Analisis Alternativas Diseño Sistema Abastecimiento Rural Chile
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7/25/2019 Analisis Alternativas Diseo Sistema Abastecimiento Rural Chile
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Universidad Austral de ChileFacultad de Ciencias de la Ingeniera
Escuela de Ingeniera Civil en Obras Civiles
ANLISIS DE ALTERNATIVAS Y DISEO SISTEMA DEABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE RURALMALLOCO LOLENCO, COMUNA DE VILLARRICA,
IX REGIN DE LA ARAUCANA
Tesis para optar al Ttulo de:Ingeniero ivil en Obras iviles
Profesor Patrocinante:
Sr. Luis Collarte ConchaIngeniero Civil. M.Sc. en Ingeniera Civil.
Especialidad Hidrulica Mecnica de Suelos
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ndice general
ndice general
Resumen
Abstract
Captulo I: Introduccin ................................................................................................. 1
1.1 Planteamiento del problema ............................................................................. 1
1.2 Objetivos ............................................................................................................ 3
1.2.1 Objetivo general .................................................................................................................. 3
1.2.2 Objetivos especficos .......................................................................................................... 3
Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural. ........................................... 4
2.1 Descripcin del sector .................................................................................................... 4
2.1.1 Agua potable urbana ........................................................................................................... 4
2.1.2 Agua potable rural ...................... ......................... ......................... ...................... ................ 5
2.2 Definicin de un sistema de agua potable. .................................................................... 5
2.2.1 Subsistema de captacin y tratamiento de agua potable. ................................. ................... 6
2.2.2 Subsistema de distribucin de agua potable. ......................... ........................ ...................... 6
2.2.3 Subsistema intradomiciliario. ............................................................................................... 6
Captulo III: Marco terico. .......................................................................................... 10
3.1 Sistemas de bombeo de agua ....................................................................................... 10
3.1.1 Sistemas de bombeo tradicionales .................................................................................... 10
3.1.1.1 Funcionamiento de sistemas de bombeo tradicionales ...................... ................. 10
3.1.1.2 Dimensionamiento de sistemas de bombeo tradicionales ........................ ........... 11
3.1.2 Sistemas de bombeo con estanques hidroneumticos ...................................................... 15
3.1.2.1 Funcionamiento de sistemas de bombeo con estanques hidroneumticos ......... 15
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ndice general
3.3 Proyeccin de la poblacin........................................................................................... 27
3.3.1 Crecimiento Aritmtico. ..................................................................................................... 27
3.3.2 Crecimiento Geomtrico.................................................................................................... 27
3.3.3 Crecimiento Vegetativo...................................................................................... 28
3.3.4 Crecimiento exponencial ................................................................................................... 28
3.4 Proyeccin de la Demanda ........................................................................................... 28
3.5 Anlisis Hidrulicos de las Redes ................................................................................ 29
Captulo IV: Descripcin de la localidad .................................................................... 31
4.1 Descripcin general ...................................................................................................... 31
4.2 Caracterizacin topogrfica .......................................................................................... 33
4.3 Descripcin del sondaje existente ............................................................................... 33
Captulo V: Estudio de poblacin y consumo ........................................................... 38
Captulo VI: Identificacin y planteamiento de alternativas ..................................... 43
6.1 Actividades de terreno .................................................................................................. 44
6.2 Definicin de trazado y emplazamientos de obras ..................................................... 45
6.3 Planteamiento de alternativas ...................................................................................... 45
6.3.1 Descripcin alternativa 1 ................................................................................................... 47
6.3.2 Descripcin alternativa 2 ................................................................................................... 50
6.3.3 Descripcin alternativa 3 ................................................................................................... 53
6.3.4 Descripcin alternativa 4 ................................................................................................... 56
Captulo VII: Dimensionamiento de alternativas ....................................................... 60
7.1 Consideraciones de Diseo .......................................................................................... 60
7.1.1 Presiones de Servicio ....................................................................................................... 60
7.1.1.1 Presin de Servicio Mnima................................................................................ 60
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ndice general
7.2.1 Sondaje ............................................................................................................................ 63
7.2.2 Lnea de Impulsin ............................................................................................................ 63
7.2.2.1 Determinacin dimetro optimo econmico ....................... ......................... ........ 64
7.2.2.2 Determinacin altura de elevacin sistema de bombeo ..................... ................. 64
7.2.2.3 Anlisis del golpe de ariete ................................................................................ 67
7.2.3 Planta de agua potable ..................................................................................................... 687.2.3.1 Sistema de tratamiento ...................................................................................... 68
7.2.3.2 Estanque ........................................................................................................... 69
7.2.4 Red de distribucin ........................................................................................................... 70
7.2.5 Planta elevadora ............................................................................................................... 72
7.2.6 Instalaciones elctricas ..................................................................................................... 73
7.2.6.1 Cargas a conectar planta de agua potable ..................... ......................... ........... 73
7.2.6.2 Cargas a conectar recinto de sondaje ...................... ......................... ................. 73
7.3 Dimensionamiento Alternativa 2................................................................................... 74
7.3.1 Sondaje ............................................................................................................................ 74
7.3.2 Lnea de Impulsin ............................................................................................................ 74
7.3.2.1 Determinacin altura de elevacin sistema de bombeo ..................... ................. 75
7.3.2.2 Anlisis del golpe de ariete ................................................................................ 787.3.3 Planta de agua potable ..................................................................................................... 79
7.3.3.1 Sistema de tratamiento ...................................................................................... 79
7.3.3.2 Estanque ........................................................................................................... 79
7.3.4 Red de distribucin ........................................................................................................... 80
7.3.5 Planta elevadora ............................................................................................................... 82
7.3.6 Instalaciones elctricas ..................................................................................................... 83
7.3.6.1 Cargas a conectar planta de agua potable ..................... ......................... ........... 83
7.3.6.2 Cargas a conectar recinto de sondaje ...................... ......................... ................. 83
7.4 Dimensionamiento Alternativa 3................................................................................... 84
7.4.1 Sondaje ............................................................................................................................ 84
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ndice general
7.4.6 Instalaciones elctricas ..................................................................................................... 97
7.4.6.1 Cargas a conectar planta de agua potable ..................... ......................... ........... 97
7.4.6.2 Cargas a conectar recinto de sondaje ...................... ......................... ................. 97
7.5 Dimensionamiento Alternativa 4................................................................................... 98
7.5.1 Sondaje ............................................................................................................................ 98
7.5.2 Lnea de Impulsin ............................................................................................................ 98
7.5.2.1 Determinacin altura de elevacin sistema de bombeo ..................... ................. 99
7.5.2.2 Anlisis del golpe de ariete .............................................................................. 102
7.5.3 Planta de agua potable ................................................................................................... 103
7.5.3.1 Sistema de tratamiento .................................................................................... 103
7.5.3.2 Estanque ......................................................................................................... 103
7.5.4 Red de distribucin ......................................................................................................... 104
7.5.5 Instalaciones elctricas ................................................................................................... 106
7.5.5.1 Cargas a Conectar Planta de Agua Potable ........................ ....................... ...... 106
7.5.5.2 Cargas a Conectar Recinto de Sondaje ........................................................... 106
Captulo VIII: Evaluacin econmica de alternativas .............................................. 108
8.1 Consideraciones generales ........................................................................................ 108
8.2 Costos de inversin inicial.......................................................................................... 108
8.3 Costos de operacin y mantencin ............................................................................ 109
8.3.1 Mano de obra .................................................................................................................. 110
8.3.2 Consumo elctrico .......................................................................................................... 110
8.3.2.1 Consumo elctrico bomba de pozo ........................ ........................ .................. 111
8.3.2.2 Consumo elctrico sistema de bombeo con estanques hidroneumticos .......... 111
8.3.2.3 Consumo elctrico sistemas de bombeo con variador de frecuencia ................ 112
