
actuales.

El trabajo fue desarrollado por especialista en la
materia mencionado en la sección de la portada del
presente trabajo.

A continuación se tratarán de sintetizarse
los aspectos básicos que han fundamentado el trabajo, por
cuanto damos inicios al mismo

II.
Desarrollo

Actualmente, los criterios de diseños para la
evaluación de proyectos de agua potable y saneamiento
constituye un elemento importante a la hora de tomar la
decisión de emprender obras de ingeniería en el
terreno relacionado con la construcción de una red de
distribución de agua; o bien, un sistema de
tuberías de alcantarillado sanitario, en vista que aportan
datos útiles para explicar y pronosticar cómo se va
comportar el sistema hidráulico evaluado en función
del tiempo y el espacio.

Por cuanto la determinación de estos criterios
garantiza la entrega efectiva del agua, y el desarrollo normal de
la red, sin ocasionar problemas sanitarios serios vinculados con
la misma.

En breve se proponen algunos modelos hidráulicos
empleados para el trazado y diseño de red de
abastecimiento y distribución de agua potable:

? CPDT (Consumo Promedio Día
Total)

CPDT = Números de habitantes x
Dotación (l/s)

86400 s/dìa

Definiéndose la
Dotación como la cantidad de agua que consumen la
persona en unidades de litros por cada día;
Dotación = Litros/persona-Día

? (Consumo Máximo Hora
(CMH)

CMH = CPD x FMH, siendo FMH = 2,5 (Fuera de
Managua); y FMH

= 1,5 (En Managua)

? Consumo Máximo Día
(CMD)

CMD = CPD x FMD, siendo FMD = 1,5 (Fuera de
Managua); y FMD

= 1,3 (En Managua)

? Caudal Contra Incendio (Qci)

Es el Caudal que se aporta para apagar un incendio de
duración máxima de 02 horas empleando en promedio
5l/s de agua procedente de 02 hidrantes.

La modelación matemática de la red de
distribución permite conocer la evolución del
sistema hidráulico de las aguas en redes de suministro a
presión.

En la Tabla No 1, se indican 06 variables
hidráulicas en que se destacan mayores repuntes para el
Nodo 03 con 29 viviendas, representando el 19% del total, seguido
de los Nodos 4 y 2 con 26 y

21 viviendas constituyendo 17 y 14 % respectivamente
para los cuales se han determinado CPDT (Consumo Promedio
Día Total) de 0,36; 0,33; y 0,26, siendo los valores del
(Consumo Máximo Hora (CMH) de 0,91; 0,82; y 0,66; y su
Consumo Máximo Día (CMD) de 0,55; 0,49, y 0,40 para
estos tres nodos principales por cantidad de vivienda que agrupan
y su proximidad a los mismos.

Sugiriendo un mejor trabajo de construcción de
obra civil de abastecimiento de agua potable sobre todo en estos
sitios donde se presentan valores importantes en la
medición.

Cabe mencionar, que el Caudal Contra Incendio se ha
estimado en

09 l/s siendo próximo al Nodo 11, en donde se ha
proyectado la ubicación de 01 hidrante para la
prevención de escenarios de desastres a causa de
incendios.

Figura No. 1. Vista de tratamiento de criterios
de diseños empleados para un red de distribución de
agua potable. En color amarrillo, se indica la posición
del hidrante en el Nodo No. 11 para 9 litros/segundos de agua
empleada en caso de escenarios de incendio.

Por otra parte, en la Figura No.2, se muestra un
ejemplo sobre resultados geométricos y volumétricos
medidos para el diseño de un tanque de
almacenamiento que dará suministro de agua potable a
población en un área urbanizada de la Paz, Carazo.
Por el cual se estima un volumen total de 130,47 m3/d repartido
en 03 destinos, uno para efecto de compensación, otro
emergencia y el último para escenario de incendio. Es
preciso mencionar que la altura y el diámetro del tanque
son iguales en vista a que obedecen razones geométricas
indicadas en la ecuación siguiente, V = (¶ d2)/4 x h,
siendo la h (altura) = d (diámetro). Sugiriendo una mejor
entrega del agua potable a los habitantes del lugar en tiempo y
forma

Figura No 2. Criterios de
diseños para diseño de un tanque de almacenamiento
.

Por otro lado, a continuación se presentan los
criterios de diseños utilizados para un Sistema de
Tuberías de Alcantarillados Sanitario evaluado en la Paz,
Carazo, en que se proponen 10 modelos analíticos empleados
para la determinación de parámetros
matemáticos que influyen en el sistema y en su
comportamiento hidráulico.

