ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA DEPARTAMENTO DEL TOLIMA NIT. 900 235 058 -0 Consorcio Planes y Diseños del Tolima MUNICIPIO DE COYAIMA ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS TOMO I DE I Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia I
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
NIT. 900 235 058 -0
Consorcio Planes y Diseños del Tolima
MUNICIPIO DE COYAIMA
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS
TOMO I DE I
2I-IT-013 Rev. 0
OCTUBRE DE 2011
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia
I
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
REGISTRO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN
TITULO DEL DOCUMENTO: ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO
DEL MUNICIPIO DE COYAIMA, DEPARTAMENTO DEL TOLIMA.
Tabla 1. Planteamiento de Alternativas..........................................................................................................17
Tabla 2. Costo de alternativas.........................................................................................................................18
Tabla 3 Tasas de crecimiento..........................................................................................................................20
Tabla 4 Proyecciones de Población Incluyendo Población Flotante.................................................................21
Tabla 5. Tabla A.3.1. Asignación del nivel de complejidad..............................................................................22
Tabla 6. Dotación Neta Máxima según clima y nivel de complejidad..............................................................23
Tabla 7. Caudal medio diario...........................................................................................................................24
Tabla 8. Caudal máximo diario........................................................................................................................24
Tabla 9. Caudal máximo horario.....................................................................................................................25
Tabla 10. Parámetros analizados para los años 2011 y 2036..........................................................................25
Tabla 11. Calculo de Caudales por Componentes del Sistema de acueducto según el RAS 2000.....................26
Tabla 12. Caudales por Componentes del Sistema del municipio de Coyaima.................................................26
Tabla 13.Parámetros de diseño –pozo de amortiguamiento...........................................................................48
Tabla 14.Coordenadas relativas perfil Vertedero-Presa..................................................................................49
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 4
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 15. Aspectos generales- Línea de aducción............................................................................................51
Tabla 16.Dimensiones desarenador................................................................................................................52
Tabla 17. Calculo orificios Pantalla deflectora.................................................................................................52
Tabla 18. Otras Especificaciones Técnicas Planta Minipack............................................................................59
Tabla 19. Parámetros de diseño del nuevo almacenamiento..........................................................................64
Tabla 20. Diámetros mínimos Red Matriz.......................................................................................................70
Tabla 21. Diámetros internos mínimos en las redes de distribución................................................................70
Tabla 22. Presión mínima en la red.................................................................................................................72
Tabla 23. Aspectos generales del sistema de viaductos..................................................................................81
Tabla 24. Evaluación de cargas.......................................................................................................................82
Tabla 25. Resumen diseño pendolones............................................................................................................82
Tabla 26. Calcificación de riesgo en salud según el IRCA.................................................................................88
Tabla 27. Resultados de IRCA Municipio de Coyaima......................................................................................89
Tabla 28. Proyección de demanda sistema de acueducto...............................................................................91
Tabla 29. Valores de N1 para diferentes tipos de fugas................................................................................102
Tabla 30.Perdidas Físicas...............................................................................................................................102
Tabla 31. Niveles inevitables de pérdidas para los diferentes componentes de un sistema de agua potable.
Tabla 32. Costos y acciones según la clase de pérdida..................................................................................105
Tabla 33.Parámetros de desarrollo de macromedición.................................................................................110
Tabla 34. Localización y función de macromedición......................................................................................116
Tabla 35. Porcentaje de causas de daño en las tuberías dependiendo del material......................................118
Tabla 36. Red de acueducto del municipio de Coyaima.................................................................................119
Tabla 37. Etapa de construcción de obras.....................................................................................................120
Tabla 38.Listado de válvulas de cierre permanente VCP...............................................................................121
Tabla 39.Listado de válvulas de corte VC.......................................................................................................121
Tabla 40.Tipos y causas de pérdidas comerciales..........................................................................................123
Tabla 41. Clases de micromedición por metrología.......................................................................................125
Tabla 42. Diámetro de medidores según consumo........................................................................................126
Tabla 43.Facturación actual..........................................................................................................................128
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 5
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Localización Municipio Coyaima- Tolima..........................................................................................13
Figura 2. Gráfico de Proyecciones de Población del municipio de Coyaima.....................................................20
Figura 3. Distribución de diámetros en la red del Municipio de Coyaima........................................................28
Figura 4. Distribución de materiales en la red del Municipio de Coyaima.......................................................29
Figura 5. Patrón de consumo típico en una red de distribución.......................................................................31
Figura 6. Superficie topográfica del Municipio de Coyaima y la red de distribución de agua potable.............32
Figura 7.Localización de válvulas.....................................................................................................................33
Figura 8. Planta del trazado de la conducción de la quebrada Meche.............................................................34
Figura 9. Planta de la línea de bombeo desde el Río Saldaña..........................................................................35
Figura 10. Polígonos de Thiessen Red de distribución......................................................................................37
Figura 11. Ubicación espacial de los suscriptores con micromedición.............................................................38
Figura 12. Modelo hidráulico de las redes de Coyaima...................................................................................39
Figura 13. Nodos de la red de Coyaima que demandan agua en el Escenario1...............................................40
Figura 14. Comportamiento del almacenamiento, Escenario 1.......................................................................41
Figura 15. Comportamiento del almacenamiento, Escenario 2.......................................................................42
Figura 16. Presiones en el momento de máximo consumo 7:00am. Escenario 2.............................................42
Figura 17. Comportamiento del tanque de almacenamiento, Escenario 3......................................................43
Figura 18. Presiones en el momento de máximo consumo 7:00 am. Escenario 3............................................43
Figura 19. Relación F vs l/Y1............................................................................................................................50
Figura 20.Esquema general de la planta de tratamiento propuesta...............................................................55
Figura 21. Esquema del análisis gráfico para el cálculo de almacenamiento..................................................61
Figura 22. Patrones de consumo.....................................................................................................................62
Figura 23. Comportamiento de la capacidad de almacenamiento..................................................................63
Figura 24. Comportamiento de la capacidad de almacenamiento..................................................................64
Figura 25. Red de acueducto propuesta. Municipio de Coyaima.....................................................................66
Figura 26. Red de distribución del Sistema Existente del Municipio de Coyaima.............................................67
Figura 27. Red de distribución del Sistema Nuevo del Municipio de Coyaima.................................................68
Figura 28. Área de influencia del proyecto. Municipio de Coyaima.................................................................69
Figura 29. Diámetros de la red de distribución actual del Municipio de Coyaima...........................................71
Figura 30. Presiones de la red de distribución de los sistemas a periodo de diseño.........................................74
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 6
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 31. Comportamiento de la presión del Nodo 1589...............................................................................75
Figura 32. Evaluación cubrimiento de hidrantes..............................................................................................76
Figura 33. Sectores operativos del Municipio de Coyaima...............................................................................77
Figura 34. Sectores hidráulicos. Sistema Existente y Sistema Nuevo...............................................................80
Figura 35. Esquema básico de los viaductos....................................................................................................82
Figura 36. Cobertura servicios públicos del Municipio de Coyaima.................................................................87
Figura 37. Producto del catastro de usuarios..................................................................................................92
Figura 38.Construcción de los Polígonos de Thiessen......................................................................................93
Figura 39. Modelo Hidráulico Optimizado del Sistema de Acueducto del Municipio de Coyaima....................96
Figura 40. Distribución de presiones a periodo de diseño................................................................................97
Figura 41. Velocidad media de flujo a periodo de diseño................................................................................97
Figura 42. Esquema de balance hidráulico- Sistema proyectado...................................................................107
Figura 43.Tipos de medidores Woltman........................................................................................................113
Figura 44. Características de los medidores tipo Woltman recomendados...................................................114
Figura 45.Esquema general de macromedicion.............................................................................................116
Figura 46.Distribución de las Válvulas de Cierre Permanente VCP................................................................122
Figura 47. Organigrama Empresa de Servicios Públicos del municipio de Coyaima.......................................139
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 7
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
1 INTRODUCCIÓN
El presente documento corresponde al informe de estudios y diseños definitivos del
acueducto para el Municipio Coyaima, en el marco del proyecto AJUSTE,
ACTUALIZACION Y/O FORMULARIO DE PLANES MAESTROS Y DISEÑOS DE LOS
SISTEMAS DE ACUEDUCTO EN EL DEPARTAMENTO DEL TOLIMA, ZONA SUR, de
acuerdo al contrato 061 de 2010, suscrito entre las Empresas Públicas del Tolima EDAT
S.A. E.S.P. y el consorcio PLANES Y DISEÑOS DEL TOLIMA.
Este informe corresponde a la tercera etapa del desarrollo del proyecto para la
formulación del Plan Maestro de Acueducto del casco urbano del Municipio de Coyaima,
en donde se presentan trece (13) capítulos, en los cuales se encuentra la descripción e
información general del municipio y del sistema actual de acueductos, los diseños y
estudios definitivos de la alternativa seleccionada. Igualmente se presentan en síntesis los
criterios de diseño, los aspectos ambientales y la modelación hidráulica tanto del sistema
actual como del sistema optimizado.
Además se realiza el análisis de costo mínimo, teniendo en cuenta la disponibilidad de
recursos del municipio y se dan recomendaciones de las acciones prioritarias para la
optimización del acueducto, representado en el plan de gestión de operación, de
desarrollo institucional y plan de obras e inversiones.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 8
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
2 ANTECEDENTES
El servicio de Acueducto en el Municipio de Coyaima es prestado por la Empresa de
Servicio Públicos de Coyaima EMPUCOY ESP. Este acueducto tiene como fuente de
abastecimiento de agua, la Quebrada Meche captación por gravedad, y el Rio Saldaña,
captación por bombeo. Las dos líneas de conducción, envían el agua a un mismo
desarenador y enviada a una PTAP, la cual es de tipo convencional y se encuentra en
funcionamiento, consta de floculadores, sedimentadores y filtros. Contigua a la PTAP, se
encuentra el tanque de almacenamiento, desde donde se realiza la distribución a la
población del Municipio de Coyaima.
2.1 INFORMACIÓN BASE UTILIZADA
La información utilizada para la realización del presente informe, se basó en:
Recopilación de información existente en entes gubernamentales (Alcaldía de
Coyaima), oficina de Planeación Municipal y la oficina de Servicios Públicos de
Coyaima.
Revisión y Evaluación del Diagnostico técnico e institucional de la prestación de los
servicios de acueducto, alcantarillado y aseo, resumen informe final, realizado por la
UT FORDES, para el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial,
MAVDT, año 2008, del cual retomaron algunos numerales para la elaboración del
diagnóstico, como: Descripción general de los servicios, ambiente, diagnóstico técnico
del acueducto, alcantarillado y aseo.
Reuniones realizadas con la oficina de servicios públicos, y personal de la Alcaldía
con el fin de dar a conocer la información, divulgación, comunicación de los trabajos a
realizar en el Municipio de Coyaima.
Evaluación del estado, operación, detalles de todas las estructuras, accesorios y
componentes de los sistemas de aducción, tratamiento y distribución del acueducto de
Coyaima.
Levantamiento topográfico con GPS (Geografical Position System) y estaciones
topográficas de las estructuras hidráulicas y redes del sistema del acueducto del
Municipio de Coyaima, así como las redes de acueducto existentes dentro del
perímetro urbano y las diferentes redes de aducción.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 9
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Levantamiento topográfico para llevar a cabo el censo de usuarios de la parte urbana
del Municipio de Coyaima.
Planos catastrales IGAC Municipio de Coyaima.
Levantamiento topográfico (planimetría y altimetría) del catastro de redes de
acueducto dentro del Municipio de Coyaima.
Catastro de accesorios y redes de acueducto de las aducciones existentes.
Toma de muestras de agua captada en las diversas fuentes de suministro para la
realización de análisis físico – químico total.
Análisis microbiológico en la red de distribución.
Revisión detallada de las estructuras hidráulicas existentes del sistema, así como su
estado, edad, ubicación, operación, capacidad, uso, entre otros aspectos.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 10
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el ajuste, actualización, y/o formulación del plan maestro y diseño del sistema
de acueducto del Municipio de Coyaima.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseño y/o optimización del sistema de acueducto del Municipio de Coyaima.
Evaluar la magnitud e impacto que tiene cada uno de los componentes hidráulicos en
el servicio y continuidad del sistema de acueducto.
Recomendar acciones para garantizar un adecuado funcionamiento del sistema de
abastecimiento de agua.
Optimizar el sistema de acueducto para que la calidad del agua captada, tratada y
suministrada a los usuarios del sistema de acueducto en la zona, sea apta para el
consumo humano.
