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INDICE pp

PROGRAMA iBIBLIOGRAFIA.. ii

TRANSPARENCIAS 1

PROBLEMAS.... 91

ENUNCIADOS 92

SOLUCIONES 113

ANEXO. ELEMENTOS DE R PARA EMSH... 140

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i

PROGRAMA DE EMSHCURSO 2011-12

BLOQUE A. EXPLOTACION DE SISTEMAS

HIDRAULICOS1. SISTEMAS HIDRULICOS

1.1. Ciclo del agua

1.2. Gestin de subsistemas

2. SUMINISTRO

2.1. Etapas

2.2. Captacin

2.3. Transporte

2.4.

Estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP)2.5. Distribucin red primaria o alta

2.6. Regulacin sectorial o municipal

2.7. Distribucin urbana o baja

3. RESIDUALES

3.1. Estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR)

3.2. Parmetros de la EDAR

3.3. Funcionamiento de la EDAR

4. PLUVIALES

4.1.

Tipos de sistemas de pluviales4.2. Conducciones de sistemas de pluviales

4.3. Caudal de escorrenta

BLOQUE B. OPERACION Y MANTENIMIENTO DE

SISTEMAS HIDRAULICOS1. OPERACION

1.1. Introduccin

1.2.

Criterios de operacin1.3. Uso de SCADA

1.4. Estrategias de control

2. MANTENIMIENTO

2.1. Problemas ms habituales

2.2. Tipos de mantenimiento

3. RECUPERACION, APROVECHAMIENTO Y EFICIENCIA

ENERGETICA

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ii

BIBLIOGRAFIA

1. Cabrera E. et al. Ingeniera Hidrulica aplicada a los

sistemas de distribucin de agua (Vol. II). 3raed. ITA-

Universidad Politcnica de Valencia. 2009.2. Crawley, M.J. The R Book. John Wiley & Sons, Ltd. 2007.

3. Fletcher, T.D and Delectic, A. Data requirement for

integrated urban water management. Urban Water Series.

UNESCO Publishing. 2008.

4. Grigg, N.S. Urban Water Infrastructure. Planning,

Management and Operations. John Wiley & Sons. 1986.

5. Hammer, M.J. and Hammer, M.J., Jr. Water and

Wastewater Technology. 6thed. Pearson. Prentice Hall.

2008.

6. IDAE. Reduccin del gasto energtico en depuracin,

bombeo y suministro de agua. Cirsa. 1989.

7. Mays, L.W. Water Distribution Systems Handbook.

McGraw-Hill. 2000.

8. Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering-Collection

and Pumping of Wastewater, McGraw-Hill, Inc. 1981.

9. Pahl-Wostl, C. et al. Adaptive and Integrated Water

Management: Coping with Complexity and Uncertainty. 1stedition. Springer. 2007.

10. Per-Arne Malmqvist et al. Strategic Planning of Sustainable

Urban Water Management. IWA Publishing. 2006

11. Ram S. Gupta. Hydrology and Hydraulic Systems,

Waveland Press, Inc. 2007

12. Shun Dar Lin. Water and Wastewater Calculations Manual,

2nded. McGraw-Hill. 2007

13. Spellman F.R. and Drinan. J. Manual del agua potable. Ed.

Acribia, 2000.14. Spellman F.R. Mathematics Manual for Water and

Wastewater Treatment Plant Operators. CRC Press 2004.

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TRANSPARENCIAS. EMSH 2011/12

1

EMSH 2011/12 1

Explotacin y

Mantenimiento deSistemas Hidralicos

Gabriel Ibarra [email protected]

Curso 2011-2012

Escuela Superior de Ingeniera de Bilbao

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BLOQUE A

EXPLOTACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS

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EMSH 2011/12 3

1. Sistemas hidralicos. 1.1. Ciclo del agua.

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3

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111.186Total Espaa

409Canarias

661Baleares

110.116Total Pennsula

2.787C.I Catalua

17.967Ebro

3.432Jcar

803Segura

2.351Sur

8.601Guadalquivir

5.475Guadiana

10.883Tajo

13.66Duero

44.157Norte

(hm3/ao)Cuenca hidrogrfica

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EMSH 2011/12 7

1. Sistemas hidralicos. 1.2. Gestin de subsistemas.

Urban water managementes un trminogenrico que se refiere la gestin conjunta de un

sistema [urban water system] formado por 3componentes o subsistemas:

Suministro de agua [water supply]

Gestin de aguas residuales [wastewater]

Gestin de aguas pluviales [stormwater]

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1. Sistemas hidralicos. 1.2. Gestin de subsistemas.La gestin del sistema requiere de una visin conjunta (no siempre ocurre):

Suministro

Water supply

Residuales

Wastewater

Pluviales

Stormwater

Colectorcombinado

Combined sewer

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La conectividad en los sistemashidrulicos se produce (I)

Entre los 3 subsistemas(Suministro+Residuales+Pluviales)

Viene dada por el propio ciclohidrolgico.

La precipitacin principal input enel sistema- lava la superficie urbanay puede ir a pluviales o residuales

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La conectividad en los sistemas hidrulicos se produce

(II)

entre reas contiguas: cuando los residuos a un efluente

(ro) de una poblacin pueden ser las captaciones de lasiguiente poblacin

HERRAMIENTA R

http://www.r-project.org/ Manuales, Journal,WIKI

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1. Sistemas hidralicos. 1.2. Gestin de subsistemas. Gestores del agua en Espaa

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2. Suministro. 2.1. Etapas.

1. Para distribucin de agua en tuberas de presin se puedeutilizar las expresiones de Darcy-Weisbach o de Hazen-Williams.

2. Darcy-Weisbach presenta la pega de que requiere el clculode la f de Moody, lo cual muchas veces no es directo (hoy enda no es problema)

3. Se usa por ello ms habitualmente Hazen-Williams. Hay

nomogramas

Q = 0.278 CD2.63S0.54

C. Constante del material de la tubera S. Gradiente hidrulico (prdidas de carga por mlt) D. Dimetro de la tubera (m)

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1. Captacin de Recursos Hidrulicos2. Transporte o Aduccin3. Estaciones Tratamiento Agua Potable (ETAP)4. Distribucin en Red Primaria o en Alta5. Regulacin Sectorial y/o Municipal.6. Distribucin Urbana o en Baja

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Red de alta Red de baja

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2. Suministro. 2.2. Captacin.

ORIGEN AGUAS SUPERFICIALES Embalsada (embalses, pantanos, lagos)

Fluyente (ros, acequias)

AGUAS SUBTERRNEAS (POZOS) DESALACIN

COMBINACION DE FUENTES

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El suministro puede ser de una procedencia o mshabitualmente, combinacin de varias

La cantidad de agua a suministrar depende decondicionantes como:

Geografa, cultura y clima Estacin del ao

Tamao y perfil de la comunidad a servir

El suministro debe contemplar los siguientes consumos: Domstico Industrial y comercial Servicios pblicos Usos agrcolas Reservas para incendios Prdidas

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La cantidad suministrada debe adems analizar lasdisponibilidades de agua (cantidad, calidad, orgenes)

Entre otros factores, deben tomarse en cuenta: En base a la informacin meteorolgica (registros histricos) de la

zona calcular la cantidad de agua disponible de lluvia y en lascaptaciones (superficiales (ros pantanos) o subterrneas (acuferos))

La evolucin prevista de la poblacin

Escorrenta superficial: se refiere a la cantidad de lluviacaida que llega a una corriente superficial:

No se infiltra No se evapora/transpira

La escorrenta superficial total a lo largo de un perodo(tipicamente un ao) es un dato muy til

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La evolucin prevista de la poblacin Debe contemplarse a fin de que las instalaciones de suministro y

residuales tengan una capacidad viable los prximos 25-30 aos

Hay 3 mtodos principales para la estimacin futura dela poblacin aunque slo son vlidos para corto plazo

(

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2. Suministro. 2.2. Captacin.En un sistema de distribucin tpico el agua

contabilizada (contadores) representa el ~70% de lasuministrada.

El resto se reparte como ~10% contadores o lecturas incorrectas

~15% prdidas en las conducciones subterrneas Otras prdidas

En EEUU, como promedio (zonassecas/hmedas,residenciales/industriales) el suministro

municipal de agua es 380~760 litros por persona y da: Uso residencial (300~570 l/pd) Uso comercial Uso industrial Prdidas varias

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El consumo residencial de agua vara segn ciclos Estacional (verano: 130% media anual/ invierno: 80% media anual) Diario (Mximo 180% [150%-300%] medias diarias)

Horario (Mximo 180% [125%-300%] medias horarias)El clculo del suministro de agua necesaria debe incluir

la reserva para incendiosLa presin de trabajo en la red de baja se consideraadecuada en torno a 50 mca

Suficiente para compensar oscilaciones en el consumo Puede dar servicio a un edificio de 10 plantas Urbanizacin dispersa (con pocas alturas~30 mca es suficiente) Las bocas de incendio equipadas (BIE) requieren 50 mca que unido a

prdidas de carga desde la acometida puede llevar a 60-70 mca Demasiado para las tuberas. Se pone en su lugar equipos de presin

o depsitos especficos.