8.3.3.4 Consumo elctrico alumbrado interior y exterior ........................ ....................... 113
8.3.3 Insumos qumicos (desinfeccin) .................................................................................... 114
8 3 4 Reposicin de equipos 114
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ndice de figuras
ndice de tablas
Tabla 3.1: Tiempo entre partidas segn la potencia de la bomba......................................................... 18
Tabla 4.1: Antecedentes de Poblacin Localidad Malloco Lolenco....................................................... 32
Tabla 4.2: Caracterizacin topogrfica localidad Malloco Lolenco........................................................ 33
Tabla 4.3: Estratigrafa Sondaje Malloco Lolenco................................................................................. 34
Tabla 4.4: Habilitacin Sondaje Malloco Lolenco........................ ......................... ......................... ........ 34
Tabla 4.5: Prueba de Gasto Variable. .................................................................................................. 36
Tabla 5.1: Proyeccin poblacin Malloco Lolenco................................................................................ 39
Tabla 5.2: Proyeccin de caudales. ..................................................................................................... 41
Tabla 5.3: Proyeccin Caudales de Bombeo........................................................................................ 42
Tabla 7.1: Datos clculo dimetro econmico lnea de impulsin alternativa N1. ................................ 64
Tabla 7.2: Datos prdidas de cargas friccionales impulsin alternativa N1. ....................... ................. 65
Tabla 7.3: Prdidas de cargas singulares impulsin alternativa N1. ................................................... 65
Tabla 7.4: Datos de la bomba seleccionada alternativa N1. ............................................................... 65
Tabla 7.5: Cuadro prdidas de carga y altura de elevacin alternativa N1. ..................... .................... 66
Tabla 7.6: Resultados anlisis golpe de ariete alternativa N1...................... ......................... .............. 67
Tabla 7.7: Clculo contrapresin bomba dosificadora alternativa N1. ........................ ...................... ... 69Tabla 7.8: Dimetros y longitudes red de distribucin alternativa N1. ........................ ...................... ... 70
Tabla 7.9: Datos prdidas de cargas friccionales impulsin alternativa N2. ....................... ................. 75
Tabla 7.10: Prdidas de cargas singulares impulsin alternativa N2. ................................................. 76
Tabla 7.11: Datos de la bomba seleccionada alternativa N2. ............................................................. 76
Tabla 7.12: Cuadro prdidas de carga y altura de elevacin alternativa N2. ......................... .............. 77
Tabla 7.13: Resultados anlisis golpe de ariete alternativa N2.......................... ......................... ........ 78
Tabla 7.14: Clculo contrapresin bomba dosificadora Alternativa N2. ............................. ................. 79
Tabla 7.15: Datos prdidas de cargas friccionales impulsin alternativa N3. ........................ .............. 85
Tabla 7.16: Prdidas de cargas singulares impulsin alternativa N3. ..................... ......... ................... 86
Tabla 7.17: Datos de la bomba seleccionada alternativa N3. ............................................................. 86
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ndice de figuras
Tabla 7.26: Cuadro prdidas de carga y altura de elevacin alternativa N4. ......................... ............ 101
Tabla 7.27: Resultados anlisis golpe de ariete alternativa N4.......................... ......................... ...... 102
Tabla 7.28: Clculo contrapresin bomba dosificadora alternativa N4. ......................... .................... 103
Tabla 7.29: "Resumen dimensionamiento de alternativas"....................... ......................... .................... 107
Tabla 8.1: Resumen de inversiones iniciales por alternativa....................... ......................... ............... 109
Tabla 8.2: Valores Unitarios Consumo elctrico................................................................................. 111Tabla 8.3: "Datos de potencia bomba seleccionada" ............................................................................ 112
Tabla 8.4: Nmero de horas segn % de consumo mximo horario................................................... 112
Tabla 8.6: Resumen evaluacin econmica por alternativa. ..................... ........................ .................. 115
Tabla 9.1: Resumen anlisis de tarifa por alternativa. ........................................................................ 118
ndice de figuras
Figura 2.1: Impulsin desde fuente subterrnea a estanque elevado..................................................... 7Figura 2.2: Impulsin desde fuente subterrnea a estanque semienterrado........................................... 8Figura 2.3: Conduccin desde fuente superficial a estanque elevado.......................... ...................... ..... 8Figura 2.4: Conduccin desde fuente superficial a estanque semienterrado........................ ................... 8Figura 2.5: Impulsin desde fuente superficial a estanque elevado........................................................ 9Figura 2.6: Impulsin desde fuente superficial estanque semienterrado................................................. 9Figura 3.1: Esquema sistema de bombeo con estanques hidroneumticos.......................................... 16Figura 3.2: Diagrama de control para un equipo de elevacin de agua con variador de frecuencia....... 19Figura 3.3: Variacin de la curva de la bomba para pasar de Qmax a Q1............................................ 19Figura 3.4: Perfil de 24 horas figura izquierda, Perfil de carga figura derecha......................... .............. 21 Figura 3.5: Pautas de consumo para distintas aplicaciones........................ ......................... ................. 21Figura 3.6: Curva de rendimiento de la bomba..................................................................................... 22Figura 3.7: Curva NPSH. ..................................................................................................................... 22
Figura 3.8: Sistema con y sin bomba de reserva figura izquierda y derecha respectivamente............... 23Figura 4.1: rea de intervencin del proyecto. ..................................................................................... 31Figura 4.2: Habilitacin Sondaje Malloco Lolenco. ............................................................................... 35Figura 4.3: Esquema Niveles Dinmicos sondaje Malloco Lolenco...................... ......................... ........ 36Figura 4.4: Curva de Aforo sondaje Malloco Lolenco.................... ......................... ......................... ...... 37Figura 5.1: Proyeccin Poblacin Malloco Lolenco. .............................................................................. 40
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ndice de figuras
Figura 7.1: Curva del sistema vs curva de la bomba alternativa N1. .................... ......................... ...... 66Figura 7.2: Anlisis hidrulico alternativa N1 con consumo m ximo horario......................... .............. 70Figura 7.3: Anlisis hidrulico alternativa N1 con consumo m nimo..................... ......................... ...... 71Figura 7.4: Curva del sistema vs curva de la bomba alternativa N2. .................... ......................... ...... 77Figura 7.5: Anlisis hidrulico alternativa N2 con consumo m ximo horario......................... .............. 80Figura 7.6: Anlisis hidrulico alternativa N2 con consumo m nimo..................... ......................... ...... 81Figura 7.7: Curva del sistema vs curva de la bomba alternativa N3. .................... ......................... ...... 87
Figura 7.8: Anlisis hidrulico alternativa N3 con consumo m ximo horario......................... .............. 90Figura 7.9: Anlisis hidrulico alternativa N3 para determin ar altura de bombeo................................ 92Figura 7.10: Curva equipo Hydro Solo-E CRE 3-10.............................................................................. 93Figura 7.11: Anlisis hidrulico alternativa N3 con consumo m ximo y bomba seleccionada............. 95Figura 7.12: Anlisis hidrulico alternativa N3 con consumo m nimo......................... ...................... ... 96Figura 7.13: Curva del sistema vs curva de la bomba alternativa N4. ........................ ...................... . 101Figura 7.14: Anlisis hidrulico alternativa N4 con consumo m ximo horario................................... 104Figura 7.15: Anlisis hidrulico alternativa N4 con consumo m nimo......................... ...................... . 105
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Resumen
Resumen
El presente estudio ha consistido en realizar un anlisis tanto del punto de vista tcnico como del
punto de vista econmico de cuatro alternativas distintas en su anatoma pero conceptualmente similares,
para dotar con servicio de agua potable a la localidad de Malloco Lolenco.
Esta localidad, es un sector rural que se encuentra situado en la comuna de Villarrica a unos ocho
kilmetros al oriente de la ciudad. En este sector hay un total de 93 familias que no cuentan con agua
potable.
En cuanto a los servicios bsicos, la localidad cuenta con electricidad domiciliaria proporcionada por
la empresa CGE Distribucin, pero no poseen alumbrado pblico. En el sector existe suministro
monofsico y bifsico en media y baja tensin.
Por otra parte existe un sondaje que se encuentra habilitado para su explotacin, el cual tiene una
profundidad de 60 metros y un caudal de prueba (Prueba de gasto constante) de 14 [Lt/s]. En el captulo
5 se ha visto que el caudal de bombeo que requiere la poblacin es de 2,3 [Lt/s], por lo que no hay
problemas con la fuente de abastecimiento.
Conceptualmente las cuatro alternativas estn conformadas por: fuente de abastecimiento, lnea de
impulsin, sistema de tratamiento, estanque de regulacin, planta relevadora y redes de distribucin.
Cada una tiene sus variaciones en los aspectos mencionados. En los captulos 6 y 7 respectivamente se
describe y dimensiona cada alternativa.
En el captulo 8 se realiza la comparacin econmica de las cuatro alternativas considerando una
evaluacin en base a costos, la cual consiste en comparar a valor presente todos los costos de cada
alternativa. Los costos se han separado en dos: Costes de inversin y Costes de operacin y
mantencin. Y los ndices que se han utilizado para poder tomar una decisin con respecto a que
alternativa es ms conveniente son: Valor actual de costo (VAC) y Costo anual equivalente (CAE).
De los resultados finales se ha visto que la alternativa que presenta la menor inversin inicial es la
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Abstract
Abstract
This study involved an analysis of both the technical perspective and the economic perspective of four
different alternatives in their anatomy but conceptually similar, to provide potable water service to the
locality of Malloco Lolenco.
This locality is a rural area that is located in the commune of Villarrica about eight kilometers east of
the city. In this area there are a total of 93 families who do not have drinking water.
In terms of basic services, the locality has electricity provided by the company home CGE Distribution,
but do not have street lights. In the area there monophasic and biphasic supply medium and low voltage.
On the other hand there is a probing that is enabled for operation, which has a depth of 60 meters anda flow test (constant flow test) of 14 [Lt/s]. In Chapter 5 we have seen that the pumping rate required by
the population is 2,3 [Lt/s], so no problems with the power supply.
Conceptually the four alternatives are comprised of: power supply, drive line, treatment system,
regulating pond, plant relay and distribution networks. Each has its own variations on these aspects. In
chapters 6 and 7 respectively is described and dimensioned each alternative.
In chapter 8 economic comparison is made of the four alternatives considering a cost-based
evaluation, which involves comparing the present value all the costs of each alternative. Costs have been
split into two: Investment costs and Operation and maintenance costs. And the indexes that have been
used to make an informed decision regarding which alternative is most convenient are: Present value of
cost (VAC) and equivalent annual cost (CAE).