Elaborar un plan de operación para optimizar el sistema de acueducto del Municipio
de Coyaima y lograr que a futuro el porcentaje de pérdidas sea menor al 25%.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 11
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
4 LOCALIZACIÓN GENERAL DEL SISTEMA
4.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA ACTUAL
El acueducto cuenta actualmente con dos bocatomas. La bocatoma de la Quebrada
Meche, queda localizada a 14.3 km al sur occidente del municipio y la planta de
tratamiento. Es una bocatoma de fondo se encuentra en mal estado debido a las últimas
crecientes que han tenido efectos estructurales en la misma.
La bocatoma del Rio Saldaña, ubicada a 1.5 km al sur occidente de la planta de
tratamiento. Cuenta con dos tuberías de 4” y un sistema de bombeo el cual no se
encuentra en buenas condiciones y presenta problemas por los continuos arrastres de
arena que provienen del Rio Saldaña.
La línea de aducción de la Quebrada Meche, tiene una distancia de 14.5 km, se encuentra
construida en PVC y Asbesto cemento, y pasa por zonas de riesgo geológico y ambiental
como ríos y quebradas.
La Línea de impulsión del Rio Saldaña tiene una distancia de 1.5 km, la cual pasa por
medio del municipio. Esta se encuentra enterrada y construida en PVC.
Las dos líneas de conducción, envían el agua a un mismo desarenador y enviada a una
PTAP, la cual es de tipo convencional y se encuentra en funcionamiento, consta de
floculadores, sedimentadores y filtros. Contigua a la PTAP, se encuentra el tanque de
almacenamiento, desde donde se realiza la distribución a la población del Municipio de
Coyaima.
4.2 LÍMITE URBANO Y ZONAS DE DESARROLLO
El Municipio de Coyaima, se encuentra situado al sur del Departamento del Tolima. (Ver
Figura 1).
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 12
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 1. Localización Municipio Coyaima- TolimaFuente: Consultor
4.2.1 Cabecera municipal
Su cabecera está localizada sobre 3°48' de latitud norte y los 75°12' de longitud al oeste
de Greenwich, a 114 kilómetros de la ciudad de Ibagué, capital del departamento.
4.2.2 Limites
Norte: Con el Departamento de Caldas. Desde la desembocadura del Río Guarino en
el Magdalena hasta el pico central en el Nevado de Santa Isabel. Longitud: 125
kilómetros
Sur: Con el Departamento del Huila. Desde el Nevado del Huila hasta el nacimiento
del Río Riachón. Longitud: 260 Kilómetros.
Oriente: Con el Departamento de Cundinamarca. Desde el nacimiento del Río
Riachón en el cerro Cara de Zorro, sobre la cuchilla Altamizal, hasta la
desembocadura del Río Guarino en el Magdalena. Longitud: 240 Kilómetros.Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811
Bogotá, Colombia 13
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Occidente: Con el Departamento del Cauca. Desde el nacimiento del Río Desbaratado
hasta la cima del Nevado del Huila. Longitud: 23 Kilómetros
4.2.3 Zonas de desarrollo
Zona Urbana Desarrollada (ZUD):
Comprende la cabecera municipal y los caseríos de Castilla, Totarco Piedras, Totarco
Dinde, Mesas de Inca y Guayaquil, asentamientos humanos nucleados que cubren una
superficie de 620.50 has, equivalentes al 0.93% del territorio municipal.
Zona Verde de Reserva (ZVR):
Se constituye en una de las categorías de mayor importancia, dadas sus características
de vegetación leñosa productora, protectora y reguladora de agua. Corresponde 84 has
de reforestación protectora productora, con las especies Guadua (Guadua angustifolia) e
Igua (Pseudosamanea guachapele), las cuales en algunos sectores se encuentran
asociadas con frutales como el mango y el limón, formando sistemas agroforestales;
dichas plantaciones han sido ejecutadas por la Corporación Autónoma Regional del
Tolima “CORTOLIMA” y la Alcaldía Municipal de Coyaima a través de la UMATA.
Zona de Ronda de Ríos (ZRR):
Ocupa una superficie de 3011.35 has, equivalente al 4.53 % del área total. Corresponde a
pequeñas manchas dispersas, localizadas en el sector suroccidental del municipio,
específicamente en zonas de nacimiento del Río Meche y de las Quebradas Meche,
Lemaya y Coya, así como sobre las márgenes de los Ríos Chenche, Hilarco y Guaguarco.
Zona de Expansión Urbana (ZEU):
Hace referencia a la delimitación de las áreas de expansión que puedan presentar los
actuales centros poblados, como una previsión de su crecimiento, basado ello en
características topográficas (terrenos planos), de estabilidad de suelo, de posición
geográfica estratégica, de ubicación con muy baja a nula vulnerabilidad ante la ocurrencia
de riesgos naturales, y de posibilidad de adecuación y habilitaciones urbanística (provisión
de servicios públicos y sociales). Todo ello partiendo de una previa redefinición de los
límites urbanos, procedimiento efectuado de acuerdo al alcance real de perímetro de
servicios que ellos tienen.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 14
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Zona de Desarrollo Agropecuario y/o de Abastecimiento (ZDAG/A):
Corresponde a las áreas dedicadas al desarrollo de la actividad agrícola. Cubre
7919.7 has equivalentes al 11.92 % del área municipal. Los pastizales hace referencia a
la vegetación de tipo herbáceo cuyas especies que la conforman pertenecen básicamente
a la familia de las gramíneas, categoría de uso que cubre una superficie de 41699.23 has,
equivalentes al 62.77% del área municipal.
Zona de Conservación y/o Protección (ZCP):
Teniendo en cuenta que el ordenamiento del territorio no solo implica el manejo de la
variable cobertura vegetal - suelo, se hace necesario además de las categorías de uso
propuestas a través de la C.D.M.B, incluir una quinta categoría, denominada “Otros Usos”,
donde se involucra aquellas ocupaciones y uso del espacio diferentes a cobertura:
vegetal, que siendo unas de carácter obligatorio (centros poblados, localizaciones para
desarrollo de macroproyectos, etc.) y otras de gran potencial benéfico para el desarrollo
de la región, deben ser contempladas, puesto que ellas no ocasionaran mediante un
adecuado manejo el deterioro de la base natural. Dentro de ésta categoría, se tiene:
Cuerpos de Agua (Ca). Adicional a los lagos existentes, se involucra dentro de esta
unidad el área de inundación demandada en el proyecto “Triángulo del Tolima”
(460.0 has), espejo de agua que será obtenido a través del embalse “Zanja Honda”,
sistema artificial cuya presa y fuente de alimentación (toma, conducción y entrega para
transvase de aguas del Río Saldaña), se encuentra actualmente en la etapa inicial de
construcción.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 15
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
5 DIAGNÓSTICO Y ALTERNATIVA ÓPTIMA ESCOGIDA
Las alternativas que se plantearon tuvieron en cuenta todos los componentes del sistema,
de acuerdo con los resultados del diagnóstico, de esta forma se establece la toma de
decisiones generando la mejor solución para el municipio.
Algunos de estos componentes son de alta prioridad y deberán desarrollarse a corto
plazo.
Se realizaron alternativas en los componentes de aducción y almacenamiento. Esta última
va encaminada al suministro en las zonas de expansión del municipio, como son la
Urbanización Coyaima Vive.
Se realizaron las alternativas considerando cada una de las áreas involucradas en la
elaboración del diagnóstico como: estado estructural, suelos, funcionamiento de la planta,
funcionamiento hidráulico y diagnóstico institucional, bajo los siguientes aspectos:
Vulnerabilidad del sistema.
Ahorro del Agua.
Calidad del servicio.
Prestación del servicio.
Cobertura del servicio
De acuerdo a lo anterior, las alternativas del sistema se plantean de acuerdo a los
siguientes criterios:
La planta de tratamiento de agua potable actual se encuentra en buenas
condiciones pero presenta problemas estructurales y de asentamiento.
Se realizara la construcción de una planta de tratamiento compacta, tanque de
abastecimiento para abastecer principalmente la población futura (Barrios Benigno
Capera y Coyaima Vive).
Se mantiene como fuente principal la Quebrada Meche, por consiguiente es
necesaria la construcción de una nueva bocatoma.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 16
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
La conducción existente se encuentra en buen funcionamiento, con capacidad
suficiente, se debe efectuar la optimización de las conducciones instalando
válvulas de purga y ventosa requeridas, para la operación de la misma.
De la línea de conducción existente se realizara una derivación hasta el sitio
destinado para la nueva PTAP compacta que abastecerá principalmente los
Barrios Benigno Capera y Coyaima Vive (actual zona de expansión).
Se implementa la Macromedición en la salida del tanque existente.
Se implementa la Micromedición en el sistema de distribución, como plan de
reducción de pérdidas.
Implementación del plan de ahorro de agua, debido a que el componente más
importante en este diagnóstico es la reducción de pérdidas en el sistema.
Implementación del plan de sectorización.
Fortalecimiento comercial de la empresa prestadora del servicio.
Implementación de la gestión operacional del sistema.
En la Tabla 1 se presenta de forma resumida el planteamiento de cada una de las
alternativas.
Tabla 1. Planteamiento de Alternativas
ALTERNATIVA 1Adecuar el sistema existente
ALTERNATIVA 2Planta Cerro Biana
BOCATOMA Y SISTEMAS DE
BOMBEO
Construcción nueva bocatoma Q. MecheConstrucción de nuevo sistema de bombeo Rio Saldaña.
Construcción nueva bocatoma Q. MecheConstrucción de nuevo sistema de bombeo canal el Triángulo (1700 m).
ADUCCIÓN Construcción línea de aducción. Construcción línea de aducción.
DESARENADOR Construcción del desarenador Construcción del desarenador
CONDUCCION
Construcción de viaductos y pasos especiales.Instalación y cambio de válvulas de purgas y ventosas.Cambio de tubería asbesto cemento y HD por tubería flexible en pasos y fallas geotécnicas.Implementación de válvulas de corte-
Construcción de viaductos y pasos especiales.Instalación y cambio de válvulas de purgas y ventosas.Cambio de tubería asbesto cemento y HD por tubería flexible en pasos y fallas geotécnicas.Implementación de válvulas de corte.
PLANTA DE TRATAMIENTO
Ampliación y adecuación de la PTAP existente.Construcción de obras de protección para la PTAP
Construcción de nueva PTAP cerro de Biana.
TANQUE
Construcción de tanque de almacenamiento de 300 m3.y conexión tanques existentes.
Construcción tanque barrios cota alta Benigno, Capera y Coyaima vive.
BOMBEO Construcción sistema de bombeo PTAP,. No se requiereREDES DE
DISTRIBUCIÓNPlan de reducción de pérdidas y optimización de presiones.
Plan de reducción de pérdidas y optimización de presiones.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 17
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Se han analizado los costos de las alternativas planteadas, basados en costos de
referencia, como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Costo de alternativas
ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2
BOCATOMA Y SISTEMAS DE BOMBEO
$ 150.000.000 $ 290.000.000
ADUCCIÓN $40.000.000 $ 40.000.000
DESARENADOR $ 150.000.000 $ 150.000.000
PLANTA DE TRATAMIENTO $350.000.000 $ 700.000.000
TANQUE $540.000.000 $ 670.000.000
BOMBEO $150.000.000 -
REDES DE DISTRIBUCIÓN $200.000.000 $200.000.000
TOTAL $ 1.580.000.000 $ 2.050.000.00
De las alternativas presentadas, la Alternativa 2, fue escogida por el Alcalde del Municipio
de Coyaima , el señor Jorge Arturo Aragón, secretario de obras públicas, gerente de
EMPUCOY y demás funcionarios de planeación, como solución a la optimización del
sistema de acueducto, debido a que está alternativa presenta el diseño de una nueva
bocatoma, línea de aducción, desarenador, conducción, PTAP compacta y tanque de
almacenamiento con capacidad para abastecer agua potable a la población futura.
Igualmente se realizaran la optimización de la red de distribución y un plan de gestión
para la instalación de micromedidores y macromedidores. Esta alternativa se dio
viabilidad debido a que el abastecimiento de agua que existe actualmente no sería
suficiente para la población futura e igualmente fortalece y ofrece una mayor solides que
el sistema existente.
En el plano 1 se muestra el esquema de operación del sistema de acueducto proyectado.