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Captacin por tipo de recurso

200943 (97%)2381739 (63%)Aguas superficiales

024742 (0.6%)Otros tipos de recursos hdricos

0129396 (3.4%)Desalacin

59151226742 (33%)Aguas subterrneas

2068583762619TOTAL

Pas VascoEspaaEncuesta sobre el suministro y saneamiento delagua. Ao 2007. Suministro y tratamiento del agua

Unidades:miles metros cbicos

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2. Suministro. 2.2. Captacin. Disponibilidad total de agua no potabilizada

1%16%Volumen de agua suministrada por otrasempresas

99%84%Captacin total realizada por la propia empresa

2046694525650TOTAL



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Volumen de agua suministrada a la red deabastecimiento pblico

23819449690411. Volumen de agua suministrada a la red deabastecimiento pblico

15%34%1.2.2. Prdidas aparentes

85%66%1.2.1. Prdidas reales

42400 (18%)1191005 (24%)1.2. Volumen de agua no registrada

82%76%1.1. Volumen total de agua registrada y distribuidapor tipo de usuario



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Pasos para puesta en funcionamiento

Se identifica (estudios previos) una zona saturada

Se construye perforando el suelo hasta llegar a unestrato saturado

Se ponen unas paredes rgidas (camisa) al agujero

El pozo se apantalla en la zona del acifero parapermitir el flujo de agua al interior

Bombas y tubera de impulsin se introducen en elpozo

2. Suministro. 2.2. Captacin. Pozos

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Agua subterrnea: Es la que proveniente de lasuperficie (lluvia, ros, lagos..) penetra hasta elnivel fretico (Water Table)en el subsuelo

Nivel fretico: Es la superficie del aguasubterrnea que se encuentra a presin

atmosfrica

Acufero: Es un estrato subterrneo saturado deagua que puede aportar cantidades de agua paradistintos usos

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Porosidad de un suelo (n): es el ratio entrevolumen huecointersticial propio del material delsuelo y volumen totalocupado

Permeabilidad (conductividad hidrulica): Es lacapacidad de un suelo para conducir agua (Ley deDarcy)

V=K.i V=Velocidad del agua en ese suelo (mm/s o m/s)

K=Cfte. permeabilidad (mm/s o m3/m2d)) Dependedel material

Grano fino K=0.003 Grava gruesa K=300 i= Pendiente hidrulica en las cercanas del pozo

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Desnivel debido a la extraccin (well drawdownwd) : Es la diferencia entre el nivel esttico delagua antes del bombeo y el alcanzado debido albombeo

Capacidad especfica (Ces): es el ratio entre elcaudal Q bombeado (m3/s) y el drawdowno cadade nivel esttico wd experimentado (m)

Ces=Q/wd

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Caudal hacia el acufero: El flujo de agua hacia elpozo en estado estacionario se define bajo:

Extraccin constante y uniforme de agua

Curva de extraccin con gradiente hidrulicoconstante

Flujo subterrneo horizontal uniforme y en rgimenlaminar

Velocidad de este flujo proporcional al gradientehidrulico o pendiente piezomtrica (dh/dr)

Acufero homogneo

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Pozos de observacin: Las medidas hechas en ellos sirvenpara estimar la capacidad del pozo de bombeo.


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Acufero confinado: Cuando la zona saturada seencuentra confinada entre dos capas impermeables y

el agua se encuentra a presin (pozo artesiano).

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Acufero confinado: El caudal extraido del pozo en estadoestacionario se calcula:

Q=2Kb(h0-hw) [loge(r0 / rw)](-1)

Q= caudal extraido en l/s

K= cfte permeabilidad mm/s

r0= radio del cono de depresin

rw= radio del pozo

h0= Nivel del agua por encima de la capa impermeable antesdel bombeo

hw= Nivel del agua por encima de la capa impermeable en elpozo


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Acufero confinado:Permeabilidad: Se calcula usando datos de dos pozos de

observacin 1 y 2, situados a una distancia del pozo r1 y r2 ycon niveles h1 y h2.

K=Qloge(r

2/r

1) [2b(h

2-h

1)](-1)

Q= caudal extraido en l/s K= cfte permeabilidad mm/s r1= distancia al pozo 1 de observacin r2= distancia al pozo 2 de observacin h1= nivel del agua por encima de la capa impermeable en el

pozo 1 de observacin

h2= nivel del agua por encima de la capa impermeable en elpozo 2 de observacin


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Acufero no confinado: Cuando el lmite de la zonasaturada es el nivel fretico (pozo fretico o de tabla deagua Water Table)


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Acufero no confinado: El flujo ideal hacia el pozoen estado estacionario se define igual y se calcula:

Q=K(h02-hw2) [loge(r0 / rw)](-1)



r0= radio del cono de depresin

rw= radio del pozo

h0= Nivel fretico antes del bombeo

hw= Nivel en el pozo de bombeo


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Acufero no confinado: En estado estacionario el coeficientede permeabilidad se calcula:

K=Qloge(r2/r1) [(h22-h12)](-1)



r1= distancia al pozo 1 de observacin

r2= distancia al pozo 2 de observacin




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Transmitividad: Es la capacidad de un acufero paratransmitir agua. Se puede estimar como el flujo deagua hacia el pozo en estado estacionario y se definecomo el producto de la permeabilidad (K) y el grosorde la zona saturada (b).

T=Kb (m3

/d.m)

Caudal especfico (porosidad drenable):Es un ratioque indica la fraccin total de su volumen de agua queun acufero no confinado podra proporcionar en casode que su contenido fluyera exclusivamente por efectode la gravedad


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Almacenabilidad (S): Es la cantidad de agua que unacufero confinado puede almacenar o liberar porunidad de rea y por unidad de caida en la alturahidralica

S. Es adimensional

S-Acufero confinado. S oscila entre 0.005 (aciferoscon prdidas altas leaky aquifers) y 0.00005.

S-Acufero no confinado. S coincide ~con el caudalespecfico


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Acufero confinado-no confinado:

El clculo de Q (caudales) y/o K (permeabilidad)requiere del conocimiento de la pendiente de la

curva de extraccin

Gradiente hidralico o pendiente piezomtricaasociada a un caudal de extraccin

A tal fin se construyen pozos de observacin en las

inmediaciones del pozopara medir niveles en su

interior


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Caudal no estacionario: Los clculos encondiciones de equilibrio tienden a sobreestimarla transmitividad (T) y almacenabilidad (S):

Hay tres mtodos matemtico/grficos para laestimacin de T y S en condiciones de noequilibrio

1. Mtodo de Theis2. Mtodo de Cooper-Jacob

3. Mtodo de distancia-extraccin (ms moderno)


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2. Suministro. 2.2. Captacin. Pas Vasco

Bilbao Metropolitano CONSORCIO DE AGUAS

BILBAO-BIZKAIA.http://www.consorciodeaguas.com

Constituido en 1967

Entidad pblica compuesta por: 65 municipios de Bizkaia

Habitantes servidos: 1.000.000 - 90% de Bizkaia

- 50% del Pas Vasco

Vitoria-Gasteiz AMVISA

http://www.amvisa.org

San Sebastin-Donostia: Aguas de Aarbe

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2. Suministro. 2.2. Captacin. Bilbao Metropolitano

EMSH 2011/12 44

2. Suministro. 2.2. Captacin. Embalses del Zadorra. http://www.consorciodeaguas.com

Ullibarri Urrnaga

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EMSH 2011/12 45

2. Suministro. 2.2. Captacin. Embalses del Zadorra. http://www.amvisa.org

EMSH 2011/12 46

2. Suministro. 2.2. Captacin. Vitoria-Gasteiz. Embalses. http://www.amvisa.org

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EMSH 2011/12 47

2. Suministro. 2.2. Captacin. Vitoria-Gasteiz. Embalses. http://www.amvisa.org

EMSH 2011/12 48

2. Suministro. 2.2. Captacin. Vitoria-Gasteiz. Ro.Durana. http://www.amvisa.org

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2. Suministro. 2.3. Transporte.