In the final results, it is seen that the alternative with the minimum initial investment is alternative 2 inthe amount of $ 203.513.636, while the alternative with the highest amount of investment is alternative 4
with a value of $ 242.644.970. With respect to the operation and maintenance costs the alternative that
has the lowest amount is Alternative 2 with a value of $ 116.830.507 and the alternative with the highest
amount is Alternative 4 with a value of $ 140 717 005
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Captulo I: Planteamiento del problema
Captulo I: Introduccin
1.1 Planteamiento del problema
Segn el censo del 2002, en el sector rural de Chile vivan aproximadamente 2 millones de personas
que equivalen a ms de 600.000 familias, marginadas en muchos aspectos de los servicios que el Estado
y el sector privado prestan al rea urbana. Un ejemplo de esto es la falta del servicio de agua potable en
muchos sectores rurales, lo que se produce fundamentalmente por la dispersin de estas localidades.
Frente a esta realidad, desde 1964 el Estado ha venido construyendo sistemas de abastecimiento
de agua potable rural, con el fin de resolver favorablemente el tema de la salubridad rural.
El origen de ste proyecto nace por la necesidad de dotar con servicio de agua potable a la localidad
rural de Malloco Lolenco, ubicada en la comuna de Villarrica, IX Regin de la Araucana. Esto con el fin
de mejorar las condiciones de vida para los habitantes del sector.
Se ha observado que en los sistemas de abastecimiento de agua potable rural de Chile, los
estanques elevados cuya materialidad puede ser metlica o de hormign armado y que proporcionan
agua potable de manera gravitacional a toda una poblacin han sido una solucin estndar y de bajo
costo que ha logrado mantenerse vigente hasta el da de hoy. sta solucin tipo, en su momento fue fcil
y rpida de implementar ya que para las condiciones de la poca no se requeran demasiadas exigencias
por parte de los beneficiarios y adems no se le daba tanto nfasis a este sector.
Con el tiempo las condiciones en el mbito rural han ido cambiando y la gente quiere tener la misma
calidad de vida y comodidad que se presenta en el rea urbana, donde cada vez es ms comn
encontrar artefactos que contribuyan a esto, como lavadoras, calefones o lavaplatos. Para que estos
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Captulo I: Planteamiento del problema
Cualquier solucin por econmica que sea, debe considerar en su estructuracin los elementos que
sean necesarios para cumplir con la continuidad del abastecimiento y la calidad del agua producida.
Desde el punto de vista econmico, se sabe que en los proyectos donde se opta por la solucin
tradicional de estanques elevados, la inversin inicial es donde se concentra la mayor cantidad de
recursos, siendo los gastos de operacin y mantencin menores en relacin a los primeros costos.
Sin embargo una solucin que ha presentado buenos resultados segn Inostroza (2011) y que se
viene utilizando hace un par de aos en aplicaciones al sector urbano, se propone evaluar como solucin
alternativa en el diseo del sistema de agua potable del sector mencionado. Esta opcin consiste en
distribuir el agua por medio de un sistema de bombeo de agua con variadores de frecuencia.
El propsito de este proyecto es realizar el estudio de alternativas y el diseo a nivel de ingeniera de
detalle del sistema de abastecimiento de agua potable para la localidad rural de Malloco Lolenco, ubicada
en la comuna de Villarrica, IX Regin de la Araucana. Para esto, se considera evaluar tcnica y
econmicamente distintas alternativas de solucin. Para obtener conclusiones respecto de que
alternativa es ms conveniente, se har una evaluacin de costos. Adicionalmente se considerar el
aspecto cualitativo de las alternativas dado que no se puede perder de vista que los sistemas deben ser
operados por un comit de agua potable rural conformado por personas del sector.
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Captulo I: Planteamiento del problema
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
Analizar, determinar y disear la alternativa de abastecimiento de agua potable ms eficiente entre cuatro
opciones distintas mediante una comparacin de los aspectos tcnicos y econmicos para dotar con
servicio a la localidad de Malloco Lolenco, Comuna de Villarrica, IX Regin de la Araucana.
1.2.2 Objetivos especficos
Desarrollar una etapa de perfil mediante trabajos de terreno con el fin de identificar todos los
parmetros existentes que definirn el tipo de solucin a abordar.
Realizar tanto cualitativa como cuantitativamente identificando ventajas y desventajas un anlisis
de alternativas tcnicas de solucin para contribuir a la eleccin de la mejor alternativa.
Desarrollar el diseo a nivel de ingeniera de detalle para las soluciones escogidas.
Identificar las obras necesarias y los costes ms importantes en base a la valoracin de los tems
de cada alternativa para conocer su sensibilidad econmica.
Estimar y proponer la tarifa promedio mnima de agua potable para la alternativa de solucin ms
eficiente desde el punto de vista tcnico y econmico a travs de un estudio tarifario con el fin de
t l i d l i t d b t i i t
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable
rural.
2.1 Descripcin del sector
Los sistemas de abastecimiento de agua potable se distinguen entre urbanos y rurales. Mientras en
el sector urbano la responsabilidad del servicio recae en las empresas sanitarias, en el sector rural la
responsabilidad recae en el Ministerio de Obras Pblicas (MOP). Aproximadamente el 87% de la
poblacin habita en el sector urbano y el 13% restante en el sector rural (Censo, 2002).
2.1.1 Agua potable urbana
Las empresas sanitarias, concesionarias del servicio de agua potable y de la recoleccin y
disposicin de aguas servidas en el sector urbano, son fiscalizadas y controladas por la Superintendencia
de Servicios Sanitarios (SISS), que es el organismo encargado de establecer normas, otorgar las
concesiones, aprobar los planes de desarrollo de las empresas sanitarias y fijar las tarifas del sector. Lasempresas deben dar cumplimiento a sus planes de desarrollo y tienen la obligatoriedad de dar servicio en
su rea de concesin y sus tarifas se fijan con criterio de costo marginal de largo plazo. La cobertura de
agua potable en el sector urbano es de 99.8%(SISS, 2013). El marco legal del sector sanitario est
principalmente constituido por los siguientes cuerpos legales:
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
2.1.2 Agua potable rural
Respecto al sector rural, en general se conoce como localidad rural una unidad poblacional cuyos
habitantes tienen como actividad predominante la realizacin de labores de carcter agrcola, extractivas,
pecuarias o pequeas industrias rudimentarias. En general, la poblacin rural dispone de escasos medios
econmicos y generalmente la familia es la unidad de produccin y consumo a la vez. Presenta unamarcada dependencia de los centros urbanos ms cercanos en relacin a lo laboral, administrativo,
educacional y asistencial.
En Chile, el 68% de la poblacin rural reside en localidades rurales concentradas, es decir, alrededor
de 1,35 millones de habitantes. El programa de agua potable rural y en adelante APR, destinado a dotar
del servicio de agua potable a las localidades concentradas, se inici en 1964, teniendo actualmentecomo organismo responsable al departamento de programas sanitarios del MOP. A los servicios de APR
se les aplica parcialmente la siguiente normativa:
DFL N 382, de 1988 del MOP
Ley que crea la Superintendencia de servicios sanitarios (Ley 18.902)
Ley de subsidio al pago de consumo de agua potable y servicio de alcantarillado (Ley N 18.778)
La administracin y operacin de los sistemas de APR est a cargo en la mayora de los casos de
sistemas de administracin comunitaria, denominados comits de APR. Un componente clave en la
estructura organizacional del programa de APR es la unidad tcnica, que acta a nivel regional y que
bsicamente corresponde a la empresa sanitaria de la regin y en algunas regiones a la Direccin de
Obras Hidrulicas (DOH). Estos organismos tcnicos son contratados para prestar asesora tcnica, y
como tales, son responsables de la ejecucin del proyecto desde su fase de pre inversin hasta la
recepcin de la obra y de asistir tcnicamente al comit de APR durante la operacin del proyecto
ejecutado.
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
2.2.1 Subsistema de captacin y tratamiento de agua potable.
Corresponde al sistema de produccin y consiste en captar agua cruda desde las fuentes de la
naturaleza, sean stas superficiales o subterrneas y conducirla mediante gravedad o impulsin hacia la
planta de tratamiento, o directamente al sistema de distribucin (estanques de distribucin) cuando el
agua cruda no requiere tratamiento y slo cloracin. En la planta de tratamiento se realiza el proceso depotabilizacin del agua cruda mediante procesos mecnicos y qumicos, entregando como producto de
salida, agua potable.
2.2.2 Subsistema de distribucin de agua potable.
Consiste en portear el agua potable desde la planta de tratamiento o estanques de distribucin, por
medio de conducciones, y entregarla en la entrada de la casa o industria del usuario, (antes del medidor)
mediante una red de tuberas. Este sistema comprende conducciones, red de tuberas de distinto
dimetro, estanques y plantas de elevacin, en caso de ser requerida su impulsin.
2.2.3 Subsistema intradomiciliario.
Son obras destinadas a conducir el agua potable desde la entrada de la casa o industria hasta los
artefactos sanitarios ubicados en su interior. Se compone del arranque y medidor ms todas las
instalaciones interiores. Estas inversiones normalmente son pagadas por el usuario directamente a la
compaa de agua potable y no a travs de la tarifa.