Adicionalmente a la alternativa escogida de la construcción de una nueva bocatoma, línea
de conducción, aducción y desarenador, la consultoría contemplará el funcionamiento
alterno con lo que existe actualmente. En el Anexo 1, se presenta el acta de socialización
del Municipio de Coyaima y la selección de la alternativa.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 18
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
6 CRITERIOS DE DISEÑO
Los criterios de diseño utilizados para la optimización del sistema de acueducto del
Municipio de Coyaima, están basados por el Título B del Reglamento Técnico del Sector
de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS-2000 y sus modificaciones de acuerdo a la
Resolución 2023 de Noviembre de 2009.
6.1 POBLACIÓN
El cálculo de la población futura se realizó utilizando los modelos matemático, geométrico,
aritmético y exponencial, de acuerdo con las metodologías presentadas en el RAS 2000 –
Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – Resolución
No. 1096 del 17 de noviembre de 2000 (Titulo B, Tabla B.2.1) y la Resolución 2320 del 27
de noviembre de 2009.
La consultoría seleccionó el modelo geométrico, que es el que más se ajustó al
comportamiento histórico de la población. De acuerdo a lo a los lineamientos de la norma
técnica RAS 2000 y teniendo en cuenta que la población tienen una alta actividad turística
y comercial se ajustan las proyecciones de población en un 5%. Estos incrementos se
realizaron para todos métodos de estimación expuestos.
Se realizaron proyecciones de población tomando 5 rangos inter-censales con los
respectivos años de censo usados (1951-1964, 1964-1973, 1973-1985, 1985-1993, 1993-
2005), de acuerdo con los datos de la siguiente Tabla 3, el municipio presenta tasas de
crecimiento positivas a lo largo de los periodos intercensales, por tal motivo se toma el
promedio de las tasas de crecimiento intercensales para representar la dinámica
demográfica actual del municipio, con este promedio se tiene una tasa de 1.92% para el
método Geométrico.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 19
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 3 Tasas de crecimiento
TASAS DE CRECIMIENTO
PeriodoAritmético Geométrico ExponencialPendiente r k
1951 - 196458,85 4,63% 4,52
1964 - 1973-17,33 -1,05% -1,06
1973 - 1985107,58 5,14% 5,01
1985 - 199325,50 0,87% 0,86
1993 - 200597,00 2,72% 2,69
Promedio53,19 1,92% 1,88
Fuente: Consultor
A continuación se muestra la gráfica de los resultados obtenidos en las proyecciones de
población, sin tener en cuenta la población flotante.
Figura 2. Gráfico de Proyecciones de Población del municipio de Coyaima.
Fuente: Consultor.
En la siguiente tabla se presentan las proyecciones de población para cada uno de los 25
años, incluyendo la población flotante.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 20
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 4 Proyecciones de Población Incluyendo Población Flotante.
PROYECCIONES DE POBLACION
AÑOARITMETICO GEOMETRICO EXPONENCIAL
POBLACIÓN P+PF POBLACIÓN P+PF POBLACIÓN P+PF2011 4543 4770 4735 4971 4727 4964
2012 4596 4826 4825 5067 4817 5058
2013 4650 4882 4918 5164 4908 5154
2014 4703 4938 5012 5263 5001 5251
2015 4756 4994 5109 5364 5096 5351
2016 4809 5050 5207 5467 5192 5452
2017 4862 5105 5307 5572 5291 5555
2018 4915 5161 5409 5679 5391 5661
2019 4969 5217 5512 5788 5493 5768
2020 5022 5273 5618 5899 5597 5877
2021 5075 5329 5726 6012 5703 5988
2022 5128 5385 5836 6128 5811 6102
2023 5181 5440 5948 6246 5921 6217
2024 5235 5496 6062 6365 6033 6335
2025 5288 5552 6179 6488 6148 6455
2026 5341 5608 6297 6612 6264 6577
2027 5394 5664 6418 6739 6383 6702
2028 5447 5720 6541 6869 6504 6829
2029 5501 5776 6667 7000 6627 6958
2030 5554 5831 6795 7135 6752 7090
2031 5607 5887 6925 7272 6880 7224
2032 5660 5943 7058 7411 7011 7361
2033 5713 5999 7194 7554 7143 7501
2034 5766 6055 7332 7699 7279 7643
2035 5820 6111 7473 7846 7417 7787
Fuente: Consultor.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 21
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
6.2 NIVEL DE COMPLEJIDAD
El nivel de complejidad se define de acuerdo al número de habitantes proyectado para el
periodo de diseño, su capacidad económica y el grado de exigencia técnica requerida
para adelantar el proyecto. En la Tabla A.3.1 del título A del RAS 2000, se encuentran los
rangos de asignación del nivel de complejidad, que de acuerdo con las proyecciones de
población realizadas, corresponden a un nivel de complejidad MEDIO.
Tabla 5. Tabla A.3.1. Asignación del nivel de complejidad.
Nivel de Complejidad Población en la zona urbana (1)
(habitantes)Capacidad económica
de los usuarios (2)
Bajo < 2500 BajaMedio 2501 a 12500 Baja
Medio Alto 12501 a 60000 MediaAlto > 60000 Alta
(1) Proyectando al período de diseño. Incluida población flotante(2) Incluye capacidad económica de población Flotante
Fuente: Titulo A, Capitulo A.3, RAS 2000.
De acuerdo al Artículo 2 la Resolución 2320 de 27 de noviembre de 2009 en el cual se
modifica el Artículo 69 del Resolución 1069/00 (RAS 2000), se tiene que el periodo de
diseño para todos los componentes de los sistemas de acueducto a nivel de complejidad
medio es de 25 años.
6.3 DOTACIÓN NETA
Para determinar la dotación neta, la Resolución 2320 de noviembre de 2009, modificó el
Artículo 67 de la Resolución 1069/00 (RAS 2000), se tiene que para un nivel de
complejidad MEDIO, y teniendo en cuenta que Coyaima está ubicado a una altura por
debajo de 1000 msnm (de clima cálido), la dotación máxima neta para el Municipio de
Coyaima será de 125 L/Hab-día. En la siguiente tabla se muestra la dotación neta
máxima según la Resolución 2023.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 22
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 6. Dotación Neta Máxima según clima y nivel de complejidad.
NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA
DOTACIÓN NETA MÁXIMA PARA POBLACIÓN CON CLIMA FRIO O
TEMPLADO (L/Hab-día)
DOTACIÓN NETA MÁXIMA PARA POBLACIÓN CON CLIMA
CÁLIDO (L/Hab-día)Bajo 90 100
Medio 115 125
Medio alto 125 135
Alto 140 150
Fuente: Resolución 2023, Articulo 1, 2009
6.4 DOTACIÓN BRUTA
La Dotación Bruta es la cantidad de agua máxima requerida para satisfacer las
necesidades básicas de un habitante, considerando para su cálculo el porcentaje de
pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. Según la resolución 2320 de 2009, el
porcentaje de pérdidas técnicas máximas admisibles para el cálculo de la Dotación Bruta,
no deberá superar el 25%.
Para el cálculo de la dotación bruta, según el Numeral B.2.6 del RAS 2000, se debe
calcular con la siguiente ecuación:
Ec. 1 DBruta=DNeta
1−%PPor lo tanto,
DBruta=125
1−0.25=167 L/Hab-día
6.5 DEMANDA
Caudal medio diario (Qmd)
El Qmd es el caudal medio demandado por la población, de acuerdo a la dotación bruta
asignada y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:
Ec. 2 Qmd=P×DBruta
86400
En la Tabla 7, se muestra el caudal medio diario para la población actual y futura.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 23
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 7. Caudal medio diario
Escenarios AñoPoblación
(hab)d bruta
(L/hab. día)Qmd(L/s)
Actual 2011 4971 167 9.59Futuro 2036 7997 167 15.43
Caudal máximo diario (QMD)
Se calcula mediante la siguiente fórmula:
QMD=Qmd×k1
k1 = 1.3 (coeficiente de consumo máximo diario), correspondiente a un valor de nivel de
complejidad medio (Ver Tabla B.2.5 Ras 2000). En Tabla 8, se muestra el caudal medio
diario para la población actual y futura.
Tabla 8. Caudal máximo diario.
Escenarios AñoQmd (L/s)
K1QMD(L/s)
Actual 2011 9.59 1.3 12.47Futuro 2036 15.43 1.3 20.05
Caudal máximo horario (QMH)
Se calcula mediante la siguiente ecuación:
QMH=QMD×k2
Según el nivel de complejidad adoptado para este diseño, y teniendo en cuenta que el
diseño es para una red de distribución menor, el coeficiente de consumo máximo horario
será k2= 1.60 (RAS 2000 en el Numeral B.2.7.5). En Tabla 9, se muestra el caudal medio
diario para la población actual y futura.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 24
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 9. Caudal máximo horario.
Escenarios AñoQMD (L/s)
K2QMH(L/s)
Actual 2011 12.47 1.6 19.95Futuro 2036 20.05 1.6 32.09
En la Tabla 10 se muestra un cuadro resumen de los parámetros analizados
anteriormente, para la población actual (2011) y futura (2036).
Tabla 10. Parámetros analizados para los años 2011 y 2036.
Parámetro Unidad 2011 2036
Periodo de diseño - 25 25
Nivel de Complejidad Medio Medio
Población total hab 4971 7997
Dotación neta L/ hab.dia 125 125
Dotación Bruta L/ hab.dia 167 167
Pérdidas totales (%) % 25 25
Caudal medio diario , Qmd L/s 9.59 15.43
Caudal Máximo Diario, QMD L/s 12.47 20.05
Coeficiente de consumo máximo diario, K1 - 1.3 1.3
Caudal Máximo Horario, QMH L/s 19.95 32.09
Coeficiente de consumo máximo horario, K2 - 1.6 1.6
Caudales por componente del sistema
Una vez calculado los caudales de diseño (Qmd, QMD y QMH), se procede a calcular los
caudales de cada uno de los componentes que integran el sistema de acueducto del
municipio. Según el RAS 2000, cada uno de los componentes como son captación,
aducción, desarenador, conducción y PTAP tiene unos parámetros de diseño que se
muestran en la Tabla 11.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 25
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 11. Calculo de Caudales por Componentes del Sistema de acueducto según el RAS 2000
COMPONENTE NORMATIVIDADNIVEL DE
COMPLEJIDADQ DISEÑO
PERDIDAS A TENER EN CUENTA.
Captación RAS A.11.1.4Bajo y Medio QMD
Aducción 5% y PTAP 5%
Medio Alto 2 * QMD -Alto 2.5 QMD -
Aducción RAS A.11.1.12 Bajo y Medio QMD PTAP 5%Medio Alto y
AltoQMD
Aducción 5% y PTAP 5%
DesarenadorRAS A.11.2.4 Y
B.4.4.6.2
Bajo, Medio, Medio Alto y
AltoQMD
Aducción 5%,PTAP 5% y Conducción 5%
Conducción RAS A.11.1.12Medio Alto 2 * QMD -
Alto 2.5 QMD -
PTAP RAS A.11.2.1.1Bajo, Medio, Medio Alto y
AltoQMD -
Almacenamiento RAS B.9.4.4
Bajo 1/3(QMD/1 día) -
Medio y Medio Alto
1/3(QMD/1 día)+(Qmd*tiempo fuera
de servicio)-
Alto 1/4(QMD/1 día) -
Distribución RAS A 11.1.15
Bajo QMH -Medio y Medio
AltoQMH o Qmd +Qincendio
-
Alto QMH -
Fuente: Titulo A y Titulo B, RAS 2000
Dada la anterior tabla se procedió a calcular los caudales para cada estructura para la
demanda actual y futura como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 12. Caudales por Componentes del Sistema del municipio de Coyaima
AñoCaptació
n (l/s)Aducció
n (l/s)Desarenado
r (l/s)Conducció
n (l/s)
PTAP
(l/s)
Almacenamiento
(m3)
Distribución
2011
31.17 12.47 12.47 12.47 12.47 359.03 19.95
2036
50.14 20.05 20.05 20.05 20.05 577.57 32.09
Fuente: Consultor
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 26
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
6.6 MODELACIÓN
En este capítulo se presentan los resultados de la modelación hidráulica de las redes que
prestan el servicio de distribución de agua potable en el Municipio de Coyaima.
Actualmente, en el interior del casco urbano se encuentran en funcionamiento dos
sistemas separados: uno alimentado directamente desde la planta de tratamiento de agua
potable (para abastecer a el Barrio Benigno Capera) y el otro alimentado desde los
tanques de almacenamiento, aguas abajo de la planta (para abastecer el resto de la
cabecera urbana).