Una vez realizada la captacin hay que llevar elagua para su potabilizacin a una Estacin deTratamiento de Agua potable (ETAP). Es la etapade transporte

Siempre que se puede se acude a los sistemasde abastecimiento de gravedad

Sin embargo, en muchas ocasiones hay querealizar bombeosdesde las aguas captadas

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2. Suministro. 2.3. Transporte. http://www.consorciodeaguas.comSifn del Kadagua

Sala de Vlvulas Conducciones

Sifn de Arrigorriaga

400 km de redes y tuberas

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2. Suministro.2.3. Transporte. Embalse intermedio Undurraga (Zeanuri)

http://www.consorciodeaguas.com

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El agua recogida en los embalses es trasladada a lasplantas potabilizadoras distribuidas por el territorio medianteuna completa red de tuberas que tienen que sortear la

complicada orografa vizcana antes de llegar a las

estaciones de tratamiento.

El Consorcio de Aguas gestiona cinco plantasen las queanualmente se potabilizan hasta 111millones de metroscbicos:Venta Alta en Arrigorriaga, Basatxu enBarakaldo, Lekue en Galdakao, Garaizar en Durango y SanCristbal en Igorre. (Sollano-Kadagua)

2. Suministro. 2.4. ETAP. VENTA ALTA. http://www.consorciodeaguas.com

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2. Suministro. 2.4. ETAP. ARAKA. http://www.amvisa.org

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CASO CABB: Agua de excelente calidad, contiene impurezascomo partculas slidas, magnesio, hierro y bacterias.

ETAP: Estacin de tratamiento de aguas potables

1 Cloracin Floculacin

Lodos:vertedero

Filtrado

arena2 Cloracin

Depsitos-Red

Consumo

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1 ETAPA: PRIMERA CLORACION + ADICION DE FLOCULANTES

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1 ETAPA: PRIMERA CLORACION + ADICION DE FLOCULANTES (II)

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2 ETAPA: FLOCUACION => Lodos + agua depurada (I)

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2 ETAPA: FLOCUACION => Lodos + agua depurada (II)

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3 ETAPA: FILTRACION DEL AGUA EN LECHO DE ARENA (I)

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3 ETAPA: FILTRACION DEL AGUA EN LECHO DE ARENA (II)

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4 ETAPA: DESINFECCION FINAL: OZONIZACION +ADITIVOS (I)

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4 ETAPA: DESINFECCION FINAL: OZONIZACION +ADITIVOS (II)

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4 ETAPA: DESINFECCION FINAL: OZONIZACION +ADITIVOS (III)

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4 ETAPA: DESINFECCION FINAL: OZONIZACION +ADITIVOS (IV)

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2. Suministro.2.5. Distribucin red primaria (Alta).


ms de 220 hm3 de capacidad de embalse

5 potabilizadoras

400 km de redes y tuberas

40 depsitos reguladores

37 bombeos de impulsin

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2. Suministro. 2.5. Distribucin red primaria (Alta).http://www.consorciodeaguas.com

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2. Suministro. 2.6. Regulacion sectorial o municipal.

Siempre que se puede se acude a los sistemas deabastecimiento de gravedad

Sin embargo, dependiendo de la orografa, a veceshay que realizar bombeos desde las aguascaptadas hasta los depsitos de regulacin.

Los depsitos de regulacinsirven para respondera las oscilaciones diarias en la demanda de agua

que en un entorno urbano pueden oscilartpicamente de 1 a 3.

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Consumo de una poblacin de 500000 hab. Consumo total de 175453 m3/dia

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EMSH 2011/12 71

Distribucin por gravedad

Sistemas de bombeo

Combinacin de ambas

Requiere el uso de depsitos de agua.

Clasificacin:

Depsitos de regularizacin de bombeos (intermedios)

Depsitos de distribucin

Algunos casos de inyeccin directa a red (pocoeficiente)


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La inyeccin de agua directamente a red con bombas se realiza en terrenos llanos donde no hay desniveles

aprovechables para depsitos debe seguir las evoluciones en el consumo

La regulacin se puede realizar Vlvulas de regulacin. Eficiencia (-) By-pass. Acoplamientos de bombas Bombas de velocidad fija + variable Eficiencia (+)


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Los depsitos sirven para satisfacer las funciones siguientes (I):

Compensar variaciones horarias (eso significa un volumende >= el 50% del consumo de 24h)

Mantener una reserva para emergencias (accidentes,reparaciones en las instalaciones..) (se suele calcular entorno a 1/3 adicional respecto a la suma de los dosanteriores)

Asegurar una reserva de agua para combatir incendios(enciudades pequeas 250 m3 mnimo o preferiblemente 500 m3~15horas de funcionamiento de un camin de bomberos.

Consultar con cuerpo de bomberos)


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Los depsitos sirven para satisfacer las funciones siguientes (II):

4. Atender a la demanda en caso de interrupciones de energaelctrica (sistemas con bombeo) [cotas elevadas]

5. Mantenimiento de presiones en red [cotas elevadas]6. Las torres de presin se dimensionan (aisladas) sobre la

base de 1/5 volumen que se va a distribuir en 24h(no aislados) sobre la base de reducir al mximo el nmerode arranques/paradas y garantizar entre 30~90 minutos deconsumo

7. Cuando existen depsitos elevados y enterrados (lo msfrecuente), la capacidad total del sistema deber ser >= 100%del volumen consumido en 24h

8. Los depsitos apoyados suelen tener un volumen 20~25veces superior a las torres de presin


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Depsitos de regularizacin de bombeos(intermedios)

Sirven para amortiguar las oscilaciones entre regmenesdistintos de funcionamiento y de conexin entre tramos

de bombeo y de gravedad

Depsitos de distribucin

Instalaciones de almacenamiento de agua quealimentan directamente la red


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Depsitos de distribucin:

Su volumen se calcula como sumatorio de:

300 l/dia/hab (uso residencial)

120 l/dia/puesto_trabajo (uso industrial)

reserva incendios

15%-20% de prdidas o

consumos incontrolados

Para 24 horas


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Depsitos de distribucin:

La reserva de incendios criterio EEUU (Insurance Service Office)establece unos mnimos para las bocas de incendios

El criterio se basa en que la boca debe proporcionar un NFF(Needed Fire Flow) segn las caractersticas de cada edificio

Se disea bajo el criterio de que proporcione el agua necesariapara confinar el fuego dentro de un edificio (sin aspersores internosque lo paren en sus inicios)

Independientemente del clculo se requiere entre 500 l/s (edificiosde madera) y 16 l/s (resistentes al fuego) por boca de riego

En zonas residenciales la ISO recomienda separacin de 200 mentre bocas de riego


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Depsitos de distribucin: En cabecera

Situados aguas arriba del suministro

No superar 40-50 (max) mca en ningn punto

Si hay en la poblacin grandes diferencias de cotas sesituan dos depsitos a cotas distintas para segmentar ladistribucin y no superar el lmite 40 mca en ningnpunto.

El depsito a mas cota suministra a los usuarios msaltos y el depsito mas bajo a los usuarios en cotasinferiores (2 redes)

2. Suministro. 2.6. Regulacion sectorial o municipal. .

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Depsitos de distribucin: En cabecera


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Depsitos de distribucin: Compensacin

Son depsitos complementarios (uno o ms) aldepsito principal de distribucin.

Se suele dar en situaciones de consumo muy repartidoespacialmente o en sistemas que se han quedadoobsoletos en su diseo tras un aumento de la demanda.

Se llenan en horas valle (por gravedad o bombeo) y sevacan en horas punta de consumo de agua.

Sirven para asegurar un mejor reparto de presiones enhoras punta.


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Depsitos de distribucin: Compensacin

Horaspunta

Horasvalle

Cabecera

Compensacin


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Depsitos de distribucin: Depsitos de cola

Es un caso particular de depsito de compensacin enel que el mismo se encuentra al final.

Es decir, los consumidores se encuentran entre eldepsito principal y el depsito de cola.


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Depsitos de distribucin: Depsitos de cola

Cabecera

Cola


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Depsitos de distribucin:Su volumen se calcula300 l/dia/hab +120 l/dia/puesto_trabajo+incendios para24 horas+prdidas

Depsitos de distribucin en cabecera

Situados aguas arriba del suministro

Depsitos de compensacin y de cola

Torres de presin


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Depsitos enterrados-semienterrados o apoyados2. Suministro. 2.6. Regulacion sectorial o municipal.

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Torreselevadas


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2. Suministro.2.6. Regulacion sectorial o municipal.


Depsito de Larros Depsito Las Carreras Depsitos de Ugarte

En CABB (Bilbao Metropolitano) los depsitos estn en cabecera y la distribucin es porgravedad

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2. Suministro. 2.6. Regulacion sectorial o municipal. http://www.amvisa.com

En Vitoria-Gasteiz hay depsito en cabecera + depsito cola

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2. Suministro.2.7. Distribucin urbana o en baja.

Distribucin de agua registrada por grandes gruposde usuarios.

