e 34: Supply of bathing waters that comply he EU Bathing Water Directive
3. Notes on selected questions – information regarding the further development of indicators
3.8 Previously unrecognized ecosystem services
RANGO DE POBLACION (miles de hab) N° DE GRIFOS EN USO SIMULTANEO VOLUMEN DE INCENDIO MINIMO m3 Hasta 6 1 115 > 6 a 25 2 230 > 25 a 60 3 346 > 60 a 150 5 576 > 150 6 690
c) Volumen de Reserva o Seguridad
En estos casos, se considera un volumen de reserva o seguridad equivalente a 2 horas de consumo, en el día de máximo consumo.
7.2.1.4.- Tiempo de Bombeo
Se considera un tiempo máximo de funcionamiento de los grupos motobomba de 24 horas al día, lo cual ocurre una sola vez al año, cuando se produce la demanda del día de máximo consumo.
7.2.1.5.- Volumen Pozo de Succión Plantas Elevadoras
El volumen requerido por los estanques de succión para las plantas elevadoras de agua potable, se considera equivalente a 30 minutos del caudal máximo diario de producción.
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
7.2.1.6.- Presiones Máximas y Mínimas en la Red de Distribución
La presión mínima en tuberías de distribución de agua potable, para el consumo máximo horario, de acuerdo a la norma NCh 691 Of. 98, debe ser de 1,5 kg/cm2 (15 m.c.a.) con una
pérdida de carga máxima de 5 m.c.a., en el arranque.
La presión máxima (estática y dinámica) en redes de distribución no será mayor a 7 kg/cm2 (70 m.c.a.)
La presión mínima en grifos de incendio, calculada con la superposición de consumo máximo diario más incendio, debe ser igual o mayor que 0,5 kg/cm2 (5 m.c.a.).
7.2.2.- Bases de Cálculo Obras de Alcantarillado
7.2.2.1.- Caudales de Diseño
Las expresiones de cálculo son las siguientes: a) Caudal Medio 400 . 86 * * * D R C P Qmed = En que:
Qmed = Caudal medio de aguas servidas (l/s)
P = Población aportante (hab)
D = Dotación de consumo (l/hab/día)
R = Coeficiente de recuperación
C = Cobertura
En general se adopta un coeficiente de recuperación igual a 0,8 valor normalmente utilizado para el consumo domiciliario.
b) Caudal Máximo Horario
i) Poblaciones mayores a 1.000 habitantes
Para poblaciones mayores a 1.000 habitantes, el caudal máximo se calcula con la expresión:
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
M Qmed
Qmaxh = *
En que:
Qmaxh = Caudal máximo horario (l/s)
Qmed = Caudal medio (l/s)
M = Coeficiente de Harmon
La expresión para determinar el coeficiente de Harmon es la siguiente:
P M + + = 4 14 1 En que: M = Coeficiente de Harmon P = Población (en miles de habitantes)
En el caso que la población sea mayor a 100.000 habitantes, se considera un valor de M igual a 2,0.
ii) Para poblaciones menores a la equivalente de 20 viviendas, el caudal máximo es el dado por la Boston Society of Civil Engineers.
iii) En caso que la población sea menor a 1000 habitantes y mayor que la población equivalente a 20 viviendas, se utiliza interpolación lineal entre el caudal máximo dado por la Boston Society of Civil Engineers y el dado por la expresión de Harmon para una población igual a 1000 habitantes.
c) Caudales Mínimos
Qmed Qmin = 0,6*
En que:
Qmín = Caudal Mínimo (l/s) Qmed = Caudal Medio (l/s)
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7.2.2.2.- Capacidad Hidráulica
Para determinar la capacidad de porteo de los colectores se utiliza la fórmula de Manning para escurrimiento en acueducto, cuya expresión es la siguiente:
n i R A Q * * 3 / 2 = En que: Q = Caudal porteado (m3/s) n = Coeficiente de rugosidad i = Pendiente del colector
A = Área del escurrimiento (m2)
R = Radio hidráulico (m)
De acuerdo con lo recomendado por la literatura, los valores recomendados para el coeficiente de rugosidad, según el material de la tubería son:
- Hormigón simple n = 0,013 - HDPE, PVC n = 0,011
Adicionalmente, se han considerado los criterios señalados en la Norma NCh 1105 Of.99. La capacidad máxima del colector queda definida para una altura de escurrimiento igual a 0,7 veces el diámetro de la tubería.