Métodos de cálculo de redes de distribución
Los sistemas de distribución de agua potable están conformados por la unión de una gran
cantidad de tuberías simples, las cuales interactúan entre sí para transportar el líquido a
través de grandes distancias. Para establecer con certeza el comportamiento de la masa
y energía en cualquier momento y en todo lugar dentro de éstas, es necesario resolver de
manera simultánea, un conjunto de sistemas de ecuaciones no lineales que resulta como
producto del comportamiento de cada uno de los elementos que conforman la red.
Para dar cumplimiento a esta tarea se han venido desarrollando una serie de métodos de
solución iterativos, entre los que se destaca el Método de Cross, el Método de Newton
Raphson, el Método de la Teoría Lineal, los cuales evolucionaron con el tiempo a la par
del crecimiento de la tecnología y los métodos numéricos disponibles.
En la actualidad, las redes de distribución de agua potable se simulan a través del Método
del Gradiente, el cual es de tipo matricial y hace uso del entendimiento de la hidráulica del
fenómeno para minimizar el número de operaciones que deben realizarse.
Elementos que intervienen en la simulación de redes de distribución
Para conseguir que un modelo hidráulico digital represente adecuadamente el
comportamiento del prototipo instalado en campo, se requiere que cada uno de sus
elementos pueda ser simulado con suficiente precisión. A continuación se presenta la
forma en la cual se representan en un modelo hidráulico digital las diferentes partes de
una red de distribución.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 27
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tubos
Representan los conductos a través de los cuales se desplaza el fluido a lo largo de la
red, por lo cual su presencia es indispensable en todo modelo. Las principales
propiedades asociadas a los tubos son:
Identificador del tramo
Longitud del tramo
Diámetro
Rugosidad
Nodo inicial, nodo final
Velocidad de flujo
Caudal
Coeficiente de pérdidas menores
Estado: Permite establecer si la tubería se encuentra abierta o cerrada en el
momento de la simulación.
En el caso del Municipio de Coyaima, la red de distribución cuenta con un total de
10.614 m de tuberías construidas principalmente PVC y en proporción menor en Asbesto
Cemento, con diámetros que oscilan entre 1” y 6”, como se muestra en la Figura 3 y en la
Figura 4.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1" 1.5" 2" 2.5" 3" 4" 6"
Núm
ero
de tr
amos
Diámetro (inch)
Distribución de diámetros
Figura 3. Distribución de diámetros en la red del Municipio de Coyaima.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 28
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
0
2000
4000
6000
8000
10000
PVC AC
Long
itud
(m)
Material
Materiales en la red
Figura 4. Distribución de materiales en la red del Municipio de Coyaima.
Nodos
Representan las uniones entre los tubos que conforman la red, además de encargarse de
reportar la presión disponible en las distintas zonas. Las propiedades asociadas a los
nodos en una red de distribución son:
Identificador del nodo
Coordenadas X y Y: Permiten establecer la localización espacial del elemento.
Cota: Elevación topográfica del sitio en el cual se produce la unión entre las
tuberías.
Demanda: Consumo promedio de los suscriptores cercanos.
Curva de modulación: Conjunto de factores multiplicadores que afectan la
demanda base.
Coeficiente de emisor: Representa el tamaño de una fuga localizada en las
inmediaciones del nodo.
Vértices
Se utilizan para incluir los cambios de dirección que presentan las tuberías a lo largo de
su longitud.
Identificador del tubo al que pertenece.
Coordenada X y Y del vértice.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 29
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Embalses
Encargados de representar la fuente de agua a través de la cual se alimenta la red. Las
principales propiedades de los embalses son:
Identificador del embalse.
Coordenadas X y Y.
Cota: Altura del agua a la salida del embalse.
Tanques de almacenamiento
Los tanques de almacenamiento se encargan de garantizar la presencia de líquido en el
sistema en todo momento, aprovechando las horas de bajo consumo para acumular un
volumen de agua, el cual es consumido posteriormente durante las horas pico.
Identificador del tanque.
Coordenadas X y Y.
Cota de fondo.
Nivel inicial, máximo y mínimo
Geometría
Curva de descarga: Se utiliza para establecer la variación del volumen en
función de la altura.
Bombas
Se emplean especialmente en aquellos casos en los cuales las diferencias topográficas
no son suficientes para abastecer una parte o la totalidad de los usuarios:
Identificador de la bomba.
Nodo inicial, nodo final a los que se encuentra conectada.
Curvas de la bomba: A través de las cuales se establece la capacidad y el
rendimiento del equipo instalado.
Válvulas de control
Se encargan de controlar la energía o la masa disponible en algún sector específico. Para
representar una válvula de control se necesita:
Identificador de la válvula.
Nodo inicial y nodo final a los que se encuentra conectada.
Diámetro.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 30
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tipo: Permite establecer si se trata de una reguladora de presión o de caudal y
qué clase de comportamiento presenta.
Coeficiente de pérdidas menores.
Curvas de modulación
También conocidas como patrones de consumo, consisten en una serie de factores
multiplicadores que se aplican a la demanda base de los diferentes nodos de la red, para
simular la variación en el consumo a lo largo del día. Cada suscriptor perteneciente a un
sistema de distribución posee un patrón de consumo propio de acuerdo a sus hábitos y
necesidades, sin embargo, en la práctica dicha curva no puede conocerse de manera
particular. Debido a lo anterior, en términos de modelación se aprovecha el hecho de que
está es muy similar para todos los suscriptores de tipo residencial, construyéndose así ya
curva típica común. Para su fabricación se utilizan los valores de caudales promedios
diarios registrados en la entrada de la zona, los cuales se transforman en una curva
unitaria (conocida así porque la suma del promedio de todos sus elementos es igual a
uno).
Figura 5. Patrón de consumo típico en una red de distribución.
Por intermedio de la topografía se determina la posición y elevación de todas las
estructuras ubicadas en campo, así como las características del terreno en el que se
encuentran. Durante la elaboración del presente estudio, se realizó un levantamiento
topográfico exhaustivo. Con base en este trabajo se generó la superficie del terreno,
mostrada en la Figura 6, la cual sirvió como base para la elaboración de los modelos de
acueducto del municipio.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 31
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 6. Superficie topográfica del Municipio de Coyaima y la red de distribución de agua
potable.
Leyes de control
Por este nombre se conoce al conjunto de órdenes que se utilizan para simular
acontecimientos especiales; estas pueden ocurrir de forma periódica en el sistema, tales
como apertura o cierre de válvulas, encendido o apagado de sistemas de bombeo o
cualquier otro suceso sobre algún elemento del sistema.
Válvulas de cierre
El sistema cuenta con 13 válvulas de cierre, a través de las cuales se genera la
sectorización operativa necesaria para prestar el servicio a todo el municipio. Su
localización se puede apreciar en la Figura 7.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 32
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 7.Localización de válvulas.
Asignación de demandas
La asignación de las demandas se realiza mediante la determinación de los polígonos de
Thiessen, los cuales son una construcción geométrica que usa un plano euclideo y unos
puntos de control. Un plano euclideo es de dimensión finita, por lo que en el presente
municipio, el límite es definido por el perímetro urbano y los puntos de control son los
nodos de la red de acueducto sobre los cuales se puede realizar la asignación de la
demanda.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 33
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Resultados de la simulación hidráulica
Aducciones y conducciones
El sistema de distribución de agua potable del Municipio de Coyaima en la actualidad está
siendo abastecido a través de dos fuentes superficiales (Quebrada Meche y Río Saldaña)
localizadas al sur de la cabecera municipal. A continuación se presenta la evaluación
hidráulica de cada una de éstas.
Aducción quebrada Meche
Sobre esta línea se aprovecha la diferencia de niveles de 44.7 m existentes entre el
desarenador y la entrada a la planta de tratamiento, para transportar aproximadamente
20 L/s hacia la cabecera urbana del municipio, a través de 15300 m de tubería de 8” y 6”
en PVC (ver Figura 8).
1
Diameter
150.00
174.00
186.00
200.00
mm
Figura 8. Planta del trazado de la conducción de la quebrada Meche.
Para la evaluación hidráulica de la línea de aducción se utilizó el QMD requerido para
abastecer la demanda de caudal en el caso urbano, al final del período de diseño
(Numeral B.6.4.2 del RAS 2000), el cual es de 19.3 l/s.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 34
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Para transportar este caudal a través de la línea, se demandan 10.7 m de la energía total
en pérdidas por fricción, mientras los 34 m restantes se consumen en pérdidas menores
Conducción Río Saldaña
La otra fuente de abastecimiento que en la actualidad dispone el sistema de acueducto
del Municipio de Coyaima, es el Río Saldaña, cuya bocatoma se encuentra ubicada al sur
de la cabecera municipal, unos 44 m por debajo de la planta de tratamiento. Esta
diferencia topográfica se vence por intermedio de un sistema de bombeo, que tiene la
capacidad de impulsar 20 l/s.
Esta línea tiene una longitud de 1.500 m y está construida en tubería de PVC de 6”. En la
Figura 9 se presenta el alineamiento de las tuberías de este bombeo.
Figura 9. Planta de la línea de bombeo desde el Río Saldaña
Redes de distribución
Como parte del diagnóstico de las redes de transporte y distribución de agua potable del
Municipio de Coyaima, se planteó un grupo de escenarios hidráulicos, a través de los
cuales se evaluó la respuesta de la infraestructura instalada ante diferentes hipótesis
operativas.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 35
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
En el primer Escenario se buscan reproducir las condiciones que actualmente se están
presentando en el sistema, las cuales conllevan a la creación de cuatro sectores
operativos, debido a los altos consumos reportados.
Mientras que los otros dos escenarios plantean un QMD de 12.37 L/s para el año 2011 y
un QMD de 19.3 L/s para el año 2036; cálculos hechos a partir de las demandas
recomendadas en la resolución 2320 del MAVDT (167 l/hab-día). Dichos modelos no
presentan ninguna regla de operación y buscan simular la prestación continua del servicio
de agua potable al municipio.
Escenario 1: Funcionamiento condiciones actuales
En la actualidad en la cabecera urbana del municipio de Coyaima habitan 4935 personas,
a las cuales se les presta el suministro de agua potable a través de dos fuentes
superficiales conocidas con el nombre de río Saldaña y quebrada Meche, las cuales
proporcionan en conjunto 20 L/s en promedio.
Teniendo en cuenta estos datos el consumo medio por habitante sería:
Este valor es 2.35 veces más grande que el que recomienda el MAVDT en la resolución
2320, lo que corresponde a un manejo inadecuado del recurso y además generará
dificultades operativas.
De igual forma es necesario tener en cuenta que en la actualidad el servicio se ofrece de
forma fraccionada a diferentes zonas del municipio, lo que significa que en cada momento
los 20 l/s están siendo proporcionados a una población menor, lo que aumenta
significativamente el consumo real.
Se crearon Polígonos de Thiessen a lo largo de todo el perímetro urbano, utilizando como
base la topología de la red, tal como se presenta en la Figura 10. Posteriormente se Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811
Bogotá, Colombia 36
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
realizó un conteo de suscriptores ubicados sobre cada polígono, para determinar el
consumo que debe asignarse a cada nodo de la red.
Figura 10. Polígonos de Thiessen Red de distribución.
En la actualidad en el Municipio de Coyaima no se realiza ninguna actividad de
micromedición de consumos, lo cual probablemente es la principal causa de los altos
consumos registrados. Según los resultados de la encuesta, tan sólo 35 (cuya ubicación
se muestra en la Figura 11 ) usuarios tienen instalados dispositivos de micromedición
(que corresponden al 2.7 %).
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 37
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 11. Ubicación espacial de los suscriptores con micromedición.
Para evaluar las condiciones operativas actuales (Escenario 1), en las cuales los altos
consumos imposibilitan prestar servicio de forma simultánea a todo el municipio, se creó
el modelo hidráulico presentado en la Figura 12, en el que se implementaron los 4
sectores operativos.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 38
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Base Demand
0.05
0.15
0.25
0.41
LPS
Figura 12. Modelo hidráulico de las redes de Coyaima.
Cabe resaltar que los constantes movimientos efectuados crean en algunas ocasiones
condiciones especiales de flujo no permanente o flujo no presurizado, para las cuales no
están diseñados los programas de simulación de redes de acueducto. No obstante, con el
fin de reproducir lo mejor posible el movimiento de válvulas por intermedio del cual se
materializa la sectorización, se incorporaron 61 leyes de control en el modelo hidráulico,
así como 4 patrones de consumo.