1957943778036Volumen total de agua registrada y distribuida portipo de usuario

55497 (28%)852276 (23%)--Sectores econmicos

4636459410Importe total de la inversin en los servicios desuministro (miles de euros)

972232837747Importe facturado por el agua suministrada (miles deeuros)

43674 (22%)382046 (10%)--Consumos municipales y Otros

96623 (50%)2543714 (67%)--Hogares



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Bomba+depsito regulador: 3400 hab (doble en verano)

600 m3

50 m

Embalse

2. Suministro. 2.7. Distribucin urbana o en baja.

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2. Suministro. 2.7. Distribucin urbana o en baja.

El consumo residencial de agua vara segn ciclos(EEUU)

Estacional (verano: 130% media anual/ invierno: 80% media anual) Diario (Mximo 180% [150%-300%] medias diarias)

Horario (Mximo 300% [250%-500%] medias horarias)En EEUU, como promedio (zonas

secas/hmedas,residenciales/industriales) el suministromunicipal de agua es 380~760 litros por persona y da:

Uso residencial (300~570 l/pd)

Uso comercial Uso industrial Prdidas varias

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2. Suministro. 2.7. Distribucin urbana o en baja. http://www.amvisa.com

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Estaciones Depuradoras Aguas Residuales (EDAR)

723232021499Importe total de las cuotas de saneamiento ydepuracin (miles de euros)

625312083Importe total de los gastos en inversin de larecogida y tratamiento de aguas residuales (milesde euros)

275481372115Volumen total de agua reutilizada

57588512519495Volumen de aguas residuales tratadas

68964914258682Volumen de aguas residuales recogidas


Unidades:metros cbicos/da.

3. Residuales. 3.1. Estacines depuradoras de aguas residuales (EDAR)

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Estaciones Depuradoras Aguas Residuales (EDAR)


Conducciones

No son a presin. Teora de canales abiertos (Manning)

Su misin es depurar el agua para poder

Reutilizarla y/o

Verterla al medio natural sin impactos ambientales

Q = n-1ARh2/3S1/2

n. Coeficiente de rugosidad. Depende del material de la conduccin

A. Seccin mojada (m2)

Rh. Radio hidralico (m): Seccin mojada (m2) /Permetro mojado (m)

S. Gradiente hidralico (prdidas de carga por mlt)

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Las aguas residuales contienen slidos en flotacin y suspensin que hacenimposible el uso de caudalmetros cerrados

El dispositivo ms habitual para la medicin de caudales aguas residuales ala entrada de las EDARes el canal de Parshall

Q (m3/s) = 0.3726B(H/0.3048)1.56986B0.026

NOTA: La expresin de Parshall esvlida con una anchura B en el canalde entre 0.3 y 2.5 m para condicionesde flujo libre (no sumergido)

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3. Residuales. 3.1. Estacines depuradoras de aguas residuales (EDAR)http://www.consorciodeaguas.com

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3. Residuales. 3.1. Estacines depuradoras de aguas residuales (EDAR)http://www.amvisa.com

Depsito de cabecera

Depsito de cola

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1 milln de habitantes servidos Depuracin de un importante volumen de vertidos industriales 2 depuradoras principales: Galindo y Lamiako

900.000 habitantes

caudal medio de tiempo seco: 3,5 m3/seg

caudal punta en tiempo de lluvia: 21 m3/seg

300 Ton/da de fangos deshidratados e incinerados en tiemposeco425 Ton/da de fangos deshidratados en semana punta detiempo de lluvias

volumen de Cenizas: 30 Tn/da 26 depuradoras medianas y pequeas 283 km. de colectores e interceptores

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84 aliviaderos 42 bombeos 5 tanques de tormenta (125.000 m3), otros en proyecto con

capacidad de 100.000m3 Varios cruces bajo la Ra

Universidad - MuseoLamiako - La BenedictaElorrieta - Zorroza

Inversin Total: 1.000 millones de euros en el mbito delConsorcio

Plazo de Ejecucin: 30 aos finaliza con la puesta en servicio

de la depuradora de Lamiako

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3. Residuales. 3.1. Estacines depuradoras de aguas residuales (EDAR)http://www.consorciodeaguas.com EDAR de Galindo en Sestao

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3. Residuales. 3.1. Estacines depuradoras de aguas residuales (EDAR)http://www.consorciodeaguas.com EDAR de Galindo en Sestao

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Parmetros principales medidos y transformados en lasEDAR (I)

3. Residuales. 3.2. Parmetros de la EDAR.

La demanda biolgica de oxgeno, es un parmetro quemide la cantidad de materia susceptible de serconsumida u oxidada por medios biolgicos quecontiene una muestra lquida, y se utiliza paradeterminar su grado de contaminacin. El mtodo sebasa en medir el oxgeno consumido por una poblacinmicrobiana en condiciones en las que se ha inhibido losprocesos fotosintticos de produccin de oxgeno en

condiciones que favorecen el desarrollo de losmicroorganismos. Normalmente se mide transcurridos 5das (DBO5) y se expresa en mg O2/litro

Valores por encima de 30 mg O2/litro pueden serindicativos de contaminacin en aguas continentales

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Parmetros principales medidos y transformados en lasEDAR (II)


La demanda qumica de oxgeno (DQO) es unparmetro que mide la cantidad de materia orgnicasusceptible de ser oxidada por medios qumicos que

hay en una muestra lquida (consumo de oxgeno). Seutiliza para medir el grado de contaminacin y seexpresa en mg O2/litro.

El valor obtenido es siempre superior a la demandabiolgica de oxgeno (aproximadamente el doble), yaque se oxidan por este mtodo tambin las sustanciasno biodegradables. La relacin entre los dos parmetroses indicativa de la calidad del agua.

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Tratamientos principales en las EDAR

0.21.30.61.8Metales

23.32.28.4Fsforo total

4.725.517.837.8Nitrgeno total

14.4569.622.9353.1Slidos ensuspensin

4.967922.1360.9DemandaBioqumica deOxgeno (DBO5)

55.6877.576.4726.7DemandaQumica deOxgeno (DQO)

DespusAntesDespusAntes

Pas VascoEspaa


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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Entrada (I). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Entrada (II). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (I). Linea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (II). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (III). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (IV). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (V). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (VI). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Pretratamiento (VII). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com

45 min

Decantacin primaria (II). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Decantacin primaria (III). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Balsas biolgicas (I). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Balsas biolgicas (II). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Balsas biolgicas (III). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Balsas biolgicas (IV). Lnea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Balsas biolgicas (V). Lnea de agua

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Decantacin secundaria (I) . Linea de agua

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Decantacin secundaria (II) . Linea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Decantacin secundaria (III) . Linea de agua

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Decantacin secundaria (IV) . Linea de agua

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Espesador (I) . Linea de fangos

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Espesador (II) . Linea de fangos

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Flotador. Linea de fangos

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Deshidratacin de fangos (I) . Linea de fangos

EMSH 2011/12 136

3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Deshidratacin de fangos (II) . Linea de fangos

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Digestor . Linea de gas

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Gasmetro (I). Lnea de gas

METANO:Combustibleparageneracinelctrica

59.570Kwh/da

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Gasmetro (II). Lnea de gas

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3. Residuales. 3.3. Funcionamiento de la EDAR. http://www.amvisa.com Antorcha. Lnea de gas

METANO: El exceso se quema en laantorcha

El funcionamiento de la antorcha estotalmente automtico. As, cuando elgasmetro se llena completamente, laantorcha se pone en marcha, y al descenderel gasmetro, sta se apaga.

Con los tres digestores en marcha laproduccin diaria de biogs de la planta esde 9.400 Nm3/da.

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4. Pluviales. 4.1. Tipos de sistemas de pluviales Separados

EDAR

Pluviales

Residuales

Ro/Mar/Estuario

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4. Pluviales. 4.1. Tipos de sistemas de pluviales Combinados

EDAR

Pluviales

Residuales

Ro/Mar/Estuario

Residuales

+

Pluviales

Con grandes precipitaciones, elaporte de pluviales puede

hacer que se supere lacapacidad de la EDAR. El

excedente mezclado ycontaminado rebosar

contaminando la corrientefluida natural

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4. Pluviales. 4.2. Conducciones de sistemas de pluviales

Material de las conducciones

Fibrocemento

Fundicin

Acero

Plstico

Arcilla

} Ms habituales

Seccin de las conducciones

Circular

Elptica horizontal

Elptica vertical

Arqueada

Seccin cuadrangular

Ms habitual. Mejor resistencia mecnica

Permite el uso directo de Manning (canales abiertos)

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EMSH 2011/12 145

4. Pluviales. 4.2. Conducciones de sistemas de pluviales

Alcantarillas

Recogen el agua de lluvia

La llevan hasta las conducciones

Tanques de retencin

En sistemas combinados (Residuales+Pluviales)cumplen lamisin de retener en lo posible el caudal de lluvia para que aguas abajo

la suma de ambos aportes no supere la capacidad de la EDAR En ese caso, el excedente contaminado (Residuales+Pluviales) se

vuelca al medio fluido

A tal fin estn los aliviaderos o rebosaderos

Problema de gestin ambiental

Conducciones

No son a presin. Teora de canales abiertos (Manning)

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4. Pluviales. 4.3. Caudal de escorrenta

El mtodo racional para el clculo de la escorrentaproveniente de lluvia se calcula a partir de laexpresin (semiemprica):

Q=0.278CAi

Q es el ratio mximo de escorrenta expresado en m3/s

C es el coeficiente de escorrenta que depende del tipo de suelo

i es la intensidad de lluvia en en mm por hora

A es el rea de drenaje en kilmetros cuadrados

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EMSH 2011/12 147


La lluvia puede ser interceptada por la vegetacin, retenida endepresiones superficiales, evaporarse, infiltrarse en el subsuelo oresbalar por la superficie.