En la tarifa, los elementos que componen un sistema de agua potable son los siguientes:
Captaciones (subterrneas o superficiales)
Plantas elevadoras
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
En general un sistema de agua potable rural se puede definir conceptualmente mediante 6
alternativas de solucin, que dan cuenta de los aspectos ms importantes que controlan el diseo y que
se independizan del tamao de la solucin, de manera de poder realizar ajustes de tamaos de esta, sin
variar sustancialmente su concepcin bsica.
Se debe considerar que la solucin a adoptar, depender en definitiva de las condiciones particularesque presenta en cada caso el entorno de la poblacin a beneficiar. Al respecto, existen variantes que se
debern considerar al aplicar cualquiera de las soluciones que se muestran a continuacin. Estos
aspectos tienen relacin principalmente con la calidad de agua y los tratamientos especficos que se
deben considerar en cada caso.
En la caracterizacin de cada solucin se consideran principalmente los tres siguientes aspectos:
Tipo de fuente.
Tipo de estanque de regulacin.
Topografa relativa de las componentes unitarias.
Figura 2.1: Impulsin desde fuente subterrnea a estanque elevado.
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
Figura 2.2: Impulsin desde fuente subterrnea a estanque semienterrado.
Fuente: Subdere 2009.
Figura 2.3: Conduccin desde fuente superficial a estanque elevado.
Fuente: Subdere 2009.
Figura 2.4: Conduccin desde fuente superficial a estanque semienterrado.
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Captulo II: Descripcin sistemas de agua potable rural
Figura 2.5: Impulsin desde fuente superficial a estanque elevado.
Fuente: Subdere 2009.
Figura 2.6: Impulsin desde fuente superficial estanque semienterrado.
Fuente: Subdere 2009.
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Captulo III: Marco terico.
Captulo III:Marco terico.
El marco terico que se presenta a continuacin, est basado en la metodologa descrita y definida en
todos los instructivos, normas, parmetros y criterios para el diseo de proyectos de agua potable descritos
tanto por el MOP, Instructivos Mideplan Serplac IX Regin (2006), Instituto Nacional de Normalizacin (1998),
Superintendencia de Servicios Sanitarios (2003) y tesis que tienen directa relacin con el tema. Para el
marco terico se ha considerado lo siguiente:
3.1 Sistemas de bombeo de agua
3.1.1 Sistemas de bombeo tradicionales
3.1.1.1 Funcionamiento de sistemas de bombeo tradicionales
Estos sistemas son usados para bombear agua tanto de una captacin superficial como de una
captacin subterrnea hacia un estanque de acumulacin que puede ser elevado o semienterrado segn
las figuras 2.1, 2.2, 2.5 y 2.6. Est conformado por bombas hidrulicas, especficamente por bombas
sumergibles.
En general en cualquier sistema de bombeo, existen dos variables que son de suma importancia para
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Captulo III: Marco terico.
3.1.1.2 Dimensionamiento de sistemas de bombeo tradicionales
Para dimensionar un sistema de bombeo tradicional, es necesario conocer las dos variables que
condicionan este diseo. Para conocer el caudal que se tiene que bombear, se considera la siguiente
ecuacin:
b med
24Q = *F.D.M.C.*Q
N Ec. 3.1
Dnde:
Qb : Caudal de bombeo [Lt/s].
N : Nmero de horas de bombeo [horas].
Qmed : Caudal medio diario [Lt/s].
F.D.M.C. : Factor del da de mximo consumo
La altura total del sistema se conoce como altura manomtrica y se compone por la altura esttica
ms la altura dinmica. La altura esttica es la suma de la altura geomtrica ms la carga de presin.
La altura geomtrica es la diferencia de cota entre el nivel del lquido en la succin y en la
descarga. Si la tubera de descarga esta sobre el nivel del lquido en el depsito de descarga,
entonces la altura geomtrica se debe referir a la lnea de centro de la tubera de descarga y no
al nivel del lquido.
La carga de presin es la diferencia de presin existente entre los depsitos de descarga y
succin. Esta expresin es aplicable en depsitos cerrados. Para sistemas abiertos estaexpresin no se considera.
La altura dinmica est compuesta por las prdidas de carga total ms la carga por velocidad.
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Captulo III: Marco terico.
Las prdidas de carga se clasifican en prdidas de carga friccional y prdidas de carga singular. Para
la determinacin de las prdidas de carga friccionales, se utilizar la frmula de Hazen y Williams:
1,852
f 1 ,8 52 4 ,8 69
QP =10,665* *
C *DL Ec. 3.3
Dnde:
J : Prdida de carga unitaria [m.c.a/ m.c.a]
Q : Caudal en [m3/s]
D : Dimetro interior de la tubera en [m]
C : Coeficiente de rugosidad que depende del material de la tubera.
Para distintos materiales, se adopt el siguiente coeficiente C:
P.V.C. C=130
HDPE C=130
Acero C=100
En general a nivel de estudios de prefactibilidad se asume que las prdidas de carga singulares son
equivalentes a un 10% de la prdida friccional del tramo. A nivel de diseo de Ingeniera de Detalles las
prdidas de carga singulares se calculan para cada pieza especial, y son proporcionales a la altura de
velocidad del escurrimiento. Para este estudio se considera esto ltimo y de este modo, la prdida de
carga singular (Ps), se determina mediante la siguiente expresin:
2
s
vP =k*
2*g Ec. 3.4
Dnde
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Captulo III: Marco terico.
Para el clculo de aducciones e impulsiones los coeficientes de prdidas de carga singulares son los
siguientes:
Curva 90 K=0,6
Tee K=1 8
Reduccin K=0,2 Ensanche K=0,6
Vlvula de compuerta abierta K=0,2
Vlvula de retencin K=2,5
Un aspecto importante a considerar en cualquier sistema de bombeo y ms especficamente en las
lneas de impulsin es el efecto del golpe de ariete.
El golpe de ariete junto con la cavitacin son los principales causantes de averas en tuberas e
instalaciones hidrulicas. A menudo cuando se cierra bruscamente una llave en servicio dentro de una
casa, se siente una vibracin que se transmite por toda la caera. Este fenmeno se produce por un
paro violento del chorro de agua, accin que se refleja en la vibracin antes citada. En sistemas de
bombeo el efecto de golpe de ariete, es altamente perjudicial por cuanto un paro violento del motor, sea
manual o por corte de la energa, hace que la velocidad de agua dentro de la caera disminuya casi
instantneamente hasta ser nula, la energa que lleva el agua se transforma en deformacin del lquido
que tiende a expandirse en el extremo donde est ubicada la vlvula de retencin. Esta expansin del
agua produce en la caera un excesivo aumento de presin en sus paredes internas por sobre la presin
de trabajo, producto del cierre la vlvula de retencin, generando la explosin de la caera.
La onda de choque se devuelve generando un vaco que hace que la caera quede sometida apresiones exteriores por sobre su lmite y por consiguiente se produce el colapso o implosin.
En forma simplificada, el golpe de ariete se puede expresar de la siguiente manera:
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Captulo III: Marco terico.
La velocidad de propagacin de la onda de presin (c) depende de la elasticidad del fluido y de la
elasticidad de la pared de la tubera. Para una tubera de seccin circular y libremente soportada, la
velocidad de propagacin se puede determinar por:
p
p e
w
E *g
c=
E d+
E e
Ec. 3.6
Dnde:
Ep : Mdulo de elasticidad de la tubera. Para tubera HDPE PE
100 se considera 1,49 x 109[kgf/m2].
g : Aceleracin de gravedad. 9.81 [m/s2]
: Peso especfico del fluido. Para agua se considera = 1.000
[kgf/m3]
Ew : Mdulo de elasticidad del fluido. Para el agua se considera
2,2x108[kgf/m2].
Dm : Dimetro medio de la tubera [m]
E : Espesor de pared de la tubera [m]
El dimensionamiento de las tuberas debe considerar la suma de las presiones existentes, es decir,
las presiones internas necesarias para la conduccin del fluido ms las sobrepresiones originadas por el
golpe de ariete.
De cualquier manera, siempre que sea posible, se debe intentar disminuir o eliminar la ocurrencia del
golpe, para lo cual se deben tomar algunas precauciones tales como:
Adoptar velocidades del fluido menores que 2 [m/s].
Adoptar vlvulas de cierre y aperturas lentas. En la partida de la bomba, cerrar parcialmente la descarga de la lnea hasta que est
completamente llena y la bomba haya entrado en rgimen; entonces abrir lentamente la
descarga.
Ad t l l ti g l
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Captulo III: Marco terico.