En la Figura 14 se muestra la variación en el servicio en las redes a lo largo de un ciclo
típico. Como se puede observar, el esquema de operación actual ofrece un servicio
fraccionado, que además requiere mucho trabajo operativo.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 39
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Día 1 7:00 am – hora 7 Día 2 7:00 am – hora 31
Día 3 7:00 am – hora 55Figura 13. Nodos de la red de Coyaima que demandan agua en el Escenario1.
Con respecto al comportamiento del tanque de almacenamiento, en la Figura 154 se
puede apreciar el rápido abatimiento que se presenta una vez entra en funcionamiento el
Sector 1 y que permanece hasta que se implementa al Sector 3 (en el tercer día). Esta
situación se presenta porque la demanda supera el caudal que se produce en la planta.
Lo anterior significa que durante la mayor parte del tiempo el tanque permanece vacío, lo
que propicia la despresurización de las redes.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 40
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Pressure for Node 5
Time (hours)21521020520019519018518017517016516015515014514013513012512011511010510095908580757065605550454035302520151050
Pre
ssur
e (m
)
1.0
Figura 14. Comportamiento del almacenamiento, Escenario 1.
Escenario 2: Funcionamiento de la infraestructura actual, población actual y
consumos según la Resolución 2320 del MAVDT
Por intermedio de este escenario se busca evaluar el funcionamiento de la infraestructura
instalada, si se atiende a la población existe con base en los consumos propuestos en la
Resolución 2320. Como se ha venido mencionando, en la actualidad se están registrando
demandas muy altas, que están afectando el comportamiento de las redes.
La alimentación hidráulica del modelo se realizó a partir de los dos tanques que se
encuentran aguas abajo de la PTAP, cuya capacidad agregada es de 283 m3. La siguiente
figura muestra el comportamiento del almacenamiento frente a la demanda del sistema.
Como se muestra en la Figura 16, el tanque de almacenamiento existente tiene un
volumen suficiente para regular los caudales requeridos, teniendo como base las
dotaciones recomendadas.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 41
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Pressure for Node 5
Time (hours)7065605550454035302520151050
Pre
ssur
e (m
)
2.0
1.0
Figura 15. Comportamiento del almacenamiento, Escenario 2.
El comportamiento de las presiones en la red a la hora de máximo consumo se presenta
en la Figura 176, en las cuales se evidencia que los consumos asignados para este
escenario generan presiones suficientes para que todo el sistema esté abastecido.
Figura 16. Presiones en el momento de máximo consumo 7:00am. Escenario 2
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 42
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Escenario 3: Funcionamiento de la infraestructura actual, población a 2036 y consumos según la resolución 2320
En este caso se planteó la respuesta la topología actual para atender a la población futura
si el consumo del agua se racionaliza y se ajusta a los valores esperados. Como se
aprecia en la Figura 187, en algunos momentos del día el tanque almacenamiento se
queda sin agua, mientras que en otros se desborda. Esta situación demuestra que el
volumen de almacenamiento actual no es suficiente para atender la demanda proyectada,
por lo que es necesario aumentar su capacidad en un futuro.Pressure for Node 5
Time (hours)727068666462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420
Pre
ssur
e (m
)
2.0
1.0
Figura 17. Comportamiento del tanque de almacenamiento, Escenario 3.
Con respecto al comportamiento de las presiones (Figura 18), en el Escenario 3 se
encontró que a través de las redes existentes es posible suministrar los caudales que
demandará la población a lo largo del horizonte de diseño.
Pressure
0.00
15.00
30.00
60.00
m
Figura 18. Presiones en el momento de máximo consumo 7:00 am. Escenario 3.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 43
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
7 ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS
7.1 TOPOGRAFÍA
Las actividades para el levantamiento de la topografía realizadas para el Mmunicipio de
Coyaima se manejaron de la siguiente manera:
Equipo de trabajo:
En el desarrollo de estas En el desarrollo de estas actividades se utilizó una comisión
topográfica para planimetría y para investigación de redes o catastro. En el informe
topográfico del Diagnóstico del Mmunicipio de Coyaima, se incluye la certificación de la
calibración de los equipos utilizados y las hojas de vida de los topógrafos.
Reconocimiento del terreno :
Antes de iniciar con los trabajos topográficos, se realizó un recorrido por la zona
delimitando el perímetro urbano y ubicación de estructuras hidráulicas del Mmunicipio de
Coyaima, de los cuales posteriormente se realizó el levantamiento topográfico detallado.
Amarre del proyecto en coordenadas:
Se arma el receptor en el vértice geodésico GPS-T-T-24 ubicada en el Municipio de
Saldaña Tolima, este fue amarrado a los puntos GPS1 y GPS 2 del Municipio de
Coyaima.
El levantamiento se realizó teniendo en cuenta los lineamientos que contemplan los
anexos técnicos del pliego de condiciones.
Poligonal diseñada para el trabajo :
Una vez post-procesada la información geodésica se procede a realizar el cálculo de las
poligonales y detalles tomados con estación total tomando como referente los puntos de
GPS mediante la implementación del software TOPCONLINK a fin de obtener
coordenadas planas de Gauss para los deltas y todos los detalles. Con la estación de
topografía también se realizó el trabajo altimétrico y la nube de puntos que se descarga
con el programa TOPCONLINK quedo registrada en cada una de las carteras de campo.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 44
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Las coordenadas para el GPS1 son N: 911757.749 E: 876189.242 y para el GPS2 N:
911835.370 E: 876444.043.
Poligonal 1: Esta poligonal se inició tomando como punto de partida los GPS 1 y 2 el
recorrido de esta poligonal es de 1630 metros lineales y se compone de doce deltas los
cuales inician en el DELTA PLG 1 y terminan en el DELTA PLG 12.
Poligonal 2: Esta poligonal se inicia en la bocatoma sobre la Quebrada Meche la cual
hace el recorrido a lo largo de la tubería existente en un recorrido aproximado de cinco
kilómetros los cuales terminan sobre la vía que conduce del Municipio de Coyaima al
municipio de ataco, en este sitio se empalma con el levantamiento que se hizo con los
GPS RTK , el cual hace un recorrido aproximado de doce kilómetros llegando al casco
urbano, cabe mencionar que a lo largo de la línea de distribución de gravedad se dejaron
ubicados doce mojones en concreto con su respectiva placa en aluminio.
Los archivos crudos y las carteras digitales de los levantamientos topográficos se
presentan en el informe topográfico del Diagnóstico del Mmunicipio de Coyaima.
Desarrollo del levantamiento :
El Levantamiento Topográfico se inició desde los puntos o mojones establecidos en el
lugar GPS1 Y GPS2, levantando los elementos urbanísticos y constitutivos de la red de
acueducto.
Inicialmente se iniciaron las labores topográficas planimétricas y altimétricas desde la
planta de tratamiento hacia la bocatoma de la quebrada Meche. Se inició la topografía
partiendo de los GPS 1 y GPS 2 en poligonal abierta hacia la bocatoma.
Una vez terminada la tarea en la conducción, se inició el levantamiento del casco urbano
a nivel urbanístico y adicionalmente se identificaron los elementos constitutivos de la red
de acueducto municipal. Para este levantamiento se realizaron dos poligonales cerradas
en el casco urbano, ajustándolas y obteniendo los errores permitidos para la realización
del trabajo.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 45
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
En el informe de diagnóstico anteriormente entregado, se presenta el informe topográfico
realizado para el Mmunicipio de Coyaima (remitirse al Anexo 2-informe Diagnóstico).
Una vez el Municipio de Coyaima establezca los predios destinados para la construcción
de la nueva bocatoma, desarenador , línea de conducción y la planta de tratamiento
compacta ,se procederá a realizar la topografía de detalle de los sitios establecidos.
7.2 ESTUDIOS DE SUELOS
De acuerdo a la alternativa escogida, se realizó estudio de suelos en el sitio escogido
para el diseño de la nueva bocatoma, desarenador, línea de conducción y de la Planta de
Tratamiento de Agua Potable actual y diseñada.
En el Anexo 3, se presenta el estudio de suelos realizado por esta consultoría.
7.3 DISEÑO HIDRÁULICO
7.3.1 Sistemas de captación
A continuación se presenta el dimensionamiento correspondiente al sistema de captación
de la Quebrada Meche.
Para el diseño de la Bocatoma en concordancia por lo establecido en el RAS 2000, el
Caudal de diseño es 2 QMD, el cual para este caso es 38,61 l/s.
Área Neta Requerida
Se asumió una velocidad de paso promedio a través de la rejilla de captación de 0,15 m/s
con el fin de reducir el arrastre de arenas especialmente. Con el caudal de diseño,la
velocidad de paso y el coeficiente de descarga (0,9) se determina el área neta requerida.
A=Q /V
Aneta = 0.57 m2
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 46
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Longitud de la rejilla y número de orificios
Para determinar la longitud de la rejilla se asume una separación entre barrotes igual a
a=0.0254 m y diámetro de cada barrote igual a b=0.0254 m (1 pulg.) y A Ancho B=0.30 m
Lr=An× (a+b )a×B
Lr=0.57m2×(0.0254m+0.0254m)
0.0254m×0.30m
Lr=1.91m=1.90m
Se adopta un longitud de rejilla igual a Lr=1.90m. Recalculando el área neta en función de
la longitud de la rejilla, Lr se tiene.
Se procede a calura el número de separaciones entre barrotes con la siguiente ecuación.
N= Ana×B
N= 0.57 m20.0254 m×0.30m
N=39
Se adoptan 39 separaciones de 2,54 cm, con lo cual se tienen un número total de
barrotes de 38.
Vertedero de Control y de excesos
Para el cálculo del Vertedero de Control de y de excesos para la bocatoma se utilizó el
Caudal máximo diario el cual es de 19.30 l/s, y utilizando la Ecuación de Francis para
vertederos de cresta delgada con contracciones se obtuvo el siguiente resultado:
Q=1.84 (L−0,1nh )h2 /3
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 47
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
dónde:
Q Caudal (m3/s)
L Longitud de Vertedero (m)
n número de contracciones
h altura de lámina de agua (m)
Vertedero de Control
Longititud del vertedero 0.46 m
Altura de lámina de agua 0,08 m
Vertedero de Excesos
Longititud del vertedero 1.31 m
Altura de lámina de agua 0,04 m
Pozo de Amortiguamiento
Para el cálculo del pozo de amortiguamiento se tuvo en cuenta un caudal de creciente de
3 m3/s, la altura de Prese de 1.5 m y el ancho bocatoma 9.00 m.
Tabla 13.Parámetros de diseño –pozo de amortiguamiento.
Q 3 m3/s Q máximo creciente
L 9 m Ancho del cauce
h 1,5 m Altura presa
He=Hd+Hv
hd 0,32 m
h/hd 4,69 hv no significativo
A continuación se presenta el perfil de vertedero de salida de la presa, para lo cual se
utilizó la siguiente ecuación
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 48
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Donde:
n 1.85 Talud Vertical
K 2 Talud Vertical
Tabla 14.Coordenadas relativas perfil Vertedero-Presa
X Y X Y
0,171 0,05 0,789 0,85
0,248 0,1 0,814 0,9
0,309 0,15 0,838 0,95
0,361 0,2 0,862 1
0,407 0,25 0,885 1,05
0,450 0,3 0,907 1,1
0,489 0,35 0,930 1,15
0,525 0,4 0,951 1,2
0,560 0,45 0,972 1,25
0,593 0,5 0,993 1,3
0,624 0,55 1,014 1,35
0,654 0,6 1,034 1,4
0,683 0,65 1,054 1,45
0,711 0,7 1,073 1,5
0,738 0,75
0,764 0,8
Para encontrar las condiciones de velocidad V1 al final del vertedero se utilizó la
siguiente ecuación:
Donde Z = H + Hd
g = 9,81 m/s2
Una vez encontrada la velocidad V1, se hallo la altura de lámina de agua Y1, en número
de Froude F1. A partie de F1 se determino la relación l/Y1 en la Figura 19
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 49
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 19. Relación F vs l/Y1
El siguiente paso fue encontrar las condiciones al final del pozo de amortiguación a través
de la siguiente ecuación:
Y finalmente se encontraron las condiciones de normalización a la entrada nuevamente al
cauce de la quebrada por medio de la siguiente expresión:
Una vez determinada Y3, se es calculó la longitud del pozo de amortiguamiento L.
La longitud del Pozo de amortiguamiento es 3.56 m, aproximándola a 3.60 m. Los detalles
de la estructura de amortiguamiento se pueden ver en el plano de detalle de la bocatoma.