El coeficiente de escorrenta C es la fraccin de lluvia quecontribuye al flujo superficial para un rea de drenaje dada.

Valores de C segn tipo de terreno

EMSH 2011/12 148


El parmetro ms complicado de obtener es la intensidad delluvia que se define en base al llamado tiempo deconcentracin de la cuenca hidrolgica. Este tiempo dereferencia se define como el tiempo de lluvia uniformecontinuada necesario para llegar a la mxima escorrenta. Esdecir, se trata del tiempo necesario para que todos los

puntos del rea de drenaje estn contribuyendo a laescorrenta producida en el rea.

Para su estimacin es necesario disponer de las curvas deintensidad de lluvia que dan para un sitio en concreto cmovara la intensidad de lluvia en funcin de la duracin de latormenta. Esta informacin se representa en unas curvascaractersticas del emplazamiento del que se trate y seobtienen tras aos de mediciones. Otra variable a tomar encuenta es el perodo de retorno en aos de tormentasintensas.

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La expresin, llamada de Talbot, que liga estosparmetros es para cada perodo de retorno de laforma

i para el perodo de retorno t = a/(d-b)

t es el perodo de retorno en aos i es la intensidad de lluvia en mm/h d la duracin de la tormenta

a y b son parmetros propios del emplazamiento y se ajustanexperimentalmente para cada periodo de retorno

EMSH 2011/12 150


El diseo de las canalizaciones de pluviales, se basan en lasintensidades i calculadas para perodos de retorno de 5 aosen reas residenciales, 10 aos en zonas comerciales y 15aos en zonas sensibles

Si alguna porcin del rea considerada tiene una alcantarillaque drena el agua de escorrenta y la conduce a un colectorde pluviales, el tiempo de concentracin se calcula como eltiempo de absorcin por la alcantarilla ms el tiempo deconduccin hasta el colector de aguas pluviales.

El tiempo de absorcin o caida en alcantarilla suele rondarlos 5 a 20 minutos, dependiendo de las caractersticas delrea de drenaje (porcentaje de zonas verdes, pendientesurbanas, anchura de boca de alcantarilla).

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EMSH 2011/12 151

BLOQUE B

OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMASHIDRAULICOS

EMSH 2011/12 152

1. OPERACION. 1.1. Introduccin

Un sistema de SUMINISTROde agua al igual que otro sistema debeoperarse correctamente con el fin de proporcionar un servicio adecuado

Muchos sistemas hidrulicos usan personal cuyo objetivo es monitorear laevolucin del sistema. Combinado con algn nivel de automatizacin

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Los operarios apoyados hasta cierto punto en el output de SCADA- son losencargados de tomar decisiones (EJEMPLO):

Sube/baja el nivel de un depsito porencima/debajo de un lmite

Baja la presin en un punto de la red.

Abrir/cerrar vlvulas

Arrancar/parar/modificar velocidad debombas

EVENTO ACCION

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El control automtico presenta ventajas y desventajas

El avance en la automatizacin permite reducir la energa consumida yreducir el coste de operacin del sistema

SCADA puede combinarse con modelos (SWMM-EPANET) para alcanzaresos objetivos

Hay una tendencia a la gestin conjunta de todos los elementos

Se denomina aproximacin centralizada (centric approach)

Parmetros a vigilar y sobre los que hay que actuar

Presin y/o

Caudal y/oNivel de los depsitos

Para estos parmetros en cada punto de la red existen unos rangos deoperacin

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Sistemas pequeos

Suelen ser operados de manera automtica basados en los niveles de losdepsitos

Sensor que mide el nivel en el interior de un depsito

Manda una seal automtica a una bomba (ON/OFF)

Sistemas grandes Normalmente operados de manera manual

Los indicadores necesarios para la gestin del sistema por parte deloperario en los puntos de la red se envan (y almacenan) a una centralita(Presin, caudal, nivel de los depsitos)

En ocasiones tambin parmetros adicionales como vibraciones de labomba o temperatura de sus motores

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En EEUU

CAUDAL: Slo se mide en unos pocos sitios del sistema

ETAP

Estaciones de bombeo

Fronteras con otros sistemas

PRESION: Slo se mide en sitios clave

Las estaciones de bombeo

Los puntos de mxima y mnima presin del sistema

En Europa

CAUDAL y PRESION. Se mide en muchos puntos de la red.

Proporciona ms datos para la gestin del sistema

Permite calibrar modelos que ayuden en la gestin

En EEUU y Europa se miden niveles en los depsitos

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1. OPERACION. 1.2. Criterios de operacin SISTEMAS BASADOS EN OPERACIN POR PRESION

Los operarios actuan sobre vlvulas y bombas repartidas por el sistemapara que las presiones en puntos claves se mantengan dentro de unoslmites

FUNCIONAMIENTO NORMAL:Cambia de sistema a sistema pero laspresiones deben moverse entre

>20 mca [30 psi-207kPa]: Suficiente para suministro a un edificio normal

=35 mca)

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1. OPERACION. 1.2. Criterios de operacin

SISTEMAS BASADOS EN OPERACIN POR NIVELES DEDEPOSITOS

Los niveles de los depsitos es el indicador ms evidente para losoperadores

Esos niveles pueden dar una indicacin de las presiones en una zona o entodo el sistema

En general, cuanto mayor sea el nivel en los depsitos, mayor la presin

Suele ser habitual que el operario sea capaz de tener una idea delfuncionamiento del sistema sin mas que echando un vistazo a los nivelesde los depsitos

ANTES: El objetivo era que estuviesen los depsitos lo ms llenos posiblepara hacer frente a emergencias [Fuego, caida elctrica (no bombeo), cortesde agua]

ACTUALMENTE: Este objetivo se combina con el hecho de que elalmacenamiento del agua durante mucho tiempo va en detrimento de lacalidad. En el futuro podran incorporarse miniETAPs de cloracin en losdepsitos

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SISTEMAS BASADOS EN OPERACIN POR CAUDAL

Los caudales de referencia se suelen medir en las estaciones de bombeo einterconexiones con otros sistemas

El rango de caudales admisibles viene dictado por la naturaleza del sistemade distribucin de agua

Si el objetivo es la venta de agua a comunidades vecinas (EEUU) esnecesario asegurar un caudal + presin

En sistemas de suministro+distribucin las vlvulas se puedenemplear para repartir el caudal all donde se necesita

No muy habitual en sistemas municipales

LAS OPERACIONES POR CAUDAL, PRESIN O NIVELESESTAN LIGADAS YA QUE LOS TRES INDICADORES SEPUEDEN RELACIONAR FACILMENTE EN UN SISTEMA PORMEDIO DE LAS LEYES DE LA MECNICA DE FLUIDOS

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OPERACIN EN SITUACIONES DE EMERGENCIA

La razn por la que en sistemas grandes no se ha llegado (y probablementenunca se llegue) a una automatizacin del 100% y sin operarios es lanecesidad de responder a emergencias

Cada caso de emergencia es particular e imposible de sistematizar a priori

Por ello, se necesitan operarios para responder en tiempo real

Fuegos: Suele ser necesario poner ms bombas en marcha a fin deponer en el sistema ms caudal y presin

Rotura de conducciones: Poner en marcha reparacin y compensardesde otro punto del sistema (si se puede)

Contaminacin de agua: El operario deber cerrar vlvulas a fin deaislar alguna parte del sistema

Caidas elctricas: Suele haber que poner en marcha generadoresauxiliares diesel para que las bombas continuen operando (sto sueleser automtico)

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1. OPERACION. 1.3. Uso de SCADA

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) (tambinllamado telemetra )

Los operarios necesitan para tomar decisiones en tiempo real datos delfuncionamiento del sistema

Un sistema SCADA es un conjunto formado por

1. instrumentacin de campo2. sistema de comunicaciones

3. hardware

4. software

que permite i) MONITOREAR + ii) CONTROLAR el comportamiento de unsistema hidralico a distancia y en tiempo real

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Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)

En principio, un SCADA es aplicable a cualquier sistema que necesitamonitoreo y control a distancia en tiempo real

Por ello se puede aplicar a cualquier sistema o proceso industrial

Eso incluye otros subsistemas hidrulicos como el tratamiento de aguasresiduales o pluviales

En la distribucin de aguas, el SCADA monitorea y manda informacin a uncentro de telemando tipicamente de los siguientes parmetros

1. Niveles de los depsitos

2. Situacin de las bombas (ON/OFF, velocidad de giro)

3. Situacin de las vlvulas (grado de apertura/cierre)

4. Caudales circulantes

5. Presiones

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En muchas ocasiones, el centro de telemando donde se centraliza lainformacin dispone de pantallas tctiles que permiten efectuar maniobrasa distancia de manera intuitiva y sencilla (arrancar una bomba)

El conjunto de datos que llegan en tiempo real permite que

ADEMAS de i) MONITOREAR + ii) CONTROLAR Se puedan alamcenar datos histricos para correr y/o calibrar modelos

(EPANET)

Incipiente. Tendencia de futuro=> simular situaciones WHAT IF? quepueden revestir inters para la gestin (emergencia, sequas, cortesprogramados, nuevos usuarios potenciales..).