Se considera cierre lento cuando el tiempo de cierre es:
2*Lt>
c Ec. 3.7
Dnde:
t : Tiempo de cierre [s]
L : Longitud de la lnea [m]
c : Velocidad de propagacin de la onda de presin [m/s]
En este caso, la sobre presin de golpe de ariete puede calcularse por la frmula de Michaud:
2 =
* L* vP
g* t
Ec. 3.8
Dnde:
P : Sobre presin debido al golpe [m.c.a]
L : Longitud de la lnea [m]
v : Velocidad media del fluido [m/s]
g : Aceleracin de gravedad [m/s2]
t : Tiempo de cierre [s]
3.1.2 Sistemas de bombeo con estanques hidroneumticos
3.1.2.1 Funcionamiento de sistemas de bombeo con estanques hidroneumticos
Este tipo de equipos conjuga como su denominacin lo indica tres principios, HIDRO: fluido (agua),
NEUMA: aire, TICO: automtico. El propsito de estos equipos, es abastecer una necesidad de caudal
variable hasta un mximo, el cual se le denomina caudal de conexin (Qa) al cual le corresponde una
i d i (P )
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Captulo III: Marco terico
produce la seal de parada de la bomba y el tanque queda con la capacidad de abastecer a la red,
cuando los niveles de presin bajan a los mnimos preestablecidos se acciona el mando de encendido
de la bomba nuevamente.
Figura 3.1: Esquema sistema de bombeo con estanques hidroneumticos
Fuente: Wekker (2004)
3.1.2.2 Dimensionamiento de sistemas de bombeo con estanques hidroneumticos
Un sistema hidroneumtico est compuesto por tres elementos importantes: un estanque o sentinadonde se acumular el agua, equipos de bombeo que pueden ser uno o los necesarios para impulsar el
caudal requerido por la red y que impulsarn el agua desde la sentina hasta el punto donde se requiere
llegar con presin, y un estanque hidroneumtico con el cual se otorga la presin requerida a la red.
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Captulo III: Marco terico
Para el clculo de los equipos de bombeo, primero es necesario establecer la cantidad de unidades
en servicio. Estas deben ser capaces de elevar el caudal mximo probable (QMP) a la presin requerida,
la cual se denomina presin de conexin.
La presin mnima de bombeo o presin de conexin (Pa) debe ser igual o mayor que la diferencia de
cotas entre el eje de aspiracin (o el nivel ms deprimido que alcanza el espejo de agua de la sentina de
acumulacin) y el nivel del punto ms alto, ms las prdidas de carga totales entre la bomba y el punto
ms desfavorable, ms una presin til mnima de 12 m.c.a.
La presin de desconexin o presin de parada se calcula segn la letra k) del artculo 84del RIDDA
la cual dice: Para que el suministro se realice a una presin estable, la presin de desconexin o de
parada del sistema tendr una variacin mxima de 12 m.c.a. A la presin de desconexin le
corresponde un caudal de desconexin (Qb). Con el caudal de conexin y de desconexin se calcula un
caudal medio (Qm) y se escoge un tiempo (T) entre partidas de la motobomba en funcin de la potencia
de esta.
Para calcular el volmen del hidropack primero es necesario calcular el volumen de regulacin, el
cual corresponde a la cantidad en litros de agua capaz de acumularse en la membrana del estanque
hidroneumtico, cuando la bomba alcanza su presin de desconexin y el aire pre inyectado estcomprimido. Este volmen se calcula de acuerdo a la siguiente expresin:
mR
Q * TV =
4 Ec. 3.10
El volmen del estanque hidroneumtico corresponde al volumen fsico del estanque hidroneumtico,
ste contendr el aire pre inyectado y el volumen de regulacin. Este volumen se calcula de acuerdo a la
siguiente expresin:
R bV *(P +10)
V E 3 11
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Captulo III: Marco terico
Tabla 3.1: Tiempo entre partidas segn la potencia de la bomba.
Pot. en Hp T (min)
1,0 - 3,0 1,2
3,0 - 5,5 1,5
5,5 - 7,5 2
7,5 - 15,0 315,0 - 30,0 4
sobre 30,0 6
Fuente: Oyendel (s.f)
3.1.3 Sistemas de bombeo con variador de frecuencia
3.1.3.1 Funcionamiento sistemas de bombeo con variador de frecuencia
Un grupo de presin con motores de velocidad controlada electrnicamente es usado cuando se
requiere un funcionamiento controlado, es decir, el consumo vara y se requiere mantener una presin
constante. La aplicacin de estos sistemas es variada y se pueden mencionar algunas como:
Instalaciones de suministro de agua
Edificios
Hoteles
Industrias
Hospitales Escuelas
Los sistemas de bombeo con motores de velocidad controlada se basan en la estructura de tener un
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Captulo III: Marco terico
Figura 3.2: Diagrama de control para un equipo de elevacin de agua con variador de frecuencia.
Fuente: Inostroza (2011).
El sistema de control compara la presin real existente en la red, en este caso P1 medida por eltransductor de presin con la presin set point Pset ingresada en el variador de frecuencia. Si la presin
real P1 es superior al valor establecido, el sistema de control reduce la velocidad de la bomba y, en
consecuencia, el rendimiento de la bomba, hasta que se cumpla la relacin P1=Pset.
En la figura 3.3 se muestra que sucede cuando se pasa de caudal mximo (Q max) a un caudal menor
(Q1). El sistema de control se encarga que la velocidad de la bomba se reduzca o se aumente de manerade garantizar que la presin de descarga requerida sea P1=Pset, por ejemplo en la ilustracin, la
velocidad se disminuye de nna nx. La instalacin de la bomba garantiza que la presin de suministro ser
constante en el rango de caudales entre 0 y Qmax.
As tambin en caso que la presin P1 sea inferior a la presin requerida Pset, el sistema de control
aumenta la velocidad de la bomba de manera de alcanzar en el menor tiempo posible la presin Pset
.
Figura 3.3: Variacin de la curva de la bomba para pasar de Qmax a Q1.
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Captulo III: Marco terico
3.1.3.2 Dimensionamiento de sistemas de bombeo con variador de frecuencia
Cuando se dimensiona un grupo de presin, es importante asegurar que el funcionamiento del grupo
de presin puede satisfacer la mayor demanda posible tanto de caudal como de presin y adems que el
equipo no est sobredimensionado. Esto es importante en relacin a los costes de instalacin y de
funcionamiento. Para dimensionar estos sistemas, al igual que los sistemas de bombeo tradicional, es
necesario definir las dos variables que controlan este diseo y que son el caudal y la altura de elevacin.
Para la determinacin del caudal se considera el caudal mximo horario segn lo que establece la
normativa chilena. Para determinar la presin que debe mantener el grupo de presin, es necesario
realizar un anlisis hidrulico para que la presin en cualquier punto del sistema se mantenga dentro del
rango establecido por la normativa.
Para la seleccin del grupo de presin se debe tener en cuenta lo siguiente:
La pauta de consumo a satisfacer por el grupo de presin: Cuanto vara el consumo y con qu
brusquedad vara el consumo.
La distribucin del consumo en el tiempo.
El tipo de grupo de presin que hay que seleccionar, el cual debera basarse en la pauta de
consumo.
Las dimensiones del sistema que hay que seleccionar, funcionamiento y nmero de bombas.
La proteccin contra marcha en seco si es que no viene incorporada en el equipo de presin.
La pauta de consumo puede ilustrarse como un perfil de 24 horas y un perfil de carga. El perfil de 24
horas indica el consumo durante 24 horas y el perfil de carga est basado en el perfil de 24 horas yproporciona una visin general en porcentaje del funcionamiento diario del grupo de presin con un
caudal especfico.
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Captulo III: Marco terico
Figura 3.4: Perfil de 24 horas figura izquierda, Perfil de carga figura derecha.
Fuente: Grunfos (s.f).
En la figura 3.5 se muestran ejemplos de pautas de consumo y sus perfiles de 24 horas y de carga
para distintas aplicaciones.
Figura 3.5: Pautas de consumo para distintas aplicaciones.
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Captulo III: Marco terico
El sistema debe satisfacer la mayor demanda posible. Dado que la mayor demanda se realizar
durante un momento breve del periodo de trabajo total, es importante seleccionar un tipo de bomba que
pueda satisfacer la demanda variable durante el perodo de trabajo completo.
Con el fin de conseguir una economa de funcionamiento ptima, se deben seleccionar las bombas
en base a un rendimiento ptimo, es decir, las bombas, en la medida de lo posible, deberan trabajar
dentro de sus rangos de funcionamiento nominales.
El dimensionamiento del grupo de presin est basado en el mayor consumo posible, por lo que el
punto de trabajo de las bombas debera estar siempre a la derecha en la curva de rendimiento con el fin
de mantener un rendimiento alto cuando el consumo disminuye.
Figura 3.6: Curva de rendimiento de la bomba.
Fuente: Grunfos (s.f).
Por otro lado para evitar los efectos de la cavitacin, nunca se debe seleccionar una bomba cuyo
punto de trabajo este demasiado a la derecha de la curva NPSH. Se recomienda comprobar siempre los
valores NPSH de la bomba al mayor consumo posible.
Figura 3.7: Curva NPSH.
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Captulo III: Marco terico
A menudo no es aceptable que el sistema no mantenga su caudal mximo, incluso durante
reparaciones o averas de las bombas. Para evitar cualquier interrupcin del suministro en esta situacin,
el grupo de presin puede equiparse con una bomba de reserva.
Figura 3.8: Sistema con y sin bomba de reserva figura izquierda y derecha respectivamente.
Fuente: Grunfos (s.f).
