Diseño y evaluación de un sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios en un área de La Paz

Introducción

Con el objetivo de diseñar y evaluar un sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios en un área de la Paz, Carazo se desarrollaron diversos y amplios trabajos hidráulicos, los cuales a partir de estos se garantizará el funcionamiento normal del sistema que interconectará 164 viviendas, beneficiando de esta manera a 984 habitantes en el lugar.

Por tanto, se ha propuesto un sistema de tuberías que actúe bajo efecto de la gravedad, posibilitando la conducción efectiva del agua potable a cada vivienda. La metodología aplicada incluye trabajos de análisis de información, consultas a autoridades municipales en la materia de agua, así como cálculos hidráulicos y análisis de mapa apoyados de los programas de cómputo Excel avanzado; AutoCad versión 2012; y EPANET.

El sitio tiene forma irregular, seleccionado por la disponibilidad de datos, es un área de fácil acceso, zona de interés comercial e industrial, con amplio desarrollo geográfico.

Con los resultados obtenidos se contribuye al manejo y administración de la red de agua potable; la planificación física y uso adecuado del sistema de tuberías; la gestión eficiente del agua residual doméstica. Igualmente, se está cumpliendo con las normas técnica del Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA), y la generación de conocimientos actualizados y provechosos por académicos e investigadores de universidades, instituto politécnicos, entre otros. Con ello se ofrece una mayor seguridad ante problemas sanitarios serios.

El trabajo se realizó siguiendo la línea de acción relacionada con el diseño y evaluación de proyectos de agua potable y saneamiento desarrollado en la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI-IES, Sede Managua), en donde participan 03 consultores especialista en la materia referidos en la sección de la portada, y autores del presente informe. Contando por la participación efectiva y acertada del MSc. Ingeniero José Ángel Baltodano, igualmente consultor especialista en Ingeniería Sanitaria y Medio Ambiente

Criterios de diseños utilizados

A continuación se definen 10 modelos analíticos empleados para la determinación de parámetros hidráulicos que influyen en el sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios. Para los cuales fue posible obtener variados y amplios datos que explican y pronostican el comportamiento del sistema evaluado:

Resultados

• Criterios de diseños desarrollados para el Sistema de Tuberías de Alcantarillados Sanitarios

En la Tabla No 1, se presentan poco más o menos de 10 modelos hidráulicos determinados, para los cuales se muestran altos valores en la medición de longitudes de tuberías, sobretodo, en tres (03) tramos de tuberías que comprenden los pozos de visitas sanitarios, PVS5 – PVS4; PVS15 – PVS5; y PVS9 – PVS8, las cuales tienen 99,5; 98,2; y 70,7 metros de largo respectivamente. Representando el 7,2; 7,198; y 5,1823% del total evaluado (1,364 metros de tubería en todo el sistema). Siendo beneficiados en esos 03 tramos unas 37 viviendas aproximadamente, repartidas de la manera siguiente, en una 16; en otra 16; y finalmente 05 en el último caso.

Por otro lado, se indican variaciones de Caudal Promedio (Qpromedio) entre 0,03 a 1,38 litros/segundo (l/s); asimismo, valores importantes para Caudal Máximo (Qmàximo) entre 0,10 a 4,13 litros/segundo (l/s), siendo iguales que los valores de Caudales de Diseño (Qdiseño) basado en densidades de 6 habitantes/vivienda; dotaciones de 151 litros/persona-dia; factor de retorno de 0,8; y producción de agua residual estimada en 120,8 litros/persona-dia usando Factor de Harmon (FH) con valores entre 3,80 a 4,37, siendo el valor seleccionado de 3. Cabe mencionar que las longitudes propias y acumulada de las tuberías oscilan para las primeras entre 36,5 hasta 100.10 metros de largo; y en las segundas valores acumulados entre 36,8 hasta 1,259.2 metros de largo.