7.3.2 Línea de aducción
La línea de aducción se presentara desde la bocatoma de la Quebrada Meche hasta el
desarenador. En la Tabla se observan las principales características de la línea de
aducción diseñada.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 50
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 15. Aspectos generales- Línea de aducción.
Parámetro Unidad Valor
Diámetro pulgadas 10
Longitud metros 60
7.3.3 Desarenador
A continuación se presenta el dimensionamiento correspondiente al desarenador para el
sistema de la Quebrada Meche teniendo en cuenta una remoción de partículas de
diámetro de 0.1 mm, una temperatura de 25°, un peso específico de 2.65 gr/cm3, y una
eficiencia mayor al 80%. A partir de los parámetros anteriores se obtiene una velocidad de
sedimentación de 0.00322 m/s con un número de Reynolds de 0.68 (Re > 1 aplica la Ley
de Stokes).
dónde:
= Velocidad de sedimentación (cm/s).
= Densidad de la partícula de arena (g/m3).
= Densidad del agua (g/m3).d = Diámetro de la partícula de arena (cm).
= Aceleración de la gravedad (cm/s2).
= Viscosidad cinemática del agua (cm2/s).
Tomando una profundidad útil, H, de 2.0 m se obtiene un tiempo de caída de la partícula,
t, de 622 segundos, y mediante una relación de 2.75 para el período de retención y el
tiempo de caída en condiciones de depósitos con buenos deflectores y una eficiencia del
87.5 %, se obtiene un periodo de retención, p, de 1710.15 segundos,
t= HV s
= 2 .00 .00322
=622 s
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 51
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
θt=2 .75→θ=2. 75×t=2. 75×622=1710 ,15 s
La capacidad del desarenador está dada por el caudal de diseño multiplicado por el
periodo de retención obteniendo un valor de 33.01 m3. Por lo tanto el área superficial del
desarenador se encuentra a partir de la relación entre la capacidad y la profundidad útil,
C/H, de lo cual se obtiene un valor de 16.50 m2. La carga hidráulica superficial, Q/As, del
tanque es de 258.33 m3/m2*día, valor menor al máximo recomendado en la literatura de
1000 m3/m2*día.
Luego para el dimensionamiento del tanque de sedimentación se contempla una relación
entre la longitud y el ancho de 4:1, obteniendo así un ancho de 1.9 m y una longitud de
7.60 m, considerando un borde libre de 20 cm y una altura para almacenamiento de
30 cm se obtuvo una altura total de 2.50 m. En la Tabla 16 se presentan las dimensiones
generales del desarenador.
Tabla 16.Dimensiones desarenador
Parámetro Valor Unidad
Largo 7.60 m
Ancho 1.90 m
Profundida
d2.50 m
A continuación se presentan los cálculos de los orificios de paso en a través de las
pantallas deflectoras:
Tabla 17. Calculo orificios Pantalla deflectora
Parámetro Valor Unidad
Q 0.019 m3/s
A 0.129 m2
V 0.15 m/s
C.C 0.9
Diámetro Orificio 2.5 in
Área orificios 0.00316 m2
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 52
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
No. Orificios 46 orificios
Orificios/fila 9
Long. Orificios 0.5715 m
Sep orificios 0.14 m
Para el calculo del Vertedero de Control de salida del desarenador se utilizó el Caudal
Máximo Diario el cual es de 19.30 l/s, y utilizando la Ecuación de Francis para vertederos
de cresta delgada con contracciónes se obtuvo el siguiente resultado:
Q=1.84 (L−0,1nh )h2 /3
Donde:
Q Caudal (m3/s)
L Longitud de Vertedero (m)
n número de contracciones
h altura de lámina de agua (m)
Longititud del vertedero 2,00 m
Altura de lámina de agua 0,03 m
En los planos 2 de 2 , se presenta la planta perfil y detalles del desarenador proyectado.
7.3.4 Línea de conducción
Optimización línea de conducción
Con el objeto de mejorar las características operativas y de protección de las líneas de
conducción existente, se analiza la necesidad de instalar, ventosas y/o purgas, resultando
las siguientes consideraciones:
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 53
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
- Se proyecta la instalación de 13 válvulas de purga ubicadas antes de las
estructuras hidráulicas existentes y en los puntos bajos de la línea.
- Se proyecta la instalación de 14 válvulas ventosas, ubicadas en los puntos altos
de la línea.
En los planos plantas perfiles Pv 1 de 1 se detalla la ubicación de las válvulas
proyectadas sobre las líneas de conducción existente y el perfil hidráulico corresponde a
las condiciones de caudal esperada al año 2036 y al esquema de funcionamiento óptimo
del sistema.
Igualmente para la optimización de la línea de conducción existente se implantara un
sistema de viaductos con las siguientes consideraciones.
- Se construirá un viaducto tipo colgante sobre la Quebrada Meche, el cual tendrá
una longitud de 20 m y un diámetro de 8”. Estará compuesto por columnas y
zapatas en concreto; estructuras de contraviento y un cable principal de 1” y
pendolones de ¼ “
- Se realizaran las siguientes adecuaciones al viaducto existente, el cual se
encuentra ubicado sobre la Quebrada Coya.
Instalación de tubería de 8” en hierro dúctil.
Construcción de una nueva torre de soporte en concreto reforzado.
Construcción de muertos y estructuras de cortavientos.
Instalación de dos cables principales de 1” y pendolones en ½”.
Los parámetros requeridos y diseños del sistema de viaductos se presentan en el
Numeral 7.5.
Por otra parte en la abscisa K11+880 m se realizara una derivación de la línea de
conducción existente hasta el sitio destinado para la construcción de la nueva planta de
tratamiento compacta que abastecerá la zona de expansión. Este nuevo tramo tendrá una
longitud de 880 m en tubería de 4 pulgadas.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 54
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Los resultados hidráulicos de la línea de conducción y con el caudal esperado al año
2036, respecto a velocidades, presiones, diámetros, longitudes, cotas, etc. se pueden
observar en el Anexo 4 que hace parte integral de este informe.
7.3.5 Sistema de tratamiento
Se construirá una planta compacta con una capacidad de tratamiento de 4.42 l/s en
Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV) por su fácil construcción y mantenimiento.
La cual se muestra y describe a continuación:
Figura 20.Esquema general de la planta de tratamiento propuesta.
Componentes del sistema de tratamiento propuesto
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 55
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Contenedor de la unidad total construido en acero calificado norma ASTM A-283 calibre
1/4, de 2.30 m de altura, CIRCULAR, para trabajar a presión conteniendo:
Mezclador: En Línea vortex, para iniciar contacto del coagulante con el agua, ubicado
en la base del dosador.
Separador: de sólidos disueltos del tipo Hidrociclón de alta eficiencia.
Floculador: compuesto por cámara interna conoide, de flujo decreciente. con su
pantalla deflectora.
Sedimentador: construido en compartimiento interno en acero, con bafle de
separación, y módulo de sedimentación en bloque en material plástico tipo Colmena.
Cámaras de filtros a presión: sumergidos en compartimiento interno, bajo el
sedimentador, construidos para operación, vertical descendente. Llevarán sus falsos
fondos provistos de boquillas (hidroesferas microranura) balanceadas hidráulicamente
para producir en el retrolavado un efecto de frote de partículas, construidos en
material inerte a la corrosión, hechos en ABS o Kinar de alto impacto, llevarán su
trampa de desfogue de aire, lechos filtrantes, conducto interno para su retrolavado,
flauta rociadora de entrada juego de válvulas de operación e inversión de flujo tipo
esfera con giro de 90º.
Dosificadores: serán del tipo Poot-feeder cerrados para dosificar en línea sulfato de
alúmina en cristal e hipoclorito de Calcio en pastilla. Y el tercero para aplicar Cal.
Controles: que comprenden el suministro de las válvulas de tipo waffle con giro de 90º
de apertura rápida, con sus conexiones y accesorios, para control de entrada de agua
cruda, salida de agua tratada, desfogue de lodos del floculador y del sedimentador.
Manómetro indicador de pérdida de presión y aforador de agua tratada tipo flujómetro
en línea.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 56
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Acabados: Limpieza general de superficies, con rasqueta, desoxidantes y
desengrasantes químicos, pintura general de superficies con cromato de zinc y
epóxico para las partes internas y esmalte de presentación blanco para las externas.
Límites: Nuestro trabajo comprende entregar la planta totalmente lista para su
funcionamiento, en brida de entrada de agua cruda y brida de salida de agua tratada
y desagüe a cero metros de distancia de la planta.
Los procesos y etapas con los cuales cuenta la planta Compacta:
Zona de Floculación: La planta incluye una estructura de entrada que recibe el
agua en una cámara separadora tipo hidrociclón donde en un cuerpo cónico
degrada velocidad produciendo una alta sedimentación que es recogida en una
cámara tronco piramidal inferior que dispone de su drenaje manual. Se anota que
previa la entrada de agua al hidrociclón ha recibido la adición de sulfato de
aluminio para efectuar la floculación por adsorción, el floculador está diseñado con
base a una velocidad de 0.6 m/s. la cual presentó un buen funcionamiento durante
la prueba de jarras.
Zona de Decantación: El efecto hidrociclón logra eficiencias hasta del 90% que
harían innecesaria la sedimentación adicional, sin embargo la planta está dotada
en la cámara o zona ascensional que conduce a los filtros de un módulo de
seguridad del tipo colmena o tubular inclinado, para recoger algunas partículas
que escapen a la etapa anterior y así mejorar el rendimiento de los filtros.Para el
diseño del sedimentador de flujo ascendente se tuvo en cuenta una velocidad de
5.5 m3/m2/hora.
Zona de Filtración: La planta incluye dos cámaras o unidades internas de filtración
autolavantes de diseño de última generación que incorpora sistema de
hidroesferas microranuradas construidas en Kinar balanceadas hidráulicamente
para producir en el retrolavado un efecto de frote de partículas que hacen un
retrolavado eficiente sin zonas negras como ocurre en filtros a presión
convencionales. La unidad incluye trampas de desfogue de aire para evitar
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 57
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
canalizaciones en todos sus sistemas internos, la operación se hace por medio de
la manipulación de válvulas tipo Waffle o esfera con giro de 90º, el lecho filtrante
es dual compuesto por arenas silíceas y antracita de selección y gradación
especial:
La velocidad de filtración es de 3 a 4 gpm/pie2 (180 -240 m3/m2/día)
La profundidad de lecho es de 0.75 m.
La carrera de filtración es de 24 horas.
El sistema de lavado es hidráulico.
El tiempo de lavado es de 5 minutos por filtro
Sistema de dosificación
La Planta MINIPACK está diseñada para flujo confinado, en consecuencia el sistema de
dosificación también es cerrado en línea del tipo Poot –feeder de operación hidráulica.
Se emplea para dosar sulfato A, cloro y eventualmente un corrector de pH .Las unidades
de dosificación incluyen un mezclador en línea con difusor Venturi y regulación con su
válvula.
Materiales de construcción
El material de construcción es Acero A 283 Gr C de ¼” cuyas superficies son recubiertas
con pintura epóxica tipo marino, los acabados exteriores son con película de esmalte
martillado aguamarina o según indicaciones
Operación y control
La planta se controla manualmente con juego de válvulas de operación hidráulica tipo
Waffle o lenteja o bola (según dimensiones) de apertura rápida giro de 90º para control de
entrada de agua cruda, salida de agua tratada, lavado de filtros, drenaje de lodos, etc.
La planta dispone de medidor de caudal o caudalímetro de salida de agua tratada,
manómetros de presión para control de lavado, etc.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 58
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
La operación de la planta MINIPACK es supremamente sencilla, el manual de operación
cabe en una hoja de muy fácil comprensión, el operario no requiere de escolaridad
especial sino simplemente que disponga de buen sentido común.
Dosificación de químicos
Para poner en funcionamiento se debe colocar una libra de sulfato de aluminio A en forma
de bolas (sólida) para controlar la dosificación el aparato dispone de una llave que permite
graduar la dosificación, dependiendo de la turbiedad del agua
La dosificación de cloro se efectúa adicionando dos pastillas de cloro concentrado (HTH),
con el comparador de cloro se mide la concentración presente en la salida de agua
tratada.
Estimación consumo de químicos
Se toman los datos medios para aguas decantadas así: Sulfato 20 ppm cloro 2 ppm.
Energía eléctrica
La planta MINIPACK no requiere de energía eléctrica para su funcionamiento (utiliza la
cabeza hidráulica disponible en el sitio.