3.2 Sistemas de tratamiento
3.2.1 Soluciones qumicas
Una solucin o disolucin es una mezcla de dos o ms componentes, perfectamente homognea ya
que cada componente se mezcla ntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus caractersticasindividuales. Esto ltimo significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta
en una sola fase que puede ser slida, lquida o gas y que se encuentra bien definida.
Una solucin que contiene agua como solvente se llama solucin acuosa. Si se analiza una muestra
de alguna solucin puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composicin es constante.
Entonces, reiterando, llamaremos solucin o disolucin a las mezclas homogneas que se
encuentran en fase lquida. Es decir, las mezclas homogneas que se presentan en fase slida, como
las aleaciones de acero, bronce, o latn o las que se hallan en fase gaseosa como aire o humo no se les
conoce como disoluciones
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Captulo III: Marco terico
Los componentes de una solucin son soluto y solvente. Soluto es aquel componente que se
encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser slido, lquido o gas.
Solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al
soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solucin. Aunque un solvente puede
ser un gas, lquido o slido, el solvente ms comn es el agua
En una disolucin, tanto el soluto como el solvente interactan a nivel de sus componentes ms
pequeos (molculas, iones). Esto explica el carcter homogneo de las soluciones y la
imposibilidad de separar sus componentes por mtodos mecnicos.
La mayor o menor concentracin de una solucin va a depender de la cantidad de soluto que se est
disolviendo en una solucin. Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una
disolucin se utiliza una magnitud denominada concentracin. Dependiendo de su concentracin, las
disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas.
Diluidas: Si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequea. Ejemplo: una solucin de 1
gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Concentradas: Si la proporcin de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una
disolucin de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Saturadas: Se dice que una disolucin est saturada a una determinada temperatura cuando no
admite ms cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de
agua a 20 C.
Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, slo se disolvera 36 gramos y
los 2 ramos restantes permanecern en el fondo del vaso sin disolverse.
Sobresaturadas: Disolucin que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una
temperatura determinada. La sobresaturacin se produce por enfriamientos rpidos o pordescompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso.
Las unidades de concentracin en que se expresa una solucin o disolucin pueden clasificarse
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Captulo III: Marco terico
Porcentaje peso a peso (% P/P): Indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la
solucin.
P peso del soluto% = *100
P peso de la solucin Ec. 3.12
Porcentaje volumen a volumen (% V/V): Se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades
de volumen de la solucin.
V volumen de soluto% = *100
V volumen de la solucinEc. 3.13
Porcentaje peso a volumen (% P/V): Indica el nmero de gramos de soluto que hay en cada 100
ml de solucin.
P gramos de soluto% = *100
V ml de la solucin Ec. 3.14
3.2.2 Tratamiento del agua
Debido a que el agua es un solvente casi universal, el agua completamente pura es extremadamente
escasa y difcil de obtener debido a que prcticamente todas las sustancias son solubles hasta cierto
grado. A causa de esta propiedad, el agua se contamina frecuentemente por las substancias con la que
entra en contacto.
La contaminacin del agua ser entonces cualquier diferencia de un parmetro respecto de la
normativa correspondiente.
La contaminacin del agua se puede clasificar de la siguiente manera:
Fsica: Es aquella que se considera como la presencia de uno o ms cuerpo slidos de diferentes
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Captulo III: Marco terico
Existen variadas formas para mejorar la calidad del agua para consumo. Las ms comunes son la
decantacin y el filtrado, seguidas por la desinfeccin. La eliminacin de los organismos patgenos y la
desinfeccin se puede lograr de muchas formas, pero la ms comn es mediante la adicin de cloro
(hipoclorito de calcio). La cloracin es el proceso que hasta ahora rene mayores ventajas al ser
eficiente, de bajo costo, fcil de aplicar, y su presencia se puede medir con mtodos simples.
Cuando se aade cloro, ste purifica el agua al destruir la estructura celular de los organismos, sin
embargo, el cloro se consume a medida que los organismos se destruyen. Este proceso slo funciona si
el cloro entra en contacto directo con los organismos. Si el agua contiene lodo por ejemplo, las bacterias
se pueden esconder dentro del mismo y no son alcanzadas por el cloro. El cloro necesita cierto tiempo
para destruir todos los organismos. En agua a una temperatura mayor de 18C, el cloro debe estar en
contacto con el agua, al menos, durante 30 minutos. Si el agua est ms fra, el tiempo de contacto se
debe incrementar. Si se aade suficiente cloro, quedar un poco en el agua luego de que se eliminentodos los organismos; se le llama cloro libre.
Si se analiza el agua y se encuentra que todava existe cloro libre en ella, se comprueba que la
mayora de los organismos peligrosos ya fueron eliminados del agua y, por lo tanto, es seguro
consumirla. Este procedimiento se le denomina medicin de cloro residual. La norma NCh 409 indica
que la concentracin mxima de cloro libre debe quedar entre los valores de 0,2 mg/L y 2 mg/L.
Por esta razn, es normal que se le aada cloro al agua apenas se introduce en el tanque de
almacenamiento o en una tubera larga de distribucin, para darle tiempo a que el producto qumico
reaccione con el agua antes de llegar al consumidor.
Los indicadores de contaminacin son la existencia o ausencia de algunas familias de bacterias, queson las ms resistentes a ser eliminadas. Estas son de la familia de los coliformes como por ejemplo
Eschericha Coli, Enterobacter, Klebsiella y Citrobacter. Estas son las bacterias cuya existencia se
determina en los anlisis que se realizan en los laboratorios, y su ausencia indica que no existen otras
bacterias patgenas porque estas ltimas mueren antes que las de la familia coliforme
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Captulo III: Marco terico
3.3 Proyeccin de la poblacin
La proyeccin de la poblacin se refiere al clculo del crecimiento aproximado previsto en el nmero
de habitantes en un lugar para un futuro dado. Existen diferentes mtodos para el clculo de la poblacin
futura a partir de modelos de crecimiento.
Estos modelos incluyen variables bsicas de poblacin y no buscan predecir con exactitud la
dinmica de una poblacin, sino ms bien explicar el tipo de dinmica esperada con base en el
comportamiento de aos pasados y su posible comportamiento futuro bajo el mismo esquema de
crecimiento u otro distinto.
Los modelos ms utilizados en la proyeccin de la poblacin para proyectos de agua potable rural
son:
3.3.1 Crecimiento Aritmtico.
El modelo de crecimiento aritmtico de la poblacin, est dado por la siguiente ecuacin:
Pf= P0+ r*n Ec. 3.15 En que:
Pf : Poblacin futura.
P0 : Poblacin ao base.
r : Incremento medio anual (habitantes).
n : Nmero de aos, desde el ao base.
3.3.2 Crecimiento Geomtrico
El modelo de crecimiento geomtrico de la poblacin, est dado por la siguiente ecuacin:
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Captulo III: Marco terico
3.3.3 Crecimiento Vegetativo
El modelo de crecimiento vegetativo de la poblacin, est dado por la siguiente ecuacin:
Pf= P0*(1 + r*n) Ec. 3.17 En que:
Pf : Poblacin futura
P0 : Poblacin ao base
r : Tasa de crecimiento anual
n : Nmero de aos, desde el ao base
3.3.4 Crecimiento exponencial
El modelo de crecimiento exponencial de la poblacin, est dado por la siguiente ecuacin:
Pf= P0*er*n Ec. 3.18 En que:
Pf : Poblacin futura
P0 : Poblacin ao base
r : Tasa de crecimiento anual
n : Nmero de aos, desde el ao base
3.4 Proyeccin de la Demanda
Los caudales a considerar para el diseo de cada alternativa estarn determinados por la proyeccin de
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Captulo III: Marco terico
med
Pob*dotQ =
86400*(1-perdidas)
Ec. 3.19
max,d medQ =F.D.M.C*Q Ec. 3.20
max,h medQ =F.D.M.C*F.H.M.C*Q Ec. 3.21
Dnde:
Qmed : Caudal medio diario [Lt/s]
Qmax d : Caudal mximo diario [Lt/s]
Qmax h : Caudal mximo horario [Lt/s]
Pob : Poblacin total [hab]
Dot : Dotacin de produccin [Lt/hab/da]
Prdidas : Perdidas en la red [%/%]
N : Nmero de horas de bombeo
[horas]
3.5 Anlisis Hidrulicos de las Redes
Para poder realizar el correspondiente anlisis hidrulico para cada alternativa de estudio, es
necesario definir el trazado que tendr la red de distribucin de la localidad.
Con el trazado definido de la red de distribucin de agua potable de la localidad de Malloco Lolenco se
procede a estructurar la topologa de la red de simulacin hidrulica, para poder procesarla mediante el
programa computacional EPANET. Este programa de dominio pblico, permite calcular complejas redes de
abastecimiento y regado, desde un punto de vista hidrulico y de calidad. El programa fue desarrollado por
la USEPA (U.S Enviromental Protection Agency), organizacin creada en 1970 en E.E.U.U encargada de
velar por los recursos naturales del pas.
Dentro de las caractersticas que ofrece este potente software, se encuentran las siguientes:
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Captulo III: Marco terico
Admite depsitos de geometra variable, esto es, cuyo dimetro vare con el nivel.