7.2.2.3.- Autolavado
Se verifica la condición de autolavado de los colectores de modo que tengan una velocidad mínima de escurrimiento igual a 0,6 m/s a boca llena.
7.2.2.4.- Plantas Elevadoras de Aguas Servidas
a) Equipos de bombeo
El tipo de motobomba a usar es de motor sumergido, con operación de una o más bombas en paralelo y una en stand by.
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
b) Volumen del pozo de succión
El volumen del pozo de succión de la planta elevadora de aguas servidas se dimensiona de modo que las bombas tengan un máximo de 6 ciclos por hora, es decir, ciclos de duración máxima de 10 minutos. 10 ciclos, 6 minutos
El volumen mínimo necesario es igual a:
4 * T
Qb
V =
En que:
V = Volumen del pozo (m3) Qb = Caudal de bombeo (m3/s)
T = Tiempo de ciclo (360 s)
7.3.- Criterios de Diseño Hidráulico
7.3.1.- Cálculo de Pérdidas de Carga
a) Pérdidas de Carga Friccionales
Las pérdidas de carga friccionales se evalúan según la fórmula de Hazen-Williams, cuya expresión es la siguiente: 85 , 1 87 , 4 85 , 1 * 67 , 10 C D Q Jf = Donde:
Jf = Pérdida de carga unitaria (m/m) Q = Caudal de porteo (m3/s)
D = Diámetro interior de la tubería (m) C = Coeficiente de rugosidad Los valores adoptados para el coeficiente de rugosidad son: - Cañería de acero y Hierro Dúctil : C =110 - Cañería de PVC, HDPE : C =150
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
Cabe destacar que los valores de C han sido estimados de acuerdo con recomendaciones de la literatura especializada y antecedentes aportados por fabricantes de cañerías.
b) Pérdidas de Carga Singulares
Las pérdidas singulares, se considerarán equivalentes al 5% de las pérdidas de carga friccionales.
7.3.2.- Cálculo de Transientes Hidráulicos
Se deben instalar dispositivos amortiguadores del golpe de ariete para controlar las sobrepresiones y subpresiones en impulsiones. De preferencia se instalan estanques hidroneumáticos.
7.3.3.- Condiciones de Operación
Se consideran las siguientes condiciones de operación en impulsiones:
a) Condición de operación normal
- Línea de impulsión : Presión dinámica de trabajo b) Condición eventual
- Línea de impulsión : Presión dinámica de trabajo más golpe de ariete 7.3.4.- Ventosas
Se consulta la instalación de ventosas aerocinéticas de triple efecto en la línea, con los siguientes objetivos:
- Facilitar la salida de aire acumulado durante la operación de la línea, producto de la liberación normal del aire disuelto en el agua por efecto de: variación de temperatura y presión, turbulencias, entrada de aire en puntos de succión, etc.
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
- Facilitar la entrada de aire durante el vaciado de la tubería, de modo de evitar el colapso de la línea por vacío.
- Facilitar la salida de aire durante el llenado de la línea.
Cabe destacar que el aire dentro de las tuberías es extremadamente perjudicial y destructivo, ya que:
- Produce corrosión en cañerías de acero no protegidas interiormente. - Genera cavitación y por ende erosión en las cañerías y piezas especiales. - Produce vibraciones indeseadas en la línea.
- Reduce la capacidad de la conducción.