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El PLC1 controla caudales y el PLC2 controla niveles

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Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) (EDAR)

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SCADA. ETAP

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SCADA. EDAR

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1. OPERACION. 1.4. Estrategias de control

La American Water Works Association Research Foundation(AWWARF) realiz un estudio en mltiples sistemashidrulicos en todo EEUU(1996)

Se identificaron tres niveles principales de operacin y control

Cada uno representa un nivel creciente de automatizacin

1. CONTROL SUPERVISADO Se trata de sistemas controlados basicamente por operarios 24h/7d que se

basan en su experiencia profesional y actuan manualmente sobre loscontroles

2. CONTROL AUTOMATICO (I)

Se trata de instalaciones donde los equipos de instrumentacin y control seusan para controlar el sistema de manera automtica

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2. CONTROL AUTOMATICO (II)

Puede ser operaciones automatizadas desde la propia instalacin o portelecomando a travs del sistema

Normalmente se automatizan normas sencillas. Por ejemplo un nivel de undepsito arranca o para una bomba

Los sistemas de control automtico sin practicamente supervisin deoperarios se utiliza en sistemas pequeos (sencillos)

En sistemas ms grandes el control automtico [en lo que significa detelecontrol y telemando] suele complementarse con la gestin de operarios

3. CONTROL AVANZADO (I)

En sistemas ms grandes las normas de operacin son ms complejas y suimplementacin automatizada se basa en reglas lgicas muy sofisticadas

A tal fin se usan algoritmos genticos, redes neuronales

An poco implementado

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3. CONTROL AVANZADO (II)

Supondra la eliminacin de buena parte del personal

Ahorro importante porque los costes ms importantes soni)personal y ii)costes de bombeo

Presenta la desventaja de una apariencia de falta de control

El estudio de la AWWRF seala este hecho como el que ms ha impedido elavance hacia una mayor implantacin del CONTROL AVANZADO

4. CONTROL CENTRALIZADO O LOCAL

La mayor parte de los sistemas se pueden operar de manera centralizada olocal (en la propia instalacin)

Casi todo el tiempo el control es centralizado y en caso de emergencia ocaida de la red puede operarse localmente

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1. OPERACION. 1.4. Estrategias de control http://www.dinalan.es/

Caso del Consorcio de Aguas Bilbao-Bizkaia

VISUALIZACIN (I) El Telemando se materializa en un puesto de control con varias pantallas. En ellas se

visualiza la informacin que se recibe de una manera muy grafica e intuitiva y permiteacceder a cada uno de los puestos clave que componen la red de abastecimiento parasu manejo y control. Estos puntos se clasifican en:

ETAP o Estaciones de Tratamiento de Aguas Potables. Hay cinco plantas enlas se potabiliza: Venta Alta en Arrigorriaga, Basatxu en Barakaldo, Lekue en Galdakao,Garaizar en Durango y San Cristbal en Igorre. Entre todas al ao se tratan hasta111millones de metros cbicos.

Derivaciones.

Presas o embalses. Ullibarri-Ganboa y Santa Engracia pertenecen al sistema del

Zadorra y almacenan el 90% del agua que el Consorcio de Aguas distribuye, que secomplementa con otras aportaciones secundarias como los pantanos de Oiola, Artiba yNocedal en el sistema Kadagua; los embalses de Lekubaso y Zollo, en la cuenca delNervin-Ibaizabal; San Cristbal en Arratia; y los recursos subterrneos del monte Oizen el Duranguesado.

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VISUALIZACIN (II) Depsitos. Existe una red de 40 depsitos reguladores

Bombeos. Hay 37 bombeos de impulsin que permiten la llegada a hogares,industrias y comercios a travs de 400 kilmetros de tuberas.

Dentro de cada uno de ellos hay muchos elementos que les permiten funcionar, de

hecho el Telemando gobierna alrededor de 1.800 objetosde los que se historianpor el momento unas 1.000 seales, aunque el sistema es capaz de llegar hasta las25.000. A partir de estos datos se pueden elaborar informes que permitan disponerde un mayor conocimiento del comportamiento de la red de abastecimiento y, portanto, prever actuaciones para situaciones concretas.

La forma habitual de trabajo con el Telemando es en manera automtica,ejecutando las rdenes de forma remota a partir de la informacin recogida, pero si se

estima necesario cabe la posibilidad de pasar a manejo manual in situ, esdecir, directamente en el lugar donde se encuentra el elemento a manipular.

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COMUNICACIN (I) Uno de los ejes en los que se basa la eficacia del Telemando es la constante

comunicacin de los equipos que con forman la red con la sede central de control. Conello se consigue saber si existe algn fallo, alarma, o simplemente conocer losparmetros en los que se encuentra cada deposito, bomba, vlvula, permitiendo asactuar de forma remota sobre cualquier punto sin necesidad de contar con un operarioque realice all mismo tanto labores de verificacin o revisin, o que directamenteejecute rdenes. Por eso, el mantenimiento de una buena comunicacin es bsico parael Telemando ya que consigue ver y actuar sin estar fsicamente presente

Con esta premisa, se han actualizado las instalaciones del Telemando teniendo encuenta que esta transmisin de datos y rdenes deba garantizarse mediante laredundancia de diferentes sistemas en todos aquellos puntos en los que materialmente

fuera posible. As, se ha optado distintas formas de comunicacin: Radio

ADSL , lnea digital de alta velocidad para la transmisin de datos.

GPRS, servicio de datos mvil orientado a paquetes

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COMUNICACIN (II) No todos los medios estn en todos los puntos pero all donde ha sido posible se ha

colocado ms de uno, de manera que si la principal falla entra en funcionamiento lasecundaria con lo que la comunicacin seguir producindose sin incidenciaapreciable

De hecho, al disear el mapa de comunicacin, se detect la necesidad de construir

una nueva red de radio privada, homologada por el Ministerio correspondiente, y parala que ha sido necesario colocar dos repetidores: uno en Artxanda y el otro enArgalario

Otras de las ventajas de cara a futuro de esta nueva actualizacin del Telemando esque se trata de un sistema de fcil escalabilidad, es decir, que puede crecer e integraranuevos equipos de una manera muy sencilla

Los trabajos de diseo, creacin e implantacin han ocupado a los tcnicos de Dinalandurante 2 aos. Un proyecto realizado a travs de la modalidad llave en mano que hacontado con un presupuesto de 1,2 millones de euros distribuidos en partidas comoinstalaciones elctricas; materiales y PLCs; software y puesta en marcha

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2. MANTENIMIENTO. 2.1. Problemas ms habituales

INTRODUCCION

En comparacin con otras infraestructuras los sistemas de distribucin deagua son extremadamente fiables

No es raro encontrar tuberas que trabajan ms de 100 aos sin prdidas oroturas

Las bombas con un adecuado mantenimento pueden trabajar ms de 40aos

Las buenas prcticas de mantenimiento pueden alargar la vida til delsistema en su conjunto

Los problemas ms comunes son

1.DESGASTE NORMAL. Afecta sobre todo a las partes mviles Por ello, afecta ms a las bombas que a las tuberas

Dependiendo del tipo de bomba, el amnetnimiento rutinario puedemaximizar la vida til de la misma

Lo mismo con las partes mviles de las vlvulas

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2. CORROSION Muchas componentes de los sistemas de distribucin son metlicos Por ello, estn afectados por la corrosin

La corrosin es la base de muchos problemas:prdida de material,debilitamiento y fallo

La corrosin puede arrastrar materiales y reducir la capacidad de llevaragua as como reducir presiones