Considera diferentes tipos de demanda en los nudos, cada uno con su propia curva de modulacin
en el tiempo.
Permite modelar tomas de agua cuyo caudal dependa de la presin como por ejemplo rociadores.
Admite leyes de control simples, basadas en el valor del nivel en los depsitos o en la hora prefijada
por un temporizador, y leyes de control ms complejas basadas en reglas lgicas.
Para realizar la modelacin hidrulica de las redes, ser necesario conformar la siguiente informacin:
Numeracin de nudos y tramos, los que se asignan arbitrariamente.
Determinacin de las cotas de cada nudo, estas se obtienen del levantamiento topogrfico.
Determinacin de las caractersticas fsicas de cada tramo, de acuerdo al catastro actualizado (forma
de conexin, nudos extremos, dimetro, material, longitud y tipo de tramo).
Clculo de los consumos asociados a cada nudo de la red, utilizando las densidades, dotaciones,
factores de mximos consumos, entre otros y que fueron definidas en el estudio de demandas
respectivo. Para cada nudo se determinar su rea tributaria (o rea circundante de cada nudo),
mediante el mtodo geomtrico (superficies trapeciales).
Con toda esta informacin se procede a generar en forma grfica el archivo de entrada de datos, en el
cual se pueden simular distintas alternativas de funcionamiento como por ejemplo: sistemas de fuentes,
variacin de consumos, operacin de la red, entre otros.
Se efecta el proceso computacional respectivo, de tal manera de presentar el output en forma grfica
y/o mediante listados.
Los resultados obtenidos en los procesos computacionales para cada alternativa de estudio,
correspondientes a presiones, caudales, velocidades de escurrimiento, aportes y direccin de flujos se
graficarn en colores en un plano global de la red y sus magnitudes se resumirn mediante listados anexos,
de tal manera de obtener una visin lo ms exacta posible de cada proceso que representara a los distintos
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
Captulo IV: Descripcin de la localidad
4.1 Descripcin general
El sector rural de Malloco Lolenco se encuentra ubicado en la comuna de Villarrica a 8 kilmetros al
este de la ciudad. Se accede en el km. 6 de la ruta 69B119 Villarrica-Pucn, punto en el cual se toma el
camino 69E006 hacia el sur, denominado Los Guindos-Segunda Faja hasta empalmar con la ruta 2Faja-
Molco. Siguiendo 2 km hacia el este se encuentra el rea de intervencin del proyecto.
Otra va de acceso, es ingresar directamente por la ruta 2Faja-Molco recorriendo aproximadamente
8 km. Esta ruta se encuentra asfaltada los primeros 3 km y el resto es una carpeta granular.
Los antecedentes demogrficos generales se indican en la tabla 4.1, y segn los antecedentes
recopilados, en esta localidad existen 92 familias y 1 capilla, lo que se traduce en un total de 93
arranques a considerar.
Figura 4.1: rea de intervencin del proyecto.
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
Tabla 4.1: Antecedentes de Poblacin Localidad Malloco Lolenco.
reaPoblacin [Habitantes]
Censo 1992 Censo 2002
Repblica de Chile 13.348.401 15.116.435
Regin de La Araucana 781.242 869.535
Provincia de Cautn 578.205 667.920Comuna de Villarrica 35.867 45.531
Localidad de Malloco Lolenco Sin Informacin Sin Informacin
Fuente: Instituto Nacional de Estadstica.
Malloco Lolenco no se encuentra cercano a sectores urbanos que cuentan con agua potable como es
el caso de la ciudad de Villarrica, distante a 8 km. del sector, razn por la cual se analizarn soluciones
propias para esta localidad.
Sobre la base de la estadstica existente de la estacin Villarrica (DGA) se aprecia que el ao
promedio presenta un total de agua cada de 2.107 mm. El ao ms lluvioso que se registra es 1993, con
un total de 2.670,0 mm y el menos lluvioso es 1998, con 1.142,4 mm.
Con respecto a la variacin mensual, los meses estivales o menos lluviosos (perodo Diciembre a
Febrero) presentan un promedio de precipitacin de 62,3 mm mensuales, con un acumulado de 187,0
mm equivalentes al 8,9 % de la precipitacin media anual. En tanto, los meses ms lluviosos, desde
Mayo a Agosto, presentan una precipitacin media mensual de 314,6 mm, con un acumulado de 1.258,6
mm, vale decir, un 59,7 % del total anual. El mes ms lluvioso es Junio y el menos lluvioso es Febrero.
La vegetacin nativa de la zona ha sido bastante explotada, observndose terrenos utilizados para laplantacin de pastizales para la engorda de ganado y sectores de bosque nativo aun no explotados,
ubicados en los sectores altos y cercanos a las riberas de cauces superficiales.
Se presenta como principal fuente de escurrimiento superficial el Lago Villarrica, destacando que los
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
4.2 Caracterizacin topogrfica
En general, la localidad presenta una configuracin topogrfica caracterstica de una faja volcnica
con fuertes pendientes. El sector ms alto se encuentra ubicado al sur de la ruta 69E839 y el sector ms
bajo se encuentra ubicado al norte de la misma ruta. Las viviendas que se encuentran a lo largo de esta
ruta, presentan una serie de repechos.
Por otra parte la localidad presenta una baja densidad de viviendas por kilmetro de camino segn
como se indica en la tabla 4.2.
Tabla 4.2: Caracterizacin topogrfica localidad Malloco Lolenco.
Localidad
Longitud de
caminosCotas [m.s.n.m.]
Cota
MediaDesnivel Densidad
[Km] Ms baja Ms alta [m.s.n.m.] [m] [Viv./Km]
Malloco
Lolenco6,861 282 363 302,30 81 13,6
Fuente: Elaboracin propia.
4.3 Descripcin del sondaje existente
Actualmente existe una captacin subterrnea junto a la Ruta S-839 en las coordenadas SIRGASWGS-84 N=5.643.560,9 y E=745.838,9 en el sector Poniente del rea de Intervencin del Proyecto. La
captacin corresponde a un sondaje de 60 m. de profundidad, habilitado con tubera de acero de 10 de
dimetro. El terreno donde est ubicado el sondaje, tiene una superficie de 36 m2.
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
Tabla 4.3: Estratigrafa Sondaje Malloco Lolenco.
HorizonteProfundidad [m]
DescripcinDesde Hasta
1 0 1 Tierra Vegetal
2 1 23 Arena Fina
3 23 32 Arena Media4 32 40 Arena y Grava
5 40 44 Arena Fina
6 44 50 Arcilla
7 50 51 Arena Fina
8 51 60 Arena y Grava
Fuente: PERFOMAQ (2011)
Luego de la perforacin se habilit el sondaje con caera de acero de 10 hasta los 32 metros. Se
intercalaron cribas de Acero Inoxidable Slot 40 de 10 entre los 32 y 38 metros y Slot 20 entre 38 y 44
metros, adems de dos tramos en Slot 20 entre 51-54 y 56-59 metros.
En resumen, la habilitacin fue la siguiente:
Tabla 4.4: Habilitacin Sondaje Malloco Lolenco.
Profundidad [m] Habilitacin
0 a 32 Caera de Acero D=250 mm. (10).
32 a 38 Criba de Acero Inoxidable D=200 mm. (10) Slot 40.
38 a 44 Criba de Acero Inoxidable D=200 mm. (10) Slot 20.44 a 51 Caera de Acero D=250 mm. (10).
51 a 54 Criba de Acero Inoxidable D=200 mm. (10) Slot 20.
54 a 56 Caera de Acero D=250 mm. (10).
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
Figura 4.2: Habilitacin Sondaje Malloco Lolenco.
Fuente: PERFOMAQ (2011)
En general para determinar la capacidad del acufero se llevan a cabo pruebas de bombeo. En primer
trmino se realizan las pruebas de bombeo de gasto variable y en segundo lugar, las pruebas de bombeo
de gasto constante. Estas pruebas se efectan con una bomba de pozo profundo accionada con un
generador procediendo a medir la produccin de agua del pozo con caudales crecientes, es decir se
procede a restringir en forma significativa el caudal generado por la bomba a travs de una llave de paso
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
Tabla 4.5: Prueba de Gasto Variable.
Etapa
Caudal
[l/s]
Duracin
[minutos]
N. Esttico
inicial[m]
Depresin
total [m]
1 (14:00 a 20:00 de 12-12-2011) 8 360 23,63 2,88
2 (20:00 a 24:00 de 12-12-2011) 12 240 26,51 1,71
3 (0:00 a 4:00 de 12-12-2011) 16 240 28,22 1,29
Fuente: PERFOMAQ.
La prueba de gasto constante se efectu utilizando el mismo criterio utilizado para la prueba de
bombeo de gasto variable en cuanto a la metodologa, extendiendo esta prueba por un periodo de 24
horas con un caudal constante de 14 litros/segundo, que corresponde al 87,5% del mximo valor de
gasto variable.
El nivel esttico inicial fue de 23,80 metros y el nivel estabilizado fu de 29,89 metros, por lo tanto se
tuvo una depresin de 6,09 m. La recuperacin del pozo al cabo de 60 minutos de finalizada la prueba
fu de 4,43 metros, es decir, en ese lapso se recuper gran parte de la depresin del pozo (73%).