Mantenimiento
A la planta se le efectuara el lavado de filtros cada 24 horas y/o cuando se note
desmejora en el efluente y se le hará purga del sedimentador cada dos días y este
procedimiento puede generar un volumen de vertimientos de 0.5 m3
En la Tabla 18, se muestras otras especificaciones para la instalaciónón y operación de la
planta compacta.
Tabla 18. Otras Especificaciones Técnicas Planta Minipack
Área Requerida 5,0 X 5,0 mPeso de la planta en operación 12 TonSeparación del floculador Tipo micro turbulencia - centrifugaSedimentacion En medio granular o contacto
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 59
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Filtración Rápida a presiónOperación filtros Válvula Wafle giro 90ºDosificación POOT-FEEDER, en línea a presiónConexión de entrada y salida Diámetro 3”Válvulas de control Tipo Wafle de apertura rápidaLecho Filtrante Profundo multicapa, arena - antracita
Información general de funcionamiento
El sistema MINIPACK propuesto, es un diseño de tecnología y geometría avanzada, a la
vez que en extremo sencilla y lógica en su operación. Incluye en una misma unidad
compacta, con espacios muy bien aprovechados los procesos de adición de productos
químicos, mezcla, floculación, sedimentación acelerada en módulos inclinados, filtración y
cloración. Prácticamente no tiene partes sujetas a desgastes mecánicos y puede ser
operada por personal no calificado.
La Planta MINIPACK, es producida en Colombia exclusivamente por ACUATECNICA,
bajo licencia, y el producto está debidamente registrado en el Ministerio de Desarrollo.
Con respecto a otros sistemas, la Planta MINIPACK presenta ventajas sumamente
importantes, algunas de ellas son:
OPERACIÓN SIMPLIFICADA, lograda mediante el accionamiento muy simple de
válvulas de apertura rápida tipo Waffle y una alarma sonora de desborde que
indica al operador cuando es necesario operarla.
DESGASIFICACIÓN incorporada que le permite eliminar constantemente aire y
gases, lo que produce un funcionamiento seguro y eficiente de sus dos unidades
de filtración ya que prácticamente elimina el fenómeno de los cortos-circuitos
hidráulicos y la canalización.
RETROLAVADO muy rápido, pues incorpora la técnica del frote de partículas,
proporcionado por el diseño balanceado de las HIDROESFERAS de fondo y
usando agua limpia que la misma unidad prepara para su propio retrolavado.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 60
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
FLOCULACION acelerada, usando la técnica de la micro turbulencia en un medio
granular ascendente de forma conoide, de efecto rápido.
SEDIMENTACION complementaria, producida con la ayuda de módulos
sedimentadores compuestos por placas inclinadas o pisos múltiples.
FILTRACIÓN, compuesta por dos unidades operando a presión sobre un lecho de
material inerte de gradación especial para rata decadente y flujos altos relativos
que produce un efluente cristalino.
7.3.6 Almacenamiento
El Sistema Existente presenta un tanque con un volumen de almacenamiento efectivo de
236 m3. El tanque se ubica inmediatamente aguas abajo de la PTAP, por lo cual recibe
exclusivamente agua tratada.
Es un tanque enterrado en concreto que cuenta con dos compartimentos independientes,
ambos de 6 m de ancho; uno de los compartimentos tiene 8.2 m de largo y el otro 8.3 m
de largo. La altura total del tanque es de 2.85 m, por lo cual la altura efectiva corresponde
a 2.55 m. Las dimensiones son el resultado del levantamiento efectuado en campo por la
consultoría de las estructuras existentes.
El tanque presenta filtraciones ocasionadas por deficiencias en el proceso constructivo.
Por lo tanto, se recomienda impermeabilización para su recuperación. Sin embargo,
dichas obras no afectan la capacidad ni comportamiento hidráulico del tanque.
La evaluación de la capacidad de almacenamiento requerida para suplir las demandas
actuales y futuras, se realizó considerando la variación en la demanda a lo largo del día.
Así, teniendo en cuenta que el caudal de entrada del tanque proveniente de la planta es
un valor constante (en este caso QMD), el volumen requerido de almacenamiento es
aquel que debe compensar el caudal deficitario en el tiempo de mayor consumo (volumen
déficit) con el caudal excedente en el tiempo de menor consumo (volumen excedente). El
volumen hallado analíticamente se multiplica por un factor de 1.2 (Numeral 9.4.4, RAS
2000). Figura 21 presenta esquemáticamente el método descrito.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 61
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 21. Esquema del análisis gráfico para el cálculo de almacenamiento.
Debido a que el Municipio de Coyaima no cuenta con registros de la variación del
consumo ni globalmente ni a nivel de usuarios, se optó por utilizar un patrón típico de
consumo para realizar los análisis. Se tuvo como referencia el patrón de Bugalagrande,
Valle del Cauca, debido a la similitud en las características de población, nivel
socioeconómico y clima con el área de estudio del presente proyecto.
En la Figura 22 se presenta el patrón de consumo total y el caudal máximo diario
requerido para la totalidad del Municipio de Coyaima (19.30 l/s).
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 62
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
0
5
10
15
20
25
30
35
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00
Cau
dal [
l/s]
Hora
Patrón de consumo en Coyaima
Patrón consumo [L/s] QMD [l/s]
Figura 22. Patrones de consumo.
Con base en los modelos hidráulicos y considerando la racionalización del consumo en el
municipio, el sistema no requiere almacenamiento adicional en la actualidad. La Figura 23
presenta el almacenamiento requerido en el sistema a través del periodo de diseño.
180
200
220
240
260
280
300
2011 2016 2021 2026 2031 2036
Alm
ace
nam
ien
to [
m3
]
Almacenamiento - Municipio de Coyaima
Alm existente [m3] Alm requerido [m3]
Figura 23. Comportamiento de la capacidad de almacenamiento.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 63
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Como se observa, se empieza a presentar déficit de almacenamiento durante el tiempo de
desarrollo del proyecto, por lo cual se hace indispensable aumentar la capacidad de
almacenamiento del sistema.
Sin embargo, debido al planteamiento general del proyecto, el Sistema Existente de PTAP
y almacenamiento solo abastecerá una parte de la red, dado que otra parte será
abastecida por un nuevo sistema de tratamiento y almacenamiento. Por lo tanto, la
capacidad de almacenamiento existente debe ser evaluada de acuerdo a los
requerimientos del área y demanda que abastecerá (caudal máximo diario de 14.88 l/s).
La Figura 24 presenta el requerimiento de almacenamiento a lo largo del desarrollo del
proyecto para el Sistema Existente.
120
140
160
180
200
220
240
260
2011 2016 2021 2026 2031 2036
Alm
ace
nam
ien
to [
m3
]
Almacenamiento - Municipio de Coyaima
Alm existente [m3] Alm requerido [m3]
Figura 24. Comportamiento de la capacidad de almacenamiento.
Tal como se aprecia en la figura anterior, el almacenamiento existente (volumen efectivo
de 235.6 m3) posee la capacidad requerida para abastecer al horizonte del proyecto las
demandas proyectadas para el sistema respectivo.
El Sistema Nuevo se proyecta con un caudal máximo diario de 4.42 l/s. Para mencionado
caudal, una vez realizado el procedimiento anteriormente descrito y de acuerdo con las
recomendaciones del RAS, se estima un volumen de almacenamiento requerido de
85.46 m3 efectivos.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 64
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
La Tabla 19. Parámetros de diseño del nuevo almacenamiento presenta los cálculos de
dimensionamiento del tanque nuevo de almacenamiento
Tabla 19. Parámetros de diseño del nuevo almacenamiento.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia
A La reducción adicional de las pérdidas puede ser antieconómica, aunque se presenten racionamientos. Se requiere de un análisis cuidadoso para identificar las medidas de mejoramiento costo efectivas.
B Potencial de mejoramiento interesante. Considere la gestión de presiones, unas mejores prácticas para el control activo de pérdidas y un mejor mantenimiento del sistema.
C El nivel de pérdidas es importante. Esta situación es tolerable sólo si el agua es barata y en exceso. Aun así, analice el nivel y naturaleza de las pérdidas e intensifique los esfuerzos por su reducción.
D El uso de los recursos es terriblemente ineficiente. Los programas de reducción de pérdidas son imperativos y de alta prioridad.
105
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Los valores, mostrados en la tabla, fueron obtenidos a partir de un análisis estadístico de
datos procedentes de más de 27 abastecimientos en 20 países y muestran la
preponderancia de las fugas en las acometidas frente a las fugas en las tuberías de
distribución, y la menor importancia del número en aquellas. Estos pueden ser
presentados como ecuaciones en unidades internacionales o inglesas.
Ecuación básica:
PRAI=18∗Lm+0.80∗Nc+25∗Lp¿∗P
Dónde:
Lm = Longitud de tuberías (Km)
Nc = Números de conexiones
Lp = Longitud total de la acometida (hasta el medidor) (Km)
P = Presión promedio de operación (m.c.a.)
IRPT (índice real de pérdidas técnicas)
Su cálculo se realiza estudiando los tres tipos de fugas para cada infraestructura del
sistema de abastecimiento, esto es, en depósitos de almacenamiento, en tuberías de
transporte (acueductos), tuberías de distribución y acometidas; considerando ciertos
parámetros que ejercen influencia en los volúmenes de las pérdidas técnicas derivadas de
las fugas detectables. Para el cálculo del IPRT se suele utilizar un software diseñado
específicamente para cada compañía, en el que cada uno de los componentes de las
pérdidas técnicas está modelado a partir de información que permita cuantificar las
pérdidas técnicas anuales.
PRT= Perdidaanuales reales delbalance de aguaNc
El Programa de Control de Pérdidas Técnicas y Comerciales en sistemas de distribución
de agua potable es el resultado de controlar la infraestructura física y comercial de la
empresa. Alcanzar el control de la información comercial exige adelantar las siguientes
tareas:
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 106
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Levantamiento topográfico de urbanismo
Actualización de nomenclatura predial
Catastro de usuarios y clientes potenciales
Además de la necesidad de controlar la operación en sus aspectos comerciales, está
vigente la urgencia de reducir el volumen de pérdidas que está repartido por todo el
municipio y cuyos componentes no pueden ser medidos tales como fugas, usuarios
clandestinos, escapes internos no registrados, etc.
Tanto los costos como los beneficios de la reducción de las pérdidas de agua son muy
variados, pues dependen de la naturaleza de las pérdidas. En la Tabla 32, se resumen los
tipos de pérdidas de agua, los costos asociados con ellas y las acciones tendientes a
reducirlas.
Tabla 32. Costos y acciones según la clase de pérdida.
Tipo de pérdida CausasCosto de las
pérdidasAcciones de corto plazo
Acciones de mediano y largo
plazo
TÉCNICAS
Se desconoce el volumen de entrada al
sistema
Ausencia de macromedición (a la salida de la planta
de tratamiento)
Implican no poder precisar las pérdidas físicas ni económicas
de agua. Pueden desproporcionar las
verdaderas perdidas.
Instalación de macromedidores
Programa de mantenimiento,
reparación o reposición de
macromedidoresSe desconoce el
volumen de entrada a los sectores hidráulicos
Ausencia de macromedición (a la salida del tanque II y de la cámara de
quiebre)
COMERCIALES
Agua no facturada a usuarios
Ausencia de Micromedidores.
Involucra dos situaciones:
1. Porción del agua no facturada, que se consumiría si se
midiera correctamente.
Beneficio por mayor facturación.
2. Desperdicio: costo de producción y
distribución del agua que se consume en
exceso.
Instalación y reposición de
micromedidores
Catastro de usuarios, programa de instalación y/o mantenimiento de micromedidores
Agua no facturada a usuarios clandestinos
No existe gestión comercial
Legalización e instalación de
micromedidores
Catastro de usuarios, programa de normalización y
socialización de usuarios
Consumo no facturado de uso público
(fuentes, hidrantes) y propio
Ausencia de medición
Limitación al uso estrictamente
necesario, educación
Limitación al uso estrictamente
necesario, educación
Para garantizar el control y reducción de las pérdidas técnicas y comerciales, es
necesario que esta establezca estrategias de fortalecimiento en la gestión comercial y
técnica.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 107
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Balance hidráulico de pérdidas del sistema
Con el balance se conoce el recorrido del agua desde su captación hasta la distribución.
Con una buena instrumentación de equipos de medición de caudal se pueden determinar
los puntos donde se presentan el máximo y mínimo consumo en cada una de las partes
del sistema y se pueden cuantificar las pérdidas de agua en cada uno de las
componentes.