La corrosin puede empeorar la calidad del agua

3 . PRESIONES NO PREVISTAS Muchos sistemas fallan porque estn sometidos a presiones mayores que

para las que fueron diseadas Las tuberas pueden romperse al ser sometidas a presiones mayores que

las de diseo iniciales (correctas en su da) pero las tuberas y bombaspueden quedarse pequeas al ampliar el sistema inicial

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4. UNA POBRE INSTALACION Y MANUFACTURA Aunque un elemento del sistema est bien diseado puede que est

instalado o manufacturado de manera defectuosa Un caso comn de ruptura de tuberas es que est mal encajada en el lecho Si una bomba no tiene correctamente alineado su eje fallar Si un tanque no tiene un revestimento correcto, tender a corroerse ms

rapidamente

REPARACIN FRENTE A REPOSICION Es una decisin econmica

Puede tomarse en el marco de un programa de reposicin sistemticaprogramada en el tiempo que practicamente evite las reparaciones

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2. MANTENIMIENTO. 2.2. Tipos de mantenimiento

Una descripcin de mantenimiento es: Tener y conservar encondiciones seguras de uso cualquier utensilio, dispositivo,herramienta, sistema, equipo o maquinaria

1.- El Mantenimiento Predictivo Consiste en hacer revisiones peridicas (usualmente

programadas) para detectar cualquier condicin (presente ofutura) que pudiera impedir el uso apropiado y seguro deldispositivo y poder corregirla, manteniendo de sta maneracualquier herramienta o equipo en optimas condiciones deuso

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2. El Mantenimiento Preventivo Es hacer los ajustes, modificaciones, cambios, limpieza y

reparaciones (generalmente sencillos) necesarios paramantener cualquier herramienta o equipo en condicionesseguras de uso, con el fin de evitar posibles daos aloperador o al equipo mismo

3. El Mantenimiento Correctivo Es reparar, cambiar o modificar cualquier herramienta,

maquinaria o equipo cuando se ha detectado alguna falla o

posible falla que pudiera poner en riesgo el funcionamientoseguro de la herramienta o equipo y de la persona que loutiliza

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4. Los sistemas de Mantenimiento Aplicaciones informticas Suelen interactuar con sistemas de informacin geogrfica

(GIS) y SCADA

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Problema 1 Captacin: Pozo

Problema 2 Captacin: Dimetros ptimos

Problema 3 Captacin: Clculo de abastecimiento disponible

Problema 4 Suministro: Depsito elevado

Problema 5 Suministro: Conduccin equivalente

Problema 6 Suministro: Dimensionamiento de un depsito

Problema 7 Suministro: Gestin de un depsito de regulacin

Problema 8 EDAR: Clculo caudal entrante de residuales

Problema 9 EDAR: Caudal de dilucin en el medio

Problema 10 Pluviales: Conduccin de pluviales

Problema 11 Pluviales: Diseo canalizacin

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Enunciados EMSH 2011/12

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ENUNCIADOS

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1.En aguas subterrneas, el flujo se puede considerar como laminar cuando el nmerode Reynolds Re

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4. Extender la lnea de ajuste hasta el eje X (caida 0) y leer el valor r0.

Calcular T y S para un pozo del que se estn extrayendo 1000 m3/d y sobre el que se

dispone de los siguientes datos obtenidos en cinco pozos de observacin tras 3h de

bombeo a distintas distancias (Tabla 1.1).

Distancia (m) Caida nivel (m)

3 3.22

7.6 2.21

20 1.42

50 0.63

70 0.28

Tabla 1.1

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2. El abastecimiento de agua a los municipios del Duranguesado arranca del acifero deAramotz en Maaria. En este acufero existen 2 pozos, llamados Iturrieta y Amantegi,

desde los cuales se realiza el bombeo conjunto de un caudal de 290 l/s hasta la depuradora.

Desde el pozo Iturrieta, con una profundidad de 50 m se bombean 100 l/s que son

llevados por una conduccin de 850 m hasta la confluencia con el pozo Amantegi. Este,tambin tiene una profundidad de 50 m y aporta un total de 190 l/s

Desde la confluencia de ambos aportes existe una conduccin de 842 m que lleva los 290

l/s hasta la entrada de la depuradora a donde, por necesidades de operacin el agua debe

entrar con 19.3 m.c.a

Para las conducciones se dispone de tuberas de acero y la empresa contratada

presenta el presupuesto de la tabla adjunta para los distintos dimetros de tubera ya

instalada y que por tanto incluye: coste de tubera+costo de zanjas+costo de macizos+coste

de ejecucin+gastos generales +beneficio empresarial.

Se baraja la posibilidad de funcionar slo 8h diarias para aprovechar la tarifa

nocturna de 11 a 7 de la maana con lo que el kw-h resulta tener un valor de 0.07

El precio de las bombas resulta ser de 68/CV-elctrico (1 CV=0.7355 kw)y el

equipo necesario de transformacin y elctrico en 45.6/CV-elctrico. Para la instalacin

se necesita construir aproximadamente 0.3 m2/CV-elctrico y el precio del m2construido

incluidas bancadas e instalaciones es de 217.3 /m2. Para realizar los clculos ignorar el

efecto de hundimiento de nivel del acifero debido al bombeo y suponer un valor de 0.7

para el rendimiento total (balance hidralico/elctrico) de las bombas.

La duracin estimada de la instalacin (n)es de 30 aos y el tipo de inters vigente

(t)es del 5%. El factor de amortizacin anual se calcula en tanto por uno como

F.A.= t * (1-(1+t)-n)-1

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3.Determinar la relacin entre lluvia y escorrenta sabiendo que en un emplazamientoa lo largo de los aos en Sri Lanka se han registrado los siguientes valores histricos

representativos de un rea de 10 km2(Tabla 3.1) de lluvia en mm o l/m2y escorrenta

expresada como caudal medio que resbala por la superficie en cada km2.

Ao Lluvia (l/m2) Escorrentia (l/m2)

1995 1850 5001996 1800 9001997 2400 8501998 2300 14501999 2600 14002000 2900 15502001 3400 18002002 3500 24002003 2900 23502004 3800 2300

Tabla 3.1Se pide:

1. Determinar cul es la relacin entre lluvia y escorrenta media a lo largo del perodo

estudiado.

2. Cunta agua se evapora e infiltra anualmente en el subsuelo.

3. Suponiendo que se recoge la escorrenta en un lago y estimando el consumo medio

por habitante en 200 l/da, calcular a cuntas personas se podra abastecer en promedio.

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4. La ecuacin de Hazen-Williams es la ms utilizada en el diseo y evaluacin desistemas de distribucin de agua.

Q=0.278CD2.63S0.54

Q (caudal)C (coeficiente que depende del material. Tabla 4.1)

S (pendiente hidrulica mca/m)

Material conduccin C

Cemento 140

Hierro dctil

Nuevo 130

5 aos 120

20 aos 100

Hormign 130Cobre 130-140

Plastico 140-150

Acero soldado nuevo 120

Tabla 4.1.

La ecuacin de Hazen-Williams se puede reelaborar sabiendo que S=prdidas de carga

hfen mca/ longitud de la tubera en m y a partir de ah despejando

hf(mca)=0.002131L(100/C)1.85Q1.85/D4.8655

En la figura 4.2 aparece un nomograma que resuelve la ecuacin de Hazen-Williams

para C=100. Para otros valores, la tabla 4.2 muestra los factores de correccin para el

clculo de prdidas de carga.

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C K (factor de correccin a multiplicar a

las prdidas calculadas con C=100)

80 1.51

100 1

110 0.84

120 0.71130 0.62

140 0.54

Tabla 4.2.1. Se produce una captura de agua subterrnea a travs de una tubera de 14 (0.3556

m) de dimetro que se conduce por medio de una conduccin de 3200.4 m de longitud.

El caudal bombeado es de 0.08834 m3/s. Calcular las prdidas de carga cuando el

material de la tubera es de:

a) Cementob) Hierro dctil (20 aos).

2. Si a lo largo de una tubera de 200 mm de C=100 el caudal es de 30 l/s, cal es la

velocidad del flujo y las prdidas de carga unitarias?

3. El sistema hidralico de la figura 4.2, representa una sistema de abastecimiento de

agua bsico que incluye bombeo, almacenamiento elevado y un centro de carga a partir

de donde arranca el suministro (C=100). Se pide:

a) Representar el gradiante hidrulico para el sistemab) Calcular el caudal disponible en el punto B que proviene conjuntamente del

bombeo (punto A con presin en impulsin de 80 psi y cota 0) y del

almacenamiento elevado (punto C).

NOTA:1 psi = 6.895kPa. 1 in = 2.54 cm

Figura 4.2. Esquema de bombeo.

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5.Una conduccin equivalente es un conducto imaginario que reemplaza una seccin deun sistema real tal que las prdidas de carga en los dos sistemas (original e imaginario)

sean idnticas para un mismo caudal.