Figura 4.3: Esquema Niveles Dinmicos sondaje Malloco Lolenco.
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Capitulo IV: Descripcin de la localidad
En un sondaje hay dos niveles especiales:
El nivel esttico: que es el nivel en que se encuentra el agua cuando no se ha iniciado la
extraccin de agua.
El nivel dinmico: cuando se inicia el bombeo el nivel del agua comienza a bajar segn la rapidez
de bombeo hasta que despus de un tiempo el nivel se detiene. La rapidez de llenado del pozose equilibra con la del bombeo y esta nueva profundidad o punto es el nivel dinmico.
Para diferentes caudales habr diferentes niveles dinmicos. Y la unin de todos estos diferentes
niveles dinmicos v/s caudal originan una curva llamada curva de aforo del pozo. La figura N4.4
muestra la curva de aforo para el sondaje de la localidad.
Esta curva es muy importante porque se conoce cuanto rinde el pozo para un determinado caudal
requerido y la profundidad a la que se debe instalar la bomba, para evitar que se quede sin agua. Para el
diseo de las bombas de pozo se considerar un nivel dinmico de 32 [m].
Figura 4.4: Curva de Aforo sondaje Malloco Lolenco
0
10
20
30
40
50
-
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Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Esta actividad tiene importancia estratgica en el sentido de compatibilizar el presente estudio con los
requerimientos de demanda que plantea la comunidad, en relacin a la definicin de la cobertura de los
beneficiarios y calidad del servicio. Se definir como ao 0 el ao 2013 en el cual se supone que el proyecto
an no entra en funcionamiento.
El clculo de la demanda estar basado en la metodologa descrita y definida en todos los instructivos,
normas, parmetros y criterios para el diseo de proyectos de agua potable descritos tanto por el MOP,
como as tambin el ex SENDOS y MIDEPLAN. El Estudio de poblacin y consumo ha considerado lo
siguiente:
Cantidad de arranques: Para efectos de clculo de la demanda al ao 0 se han considerado lossocios que se encuentran en la nmina base, todo dentro del marco del rea de intervencin del
proyecto. La cantidad proviene del listado actual de socios del comit de agua potable rural de
Malloco Lolenco. En la actualidad son 93 arranques que no cuentan con el servicio de agua potable,
stos se componen de 92 viviendas y 1 capilla.
Densidad habitacional: Corresponde al promedio de habitantes por vivienda determinado en base
a la Encuesta Socioeconmica. En el caso de Malloco Lolenco se calcul 3,5 habitantes por
vivienda. Pero para efectos de diseo se adoptar el valor de 5 habitantes por vivienda, lo que
redunda en una poblacin al ao 0 de 474 habitantes.
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Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Perodo de previsin:Se considera como ao base el ao 2013 con un horizonte de anlisis que se
extiende por 20 aos hasta el ao 2033. Se estima adems que el proyecto comienza a operar a
partir del ao 2014.
Coeficiente de Caudal: El coeficiente para el caudal mximo diario ser de 1,5 con respecto al
caudal medio diario. El coeficiente de caudal mximo horario ser de 1,5 con respecto al caudalmximo diario.
Coeficiente de Prdidas: Si bien normalmente no se consideran en diseos de agua potable rural,
en ste estudio se considera un 15% de prdidas.
Caudal de bombeo: Para el abastecimiento con elevacin mecnica se consideran 18 horas de
bombeo del caudal mximo diario.
Volumen de regulacin: Corresponde a la compensacin entre caudales producidos y consumidos.
Para el diseo del volumen del estanque se ha considerado un volumen igual o superior al 20% del
consumo mximo diario al final del periodo de previsin. En sistemas de agua potable rural el
volumen de regulacin no considera el volumen de incendio.
En la Tabla 5.1 y Grfico 5.1 se detalla la proyeccin de la poblacin con el objeto de obtener las bases
necesarias que permitan determinar la demanda actual y futura de agua potable.
Tabla 5.1: Proyeccin poblacin Malloco Lolenco.
Tasa de
Crecimiento
Poblacin
Ao 0
Poblacin
Ao 10
Poblacin
Ao 20
C l V E di d bl i
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Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Figura 5.1: Proyeccin Poblacin Malloco Lolenco.
Fuente: Elaboracin Propia.
Las necesidades por consumo de agua potable a lo largo del periodo de previsin y por consiguiente los
caudales que se utilizaran en el diseo de los diferentes componentes del sistema se muestran en la Tabla
5.2.
Se observa tambin que para el ao 20 de la proyeccin, los caudales: medio, mximo diario y
mximo horario son de 1,15 [Lt/s], 1,73 [Lt/s] y 2,59 [Lt/s] respectivamente.
Por otra parte segn el clculo que se muestra a continuacin, el volumen de regulacin que se
requiere es de 30 [m3].
3
3
lt s1,73 *86400
s diaV=0,2* =29,89 m
lt1000
m
Ec. 5.1
Debido a que los volmenes de regulacin que se manejan en agua potable rural son: 25 [m 3], 50
[m3], 75 [m3]y 100 [m3], se adoptar un volumen de regulacin para el estanque de regulacin es de 50
[m3].
465474484493503513524534545
556567578590602614626638
651664677691705
0
200
400
600
800
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Poblacin
Aos
Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
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Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Tabla 5.2: Proyeccin de caudales.
Ao
Qmedio
[Lt/s]
Qmx,diario
[Lt/s]
Qmx,horario
[Lt/s]
2012 0,76 1,14 1,71
2013 0,78 1,16 1,74
2014 0,79 1,19 1,78
2015 0,81 1,21 1,81
2016 0,82 1,23 1,85
2017 0,84 1,26 1,89
2018 0,86 1,28 1,93
2019 0,87 1,31 1,96
2020 0,89 1,34 2,00
2021 0,91 1,36 2,04
2022 0,93 1,39 2,08
2023 0,94 1,42 2,13
2024 0,96 1,45 2,17
2025 0,98 1,47 2,212026 1,00 1,50 2,26
2027 1,02 1,53 2,30
2028 1,04 1,56 2,35
2029 1,06 1,60 2,39
2030 1,09 1,63 2,44
2031 1,11 1,66 2,492032 1,13 1,69 2,54
2033 1,15 1,73 2,59
Fuente: Elaboracin Propia.
Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
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Captulo V: Estudio de poblacin y consumo
Tabla 5.3: Proyeccin Caudales de Bombeo.
Ao
Caudal de bombeo
[Lt/s]
18 hr.
2012 1,52
2013 1,55
2014 1,58
2015 1,61
2016 1,64
2017 1,68
2018 1,71
2019 1,75
2020 1,78
2021 1,82
2022 1,85
2023 1,89
2024 1,932025 1,97
2026 2,01
2027 2,05
2028 2,09
2029 2,13
2030 2,172031 2,21
2032 2,26
2033 2,30
Captulo VI: Planteamiento de alternativas
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Captulo VI: Planteamiento de alternativas
Captulo VI: Identificacin y planteamiento de
alternativas
Del diagnstico que se ha podido realizar, la localidad de Malloco Lolenco no cuenta actualmente con
un sistema de agua potable y su principal problema es la deficiente provisin de agua para consumo
humano, que se realiza a partir de norias, que durante el perodo de estiaje disminuyen notablemente su
rendimiento, o de fuentes superficiales tales como canales o vertientes naturales afectas a contaminacin
bacteriolgica. Ello ha determinado la existencia de un riesgo sanitario importante, que se ha visto
reflejado en la presencia de enfermedades que se transmiten a travs del agua.
El rea de intervencin del proyecto considera un total de 93 arranques al ao 0.La situacin con
proyecto considera la instalacin de un servicio de agua potable rural para el cual es necesario realizar
un estudio de alternativas. En esta etapa se plantean y describen las alternativas tcnicas de solucin al
problema de capacidad de regulacin de la localidad en su conjunto, el problema de una adecuada
conduccin de agua hacia todo el sector de Malloco Lolenco y al problema de presin del sector alto de la
localidad.
Los aspectos considerados para solucionar estos problemas son:
Fuente de Abastecimiento: Para todas las alternativas se considera abastecer de agua a todo el
sector mediante el sondaje existente que se ha descrito en el captulo 4.
L d I l i L l d i l i t d l lt ti HDPE PE 100
Captulo VI: Planteamiento de alternativas
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Captulo VI: Planteamiento de alternativas
Sistema de Regulacin: Para la regulacin del caudal producido con el caudal consumido, en el
anlisis de alternativas se consideran estanques metlicos elevados y estanques de hormign
armado semienterrados. En cada alternativa de estudio se consideran diferentes ubicaciones para
los estanques, esto es debido a la disponibilidad de terrenos que para ubicar la planta de
tratamiento.
Planta Relevadora: Para las 3 primeras alternativas se considera una planta relevadora dado que la
ubicacin de los estanques no permite dotar con servicio a toda la poblacin. Para la alternativa 1 y
2 se considera presurizacin particular para las casas del sector alto del rea de intervencin del
proyecto. La alternativa 3 considera presurizar un sector ms amplio