? Población (P1) = A1 x Densidad
(Población en el área No

1 hasta culminar en el último
lugar)

? Producción de Agua Residual (PAR)
)= Dotación

(litros/personas-dia) x Factor de Retorno
(0.8)

? Promedio Caudal (Qprom) = Dotación
x Población x 0.8 (litros/s)

86,400 segundos

? Caudal de diseño (Qdiseño)
= Qmax + Qinf + Qcomercial + Qindustrial +
Qinstitucional

? Caudal Máximo (Qmax) = FH (Factor
Harmon) x Caudal

Promedio (Qprom). Siendo,

? Caudal Máximo (Qmax) = FHs (Factor
Harmon Seleccionado)

x Qpromedio

? Caudal Infiltración
(Qinfiltración) =

2litro/segundos x L/100 x 6
pulg./1pulg.

86,400 segundos

? Caudal de diseño (Qdiseño)
= A x1/n (D/4)2/3S1/2

Siendo Diámetro (D) = [4
Qdiseño n42/3] , D = 150mm (seleccionado)

S¶

Para lo cual se obtiene velocidad a tubo
lleno (Vll) = 1/n (D/4)2/3S1/2

Conociendo las respectivas relaciones
numéricas, Vd/Vll; d/D; y

R/Ro

? Nivel de Fondo No. 1 (NF1) = NT1 –
(1,20 + Ø)

Profundidad
Mínima

? Nivel de Fondo No. 2 (NF2) = NF1 –
(L [longitud] x S[pendiente

%]) Nivel del
Terreno

Por cuanto, tenemos en la Figura No. 3, los 10 modelos
hidráulicos determinados, para los cuales se muestran
altos valores en la medición de longitudes de
tuberías, sobretodo, en tres (03) tramos de
tuberías que comprenden los pozos de visitas sanitarios,
PVS5 – PVS4; PVS15 – PVS5; y PVS9 – PVS8, las
cuales tienen 99,5;

98,2; y 70,7 metros de largo respectivamente.
Representando el

7,2; 7,198; y 5,1823% del total evaluado (1,364 metros
de tubería en todo el sistema). Siendo beneficiados en
esos 03 tramos unas 37 viviendas aproximadamente, repartidas de
la manera siguiente, en una 16; en otra 16; y finalmente 05 en el
último caso.

Por otro lado, se indican variaciones de Caudal Promedio
(Qpromedio) entre 0,03 a 1,38 litros/segundo (l/s); asimismo,
valores importantes para Caudal Máximo (Qmàximo)
entre 0,10 a

4,13 litros/segundo (l/s), siendo iguales que los
valores de Caudales de Diseño (Qdiseño) basado en
densidades de 6 habitantes/vivienda; dotaciones de 151
litros/persona-dia; factor de

retorno de 0,8; y producción de agua residual
estimada en 120,8 litros/persona-dia usando Factor de Harmon (FH)
con valores entre

3,80 a 4,37, siendo el valor seleccionado de 3. Cabe
mencionar que las longitudes propias y acumulada de las
tuberías oscilan para las primeras entre 36,5 hasta 100.10
metros de largo; y en las segundas valores acumulados entre 36,8
hasta 1,259.2 metros de largo.

Todo ello sugiere, el funcionamiento normal y desarrollo
efectivo del sistema actuante, el cual drena por efecto de la
gravedad. Siendo las velocidades evaluadas para esa red de 0,28 a
0.73 metros/segundos en pendiente de terreno entre 0.10 a 3.45%,
y pendiente de tubería no superior a 3.45%; asimismo,
contando con longitudes de tuberías que alcanzan valores
de 36,5 hasta 100.10 metros de largo, ocasionando que la
excavación alcance máximos valores de 141,48 metros
cúbicos (m3), aumentando de manera progresiva en el
tiempo.

De igual manera, se han determinado valores de
diámetro de la tubería del orden de 18.7 hasta 77,7
milímetros (mm), siendo el valor seleccionado de 150mm por
razones estructurales y técnicas. A su vez, se han
calculados Caudales a tubo lleno (Qll) entre 4,92 a

12,91 litros/segundo (l/s), para los cuales se han
estimado considerando las velocidades a tubo lleno (Vll)
mencionadas en el párrafo anterior, las siguientes
relaciones numéricas:

? Q/Qll entre 0.01 a 0.51

? V/Vll entre 0.292 a 0.505

? d/D entre 0.092 a 0.220

? R/Rll entre 0.239 a 0.530

Velocidades (V) entre 0.14 a 0.37 metros/segundo
(m/s)

Variando los valores de 0.25V2/2g para los Calculados
entre 0.000 a 0,001; y para el Seleccionado en 0,03. Siendo la
elevación de fondo en el Nivel Inferior (Ni) de entre
687.45 hasta 692.45 metros; y el Nivel de Fondo (NF) de entre
686.63 hasta 690.90 metros. Con profundidades en el Nivel
Inferior de entre 1,35 hasta 3,45 metros; y en su Nivel de Fondo
de entre 0.83 hasta 3.45 metros. Y profundidades medias del orden
de 0.83 hasta 3.45 metros.