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

De igual manera, se han determinado valores de diámetro de la tubería del orden de 18.7 hasta 77,7 milímetros (mm), siendo el valor seleccionado de 150mm por razones estructurales y técnicas. A su vez, se han calculados Caudales a tubo lleno (Qll) entre 4,92 a 12,91 litros/segundo (l/s), para los cuales se han estimado considerando las velocidades a tubo lleno (Vll) mencionadas en el párrafo anterior, las siguientes relaciones numéricas:

• Q/Qll entre 0.01 a 0.51

• V/Vll entre 0.292 a 0.505

• d/D entre 0.092 a 0.220

• R/Rll entre 0.239 a 0.530

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

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

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

CÁLCULOS DE PARÀMETROS HIDRÁULICOS EN EL SISTEMA

• a) Vista del tratamiento de datos desarrollados.

• b) Continuación del trabajo de procesamiento de datos realizado.

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

• Diseño de la Red de tuberías de alcantarillados sanitarios Propuesto

En definitiva, en el esquema del sistema de tuberías que se presenta abajo, se muestra la ubicación de las cotas de elevación que ocupan las tuberías que componen la red, los cuales oscila entre los 686 a 694.5 metros de altura; sistema y longitudes de tuberías de distribución que se contabiliza en los 1259.2 metros lineales; 01 punto de acople; y las viviendas beneficiadas por la red de abastecimiento; así como la instalación de 21 pozos de visita sanitarios (PVS), que suministrarán agua a 164 viviendas. En color celeste, se muestra la red de tubería de alcantarillados propuesta tal como se observa en el esquema a continuación:

DISEÑO DE RED DE TUBERIAS DE ALCANTARILLADOS SANITARIOS.

Esquema No. 1. Elementos que componen la red de tuberías de alcantarillados sanitarios construidas en el área de interés a escala detalle usando AutoCad versión 2012.

Conclusiones

• Todo el sistema drena por gravedad, pero ello depende de la pendiente del terreno (= 50%); velocidad del flujo oscilando entre 0,28 a 0.73 metros/segundos; longitudes de tuberías desde 36,5 hasta 100.10 metros de largo, y demás factores, los cuales hacen que la excavación tienda a aumentar desde 30,58 hasta 141,48 metros cúbicos (m3). Cabe mencionar que hay cantidades de pozos de caída con mejoras en la pendiente.

• Debido a la topografía y la ubicación de pozos de caída se satisface y cumple con las normas del Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA), por tanto, se cumple con las normas de velocidad y diámetro de tuberías según lo que establece las regulaciones vigentes.

• Se diseño y evaluó el sistema de tuberías de alcantarillados sanitario con una configuración irregular que interconectará a las 164 viviendas dentro de la red, beneficiando de esta manera a 984 habitantes del lugar.

Recomendaciones

• Según se estime conveniente, se deberá instalar válvulas de presión en aquellos puntos de alta inestabilidad considerando los criterios de diseños aquí evaluados.

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

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

• Considerar los resultados aquí obtenidos, e incluirlos en el diseño propuestos por los constructores y urbanizadores previo a ejecutar los trabajos de construcción del sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios. De esta manera se benefician 984 personas, quienes podrán acceder a la posibilidad de interconexión desde sus viviendas con el sistema de tuberías evaluado en tiempo y forma

• Tomar en cuenta criterios de diseños desarrollados del presente trabajo y corroborarlo con las actuales normas técnicas del Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA) siguiendo las características y mediciones ajustadas a el sistema de tuberías de alcantarillados sanitarios propuesto. De ello depende el garantizar el normal funcionamiento del sistema, y el desarrollo de actividades sanitarias intrínsecas a estos dentro del área.

• Dar seguimiento y monitoreo a los trabajos de ingeniería que se realicen para evitar problemas sanitario relacionados con el sistema de tubería de alcantarillado sanitario.

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

Autor:

Tupak Ernesto Obando Rivera

Miguel Ernesto Mayorga Noguera

Emilio Ulises Silva Zamora

Revisado por:

José Ángel Baltodano

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA

Recinto Universitario Simón Bolívar

PROGRAMA DE ADMINISTRACIÒN DE UNIDADES DE SERVICIOS (UNI-PAUS)

(MANAGUA-NICARAGUA)

Managua, Marzo 2012