El propósito del balance hidráulico es cuantificar los volúmenes de agua que pasan por
cada uno de los componentes del sistema y estimar las pérdidas desde la planta de
tratamiento hasta los usuarios finales.
Componentes de la red de acueducto del municipio, en la macromedición:
1. Plantas de tratamiento: PTAP (existente) y PTAP II (proyectada), estos puntos
requieren de medición en la salida.
2. Tanque distribución I y II: corresponde al agua que es distribuida hacia la red matriz.
Igualmente estos puntos requieren la medición en la salida.
3. Redes Matrices: corresponde al agua que es conducida hacia los usuarios.
En el siguiente esquema muestra el balance hidráulico del sistema de producción y
distribución del municipio.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 108
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 42. Esquema de balance hidráulico- Sistema proyectado.
El esquema permite ver cómo cuantificar las pérdidas técnicas entre las plantas de
tratamiento y las estructuras de almacenamiento y determinar las pérdidas técnicas y
comerciales en el sistema de distribución de los usuarios finales.
Las pérdidas en el sistema general se desagregan de la siguiente manera, si se tiene
medición de caudal en cada uno de los puntos mencionados:
(1) - (2) = Pérdidas en conducción agua tratada
(2) + (3) = Pérdidas técnicas en el sistema de distribución
Se recomienda llevar un control de medidas en cada una de los puntos antes
mencionadas para resolver estas ecuaciones.
10.4.1 Formulación del sistema matriz
Para el establecimiento de la línea expresa de alimentación de los sectores hidráulicos se
requieren las siguientes obras:
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 109
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
1. Realizar la desconexión de las tuberías existentes para aislar y conformar la línea
expresa.
2. Implantar nuevas tuberías para abastecer los usuarios. Este nuevo trazado será
paralelo a la línea expresa.
3. Instalar 3 (tres) válvulas de cierre permanente (VCP) nuevas al sistema, las cuales se
encargaran, junto con algunas existentes, de generar los seis sectores operativos.
4. Cerrar 3 (tres) válvulas existentes de forma permanente (VCP). Estas válvulas, junto
con las mencionadas en el numeral anterior deben permanecer cerradas para generar la
sectorización hidráulica de la primera etapa.
5. Apertura total y permanente (salvo para mantenimientos o reparaciones) de todas las
demás válvulas de la red de distribución.
Sistema Nuevo:
Para el Sistema Nuevo se desarrollaran los siguientes aspectos:
- Formulación e implementación de un sector hidráulico.
- Instalación de línea expresa para abastecer el sector hidráulico proveniente de la PTAP y tanque nuevos.
- Conexión de la línea expresa con la red existente del Barrio Benigno Capera.
- Desconexión de la red del Barrio Benigno Capera a su abastecimiento actual (PTAP existente).
- Instalación de válvulas (VC) para generar la sectorización operativa.
Para el establecimiento de la línea expresa de alimentación del sector hidráulico del
Sistema Nuevo se requieren las siguientes obras:
1. Desconectar la red de distribución del Barrio Benigno de la PTAP existente.
2. Construir la línea expresa (6 pulgadas) proveniente del tanque de almacenamiento
nuevo.
3. Conectar la línea expresa a la red del Barrio Benigno Capera para alimentarlo.
4. Instalar 1 (una) válvula de corte (VC) en la conexión de la línea expresa con la red
existente de Benigno Capera.
5. Construcción de línea expresa (4 pulgadas) hacia el futuro desarrollo Coyaima Vive.
Dicha construcción se debe hacer cuando el desarrollo de vivienda se ejecute.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 110
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
10.4.2 Formulación de la sectorización
Siempre y cuando los consumos de la red lleguen a valores aceptables de acuerdo a la
Resolución 2320, se plantea una sectorización permanente. Los sectores resultantes son
alimentados de manera expresa desde el almacenamiento del sistema.
Por lo anteriormente expuesto, se ha determinado la sectorización requerida para
optimizar la distribución. El Sistema Existente queda dividido en 3 sectores hidráulicos,
mientras que el Sistema Nuevo solamente contendrá un sector.
Para establecer los sectores hidráulicos se requiere:
Sistema Existente:
Se debe desarrollar de manera inmediata e incluye los siguientes aspectos:
- Formulación e implementación de tres sectores hidráulicos.
- Establecimiento de la línea expresa de alimentación de los sectores hidráulicos.
- Instalación de válvulas (VCP) para generar la sectorización hidráulica.
- Instalación de válvulas (VC) para generar la sectorización operativa.
10.4.3 Formulación de la macromedición
Es el proceso mediante el cual se obtienen, procesan, analizan y divulgan los datos de
producción, conducción y distribución, relativos a caudales, presiones y niveles de los
puntos significativos del sistema de acueducto.
Como herramienta de control, la macromedición facilita la eficiente operación del sistema
de acueducto, contribuye a determinar la distribución de caudales entre los diferentes
sectores, permite la evaluación del comportamiento hidráulico ordinario de los
componentes del sistema, tanto para la planeación como para el diseño de la
sectorización operativa de la red.
Las inversiones en macromedición tienen incidencia en el control de pérdidas tanto
operativas como comerciales, puesto que la información capturada contribuye a
desagregar las pérdidas por causas y a la consecuente formulación de proyectos de
reducción por tipo de pérdidas, facilitando el seguimiento a las inversiones.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 111
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Objetivos Operativos: La macromedición está encaminada a determinar los caudales
entregados al municipio y a los diferentes sectores hidráulicos. Su propósito operativo
está encaminado a orientar la actuación técnica sobre la red, el manejo temporal de
almacenamientos y alternativas de suministros, o bien para determinar el grado de
utilización y período de saturación de los elementos del sistema.
Objetivos Comerciales: La macromedición puede tener un propósito de carácter
comercial para controlar las actividades de lectura y facturación, en un sector
determinado.
De uso múltiple: En caso de emplear equipos de macromedición en la planta de
tratamiento (error ±2%), sus resultados pueden ser aprovechados para ajustar las
fórmulas de calibración de las estructuras internas de medición que se utilizan en el
cálculo del volumen utilizado en los procesos de producción de agua potable.
De acuerdo a la reglamentación vigente, todo proyecto de acueducto debe presentarse
con actividades complementarias destinadas a mejorar la eficiencia del servicio. En el
Numeral A.5.2.1, RAS-2000 se definen los parámetros que el diseñador debe tener en
cuenta en la determinación de las características para desarrollar el proyecto. Con el
objetivo de incrementar los niveles en el sistema de macromedición, la tabla indica:
Tabla 33.Parámetros de desarrollo de macromedición.
Parámetro Valor del sistema Nivel de complejidad medio (porcentaje)
Cobertura mínima de macromedición 100%
El RAS 2000, también establece la priorización de los parámetros de inversión teniendo
en cuenta la importancia de afectación sobre los usuarios (Numeral A.5.2.2).
Plan de mejoramiento de la calidad del agua.
Plan de incremento de los niveles de macromedición.
Programa de ampliación de cobertura de la micromedición.
Programa de reducción de pérdidas.
Verificación de dotaciones y plan dirigido a reducir el consumo de agua, según la Ley
373 de 1997.
Utilización de instrumentos de bajo consumo y campañas de ahorro de agua.
Ejecución de macromedición
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 112
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Dado que la norma RAS 2000 define la macromedición, como el sistema de medición de
grandes caudales, destinados a totalizar la cantidad de agua que ha sido tratada en una
planta de tratamiento, la que está siendo transportada por la red, o la que se distribuye en
diferentes sectores determinados, los objetivos principales de este parámetro se pueden
agrupar en las siguientes categorías:
Establecer el nivel de pérdidas.
Optimizar la dosificación de químicos en plantas.
Mantener un control permanente del sistema.
Garantizar el conocimiento del caudal de grandes consumidores o sectores
establecidos.
Según el Numeral B.7.8.8 de la norma RAS-2000, antes de instalar los macromedidores
en la red de distribución de agua potable, ya sea aguas abajo de las plantas de
tratamiento, aguas arriba de los tanques de compensación o en los puntos de entrada a
sectores de la red bien definidos que pueden ser atendidos por empresas de prestación
del servicio individuales, la empresa prestadora del servicio del municipio debe garantizar
el correcto funcionamiento de éstos. Los macromedidores deben ser probados en los
talleres de la empresa o, en caso de que éstos no existan, en talleres de empresas de
municipios que cuenten con ellos o laboratorios certificados en su país de origen según
normas ISO, AWWA, DIN o ASTM.
En casos de macromedidores especiales, la empresa prestadora del servicio en el
municipio puede aceptar la calibración presentada por el fabricante, siempre y cuando
éstos se encuentren homologados por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas
(ICONTEC).
Requisitos de macromedición física
Según el (RAS-2000 B.7.10), una vez que la red de distribución se encuentre en
operación, y durante todo el período de vida útil del proyecto, debe verificarse los
caudales medidos por los macromedidores, teniendo en cuenta los siguientes requisitos
para el nivel de complejidad medio:
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 113
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
1. Se debe realizar una medición horaria durante 24 horas de caudal a la entrada y
salida de los tanques y a la salida de la o las plantas de tratamiento de la red.
2. Mantenimiento de macromedidores: debe cambiarse o repararse el macromedidor en
un máximo de cinco días, manteniendo la continuidad en el servicio.
Medidores recomendados
Dentro del amplio rango de medidores, existe una gama muy completa en cuanto a
funciones de medición, desde la simple lectura visual, pasando por el control de
dosificación volumétrica y salidas de pulsos para la recogida y el control de datos a través
de medios digitales. Esta consultoría recomienda los medidores mecánicos de turbina tipo
Woltman conforme a la calidad del agua, los caudales manejados, la vida útil del equipo y
principalmente el costo. (Ver Figura 43).
Medidores tipo Woltman
Son medidores mecánicos, donde el fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una
velocidad que depende de la velocidad de flujo. Los hay de dos tipos, mecánicos donde
se activan una serie de engranes y se registran en un contador; y los electrónicos que
conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se
genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un
contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en
velocidad de flujo. Las velocidades de flujo para estos medidores van desde 0.02 l/min
hasta algunos miles de l/min, y se presentan en diámetros de 1½” hasta 20” regularmente.
(Ver Figura 44).
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 114
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 43.Tipos de medidores Woltman.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 115
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Figura 44. Características de los medidores tipo Woltman recomendados.
Características principales de los medidores tipo Woltman
Los medidores recomendados tienen las siguientes características por las cuales fueron
seleccionados:
Bajas pérdidas de carga.
Elevada precisión incluso a bajo caudal.
El director de flujo a la entrada del contador protege la hélice y la unidad de medición
de partículas extrañas.
Posibilidad de instalación vertical u horizontal.
Recubrimiento especial de epoxi contra la corrosión.
Hélice y rodamientos de materiales plásticos especiales, de reducido desgaste y larga
vida.
Cabezal con totalizador e indicador de paso de agua integrado.
Pueden suministrarse con salida de emisor de pulsos para conexión a programadores
y automatismos.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 116
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Observaciones de instalación
Con el objetivo de reducir los márgenes de error en la medición de los aparatos a instalar,
esta consultoría recomienda el cumplimiento de las siguientes observaciones:
Para la estabilización del flujo, se requiere un tramo de tubería recta a la entrada cuya
longitud sea por lo menos unas diez veces el diámetro.
A la salida del contador, se requiere una tubería recta con una longitud de 2 a 5 veces
el diámetro de la misma.
Evitar la instalación de válvulas de retención, reguladores de presión, tees, codos,
etc., inmediatamente antes o después del contador.
No debe instalarse un contador en una tubería nueva sin realizar previamente el
lavado de la misma.
El contador debe estar siempre lleno de agua.
Macromedición permanente
Dado que los macromedidores se requieren para poder establecer el consumo en
volumen de agua de un determinado sector de la población. La información suministrada y
recopilada por los macromedidores es una herramienta básica en la determinación del
porcentaje de agua que no es facturada y que se consideran pérdidas. De tal forma, que
con esta información la Empresa de Servicios Públicos EMPUCOY ESP oriente las
medidas o planes de contingencia para reducir dichas pérdidas que se presenten en el
sistema (con la detección de fugas, regulación de los sectores con altos consumos, etc.).
La macromedición debe ubicarse considerando los parámetros establecidos, en los
puntos de medición. En la Tabla 34 se muestra la localización de los puntos de
macromedición.
Calle 60 A No 5-51 Teléfono: 3100811 Bogotá, Colombia 117
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA EL ACUEDUCTO DEL MUNICIPIO DE COYAIMA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
Tabla 34. Localización y función de macromedición.