Finalmente, el ancho de zanja no supera los 0.60 metros;
sugiriendo valores de excavación entre los 30,58 hasta
141,48 metros tal como se había indicado anteriormente, y
se muestra en la tabla No.1 (a y b)

a) Vista del tratamiento de datos
desarrollados.

b) Continuación del trabajo
de procesamiento de datos realizado.

Figura No. 3. 1 (a y b). Criterios de
diseños usados para el diseño y evaluación
de un sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios en
el área apoyado del Microsoft Excel Avanzado.

III.
Conclusiones

A continuación se recogen las
conclusiones más relevantes que se pueden extraer del
tratamiento de datos obtenidos en este trabajo. Como consecuencia
de esto, también se ratifica la necesidad de estudios
futuros sobre los criterios de diseños empleados para el
desarrollo de proyectos de agua potable y saneamiento ambiental.
En breve se presentan conclusiones importantes:

– De los cálculos realizados, se lograron los
siguientes datos de uso por constructores y urbanizadores en la
ejecución de trabajo de ingeniería en aras de
garantizar el funcionamiento normal en la Paz, Carazo

? CPDT (Consumo Promedio Día Total)
de 0,36 l/s; 0,33 l/s; y

0,26 l/s;

? CMH (Consumo Máximo Hora) de 0,91
l/s; 0,82 l/s; y 0,66 l/s;

y

? CMD (Consumo Máximo Día) de
0,55 l/s; 0,49 l/s, y 0,40 l/s

– En lo referente al tanque de almacenamiento se
lograron determinar las dimensiones y volúmenes de este,
siendo de utilidad al momento de diseñar y construir la
red de distribución, calculándose volumen de
compensación en 41,04 m3/d; un volumen de emergencia de
24,63m3/d; y finalmente, un caudal contra incendio de 64,80m3/d,
totalizando

130,47m3/d con altura y diámetro
estimada en el tanque en

5,50 metros.

– En lo concerniente con el sistema de tuberías
de alcantarillado sanitario todo el sistema drena por gravedad,
pero ello depende de la pendiente del terreno; velocidad del
flujo oscilando entre 0,28 a 0.73 metros/segundos; longitudes de
tuberías desde 36,5 hasta 100.10 metros de largo, y
demás factores, los cuales hacen que la excavación
tienda a aumentar desde 30,58 hasta 141,48 metros cúbicos
(m3). Cabe mencionar que hay cantidades de pozos de caída
con mejoras en la pendiente.

IV.
Recomendaciones

– Tomar en cuenta los actuales criterios de
diseños desarrollado por este trabajo y corroborarlo con
las normas técnicas propuestas por el Instituto
Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA) con
características y mediciones ajustadas a la red de
distribución proyectada. De ello depende el garantizar el
suministro y consumo de agua potable en forma efectiva;
así como contribuir al desarrollo de actividades humanas
de primer orden en el área.

– Situar en forma adecuada el tanque de almacenamiento
sin afectar la disponibilidad de agua potable en sitios puntuales
del área urbanizada.

– Considerar en el diseño de tuberías de
alcantarillado sanitario, la potencia de la energía para
levantar la bomba que absorberá el agua en los 21 pozos de
visita sanitario (PVS) que se construya hasta hacerle llegar a
tanques de almacenamientos a través de este sistema de
tuberías instalado.

– Tomar en cuenta desniveles del terreno entre las casas
(ubicadas en puntos más altos) con relación a la
ubicación del sistema de tratamiento de agua natural, y la
altura que ocupa el tanque séptico en el terreno, los
cuales estarán interconectados por este sistema de
tuberías de alcantarillados sanitarios.

– Dar seguimiento y monitoreo a los trabajos de
ingeniería que se realicen; así como desarrollar
ensayos de campo para evaluar la calidad química del agua
a consumir, así como al diseños de tuberías
de alcantarillado sanitario. De esta manera se evitan
inconveniente relacionados con salud pública y problemas
sanitarios que se generen de la falta de sistema de
alcantarillado, o sobresaturación de los
mismos.

– Control y seguimiento minucioso de cada uno de los
modelos hidráulicos desarrollados para un mejor
funcionamiento y desarrollo del sistema evaluado. Para mencionar
algunos por ejemplo, Qmax (Caudal máximo); Qprom (Caudal
promedio); Qdiseño (Caudal de diseño), condiciones
del terreno, y otros.

Autor:

Tupak Ernesto Obando
Rivera

Consultor en agua potable y saneamiento,
geólogo, y gestor ambiental.

Managua, Marzo del 2012