En el sistema de la figura 5.1., se pide reemplazar las conducciones existentes por una

una tubera equivalente de longitud de 608 m,

Para el tramo de las conducciones en paralelo, suponer que la pendiente de prdidas decarga S de la tubera equivalente es de 10 mca./1000 m. de tubera. El caudal total

circulante entre A y D es de 31.6 l/s.

NOTA:Usar nomograma de Hazen-Williams

Figura 5.1. Sistema de tuberas.

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6.En una poblacin se suministra agua a 3500 habitantes por medio de dos depsitosde 250 y 350 m3segn un esquema como el de la figura 6.1.

Figura 6.1. Suministro.

El consumos actual diario es de 1223.88 m3/da

Para tuberas de fibrocemento, Scimeni propuso la siguiente frmula semi-emprica parael clculo de las prdidas de carga

h = 9,84 10-4 (Q1,786/D4,786) L

donde

h: prdida de carga o energa (m)

Q: caudal (m3/s)

D: dimetro interno de la tubera (m)

L: longitud de la tubera (m)

En la situacin actual, el bombeo tiene lugar durante 12 h diarias para alimentar a los

depsitos con el volumen de agua total consumido en un da. El consumo horario tpico

de la poblacin sigue el siguiente patrn horario

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Horas(%)

Consumo(%)

Acumulado

1 1.5 1.52 1.6 3.13 1.4 4.54 1.5 65 2 86 2.1 10.17 5.5 15.68 5.6 21.29 5.65 26.85

10 5.7 32.5511 5.85 38.412 5.8 44.213 5.3 49.514 5.25 54.75

15 5.6 60.3516 5.7 66.0517 5.9 71.9518 5.8 77.7519 5.3 83.0520 5.25 88.321 3.8 92.122 3.7 95.823 2.05 97.8524 2.15 100

Tabla 6.1. Porcentaje del consumo total por franjas horarias.

En la situacin actual estn funcionando en paralelo una bomba grande y una pequea

con una altura manomtrica de 190 mca. Ambas funcionan con un rendimiento global

(incluido el elctrico) de 0.65.

La bomba grande tiene una potencia nominal de 73.5 kw y la pequea de 46 kw por lo

que se realiza un contrato con la compaa elctrica por un total de 128 kw elctricos.

En este contrato, la factura se desglosa como sigue:

1. El trmino de potencia es de 2/kw contratado.2. Hay 12 horas llano en las que el kw-h cuesta a 0.9. [8-10h + 14-24h]3. Hay 8 horas valle con una bonificacin del 43% respecto a las horas llano.[0-8h]4. Hay 4 horas punta en las que el kw-h cuesta un 70% respecto a las horas

llano.[10-14h] .

Debido a la poca capacidad de los depsitos, las 12 horas de bombeo coinciden con las

puntas de demanda [8h a 20h].

Se pide:

1. Representar grficamente el rgimen horario de bombeo (m3/hora del da) y depotencia.

2. Caudales bombeados a cada depsito.

3. Indicador energetico de la instalacin (kw-h/m3

bombeado).4. Factura elctrica mensual.

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Se plantea la construccin de un nuevo depsito del tamao suficiente para poder

realizar el suministro con un llenado realizado slo en horas valles a fin de optimizar la

factura elctrica. A tal fin, se utilizarn slo las dos bombas grandes que funcionando en

paralelo trabaja cada una de ellas en el nuevo circuito practicamente en el mismo punto

de funcionamiento (Hm =190 mca, Q = 66 m3

/h).

Se pide:

1. Calcular el volumen mnimo del depsito nuevo a construir.2. Calcular y representar graficamente la evolucin horaria del volumen de agua en

el depsito.

3. Factura elctrica mensual en esta nueva situacin si el contrato con la compaaelctrica es el mismo.

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7. Un depsito de regulacin proporciona agua a una poblacin de cerca de 600000personas. El depsito es alimentado con un caudal constante durante las 24h del da. La

variacin instantnea del consumo en funcin de la hora [tun valor entre 0 y 23.99] a lo

largo de un da tpico se puede modelizar de acuerdo a un polinomio de orden 12, cuyos

coeficientes se pueden ver en la tabla adjunta.

Consumo (m3/h)=a0+ai*ti [i = (1,2,12)]

Tabla 7.1

Se pide:

1. Representar graficamente la evolucin diaria del consumo2. Calcular el volumen total diario consumido, el valor medio de consumo por

habitante y da y el caudal de alimentacin al depsito.

3. Calcular el rango de caudales consumidos a lo largo del da4. El depsito tiene una base de dimetro 160 m y una altura de 9 y el suministro se

hace por gravedad desde un embalse con un caudal practicamente constante a lo

largo del da. Calcular la evolucin del nivel del depsito a lo largo de un da

caracterstico sabiendo que el nivel a las 0h es de 8 m.

5. Est bien dimensionado el depsito?

a0 1496.462393659030a1 7372.543769850110a2 -5117.266107075650a3 1694.661106111600a4 -341.567939516547a5 45.934875820963

a6 -3.558324375142a7 0.045677110158a8 0.018623813593a9 -0.001827933890a10 0.000079924063a11 -0.000001743051

a12 0.000000015371

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8. Las aguas residuales contienen slidos en flotacin y suspensin que hacenimposible el uso de caudalmetros cerrados. Por ello, las aguas residuales se transportan

a travs de canales abiertos y no conducciones forzadas. Un dispositivo habitual para la

medicin de caudales de aguas residuales a la entrada de las EDAR es el canal de

Parshall. Conocida la anchura B y la altura de lmina H medida en un depsito de

tranquilizacin por medio de una flotador, se puede estimar el caudal circulante a travsde la siguiente expresin (H y B en m):

Q (m3/s)=0.3726B(H/0.3048)1.56986B^(0.026)

Figura 8.1. Canal de Parshall

8.1. Calcular el caudal circulante si la anchura B es de 1.216 m y la altura H medida en

el pozo de tranquilizacin es de 0.4572 m.

8.2 Calcular y representar graficamente la relacin que existe entre caudal y altura para

canales de Parshall de anchura 1.216 m, 1.5 m y 2 m y alturas H entre 0.1 y 1.5 m.

NOTA:La expresin de Parshall es vlida con una anchura B en el canal de entre 0.3 y2.5 m y siempre que se produzca una cresta y el caudal no sobrenade.

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9.El conocimiento de los caudales en ros es necesario entre otras razones para realizaruna poltica de gestin ambiental del agua ya que los efluentes provenientes de aguas

residuales tratadas se vierten a ros y corrientes a fin de que se diluyan. Por ello, es

necesario conocer cules son los caudales ms bajos donde la capacidad de diluir el

efluente sin llegar a concentraciones peligrosas es ms pequea. A tal fin, se toman el

conjunto de 7 das consecutivos que en un ao tienen los caudales ms bajos, sepromedian y el valor ms bajo en 10 aos se considera la referencia para el clculo de

las diluciones obtenidas al verter un efluente a la corriente. En estas condiciones, las

concentraciones finales obtenidas tras la dilucin en la corriente no podrn superar los

lmites legales. En ingls se denomina 1-in-10 year, 7-consecutive-day low flow, es

decir caudal mnimo medio de 7 das en 10 aos.

Se dispone de los registros histricos de un ro a partir de los cuales se han calculado

para cada ao la media de los 7 das consecutivos en los que en dicho ao se han

registrado los caudales ms pequeos (Tabla 9.1). Calcular el caudal de referencia para

la dilucin de efluentes en esta corriente. Para ello, representar graficamente la curva de

caudales (eje Y) frente a la probabilidad de ser superados dichos caudales (eje X) y

posteriormente, ajustar a una recta.

NOTA:El caudal anual medio es de 5.04 m3/s

AO QMIN7D(M3/S)

1961 0.561962 0.811963 0.511964 0.971965 0.831966 1.011967 0.991968 0.761969 0.991970 1.051971 2.561972 1.431973 1.001974 1.681975 0.741976 0.85

1977 0.831978 0.841979 0.861980 1.401981 1.041982 1.67

Tabla 9.1

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10.Los colectores de aguas de lluvia estn diseados para operar como canalesabiertos, no presurizados. A tal fin, se usa la frmula de Manning

Q = n-1AR2/3S1/2

Donde Q es el caudal que circula por el canal abierto (m 3/s), n es un coeficiente derugosidad que depende del material, A es la seccin tranversal en (m2), R es el radio

hidralico en metros y S el gradiente hidralico de prdidas mca/m. n oscila entre 0.011

y 0.015 siendo 0.013 un valor habitualmente empleado.

10.1. Se tiene un colector de dimetro 450 mm que recoge las aguas de lluvia. La

profundidad de agua med

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