Las ventosas se instalan a lo largo del trazado de la línea, cada 500 m. de acuerdo a lo siguiente:
d = 80 mm si D ≤ 600 mm d = 100 mm si 600 < D ≤ 900 mm d = 200 mm si D > 900 mm
Las ventosas incluirán una válvula de corte para su desmontaje. Se instalan en cámaras, las que deben tener ventilación adecuada.
7.3.5.- Desagües
Los desagües se consideran cada 2.000 m. de acuerdo a lo siguiente: d = 100 mm si D ≤ 500 mm
d = 200 mm si 500 < D ≤ 1000 mm d = 250 mm si D > 1000 mm
7.4.- Criterios de Diseño Estructurales de Cañerías
7.4.1.- Cálculo de Espesores de las Tuberías
a) El espesor de las cañerías de acero se calcula según la relación de Barlow, cuya expresión es la siguiente: c e f f OD P e + − = ) 1 ( * * * * 2 * τ η σ Donde:
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
e = Espesor mínimo de la tubería (mm)
P = Presión máxima de trabajo de la tubería (Kg/cm2)
OD = Diámetro exterior de la tubería (mm)
f = Factor dependiente del tipo de operación en la línea Para operación normal f =0,50
Para operación eventual f =0,75 σf = Tensión de fluencia del acero (kg/cm2)
η = Factor de eficiencia de soldadura
τ = Tolerancia mínima del espesor de la plancha de acero ec = Sobre espesor por corrosión
b) En el caso de tuberías de PVC Y HDPE, la clase es determinada según la presión (P) máxima en la línea:
Se usa PVC CL 10 para P < 7 Kg/cm2 (se deja holgura para sobre presiones)
Se usa HDPE Clase PN 10, para 7 kg/cm²< P < 10 kg/cm² HDPE Clase PN 16, para 10 kg/cm² < P < 16 kg/cm²
7.4.2.- Verificación de Tuberías ante Cargas Externas
Debido a que las tuberías de acero, PVC y HDP, tienen un comportamiento elástico ante solicitaciones externas, se verifica que la deformación máxima sea inferior al 5% del diámetro del tubo.
Las cargas a considerar son: - Cargas de terreno - Cargas vehiculares
Las cargas de terreno son evaluadas según la teoría de Marston y para las vehiculares se considera los valores de carga determinados por la Norma ISO 2785/74 camión HT-30.
Para el cálculo de la deflexión se usa la fórmula determinada por Watkins y Spangler cuya expresión es:
) '* * 061 , 0 * * ( 3 3 r E l E Wr K Dt + = ∆χ Donde:
∆x = Deflexión horizontal de la tubería
Dt = Factor de corrección de largo plazo
K = Factor de encamado
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
r = Radio medio del tubo
E = Módulo de elasticidad del material del tubo
I = Momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud E’ = Módulo de reacción del suelo.
Finalmente, se verifica el pandeo de la tubería por alternancia de cargas (Buckling). 7.5.- Criterios de Diseño Obras Eléctricas
7.5.1.- Normas
El diseño de los sistemas eléctricos y la fabricación de equipos y materiales deberá estar de acuerdo con la edición más reciente de las siguientes normas.
- Norma Chilena NCh - National Electric Code (NEC)
- International Electrical Commission (IEC)
7.5.2.- Condiciones de Trabajo
Los equipos, materiales y los diseños que se utilizan, consideran las condiciones ambientales, de servicio y de emplazamiento bajo las cuales trabajan normalmente y que se describen a continuación.
a) Condiciones de Servicio
Los equipos e instalaciones se consideran para trabajo pesado y servicio continuado durante 24 horas diarias y 365 días al año.
b) Sistema Eléctrico
Las instalaciones eléctricas se alimentan desde la red pública de distribución. 7.5.3.- Niveles de Voltaje
Los niveles de voltaje que se utilizan en general son: - Alta Tensión : 12 kV, 50 Hz, 3 fases, en Delta.
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- Baja Tensión Fuerza : 380 Volts, 3 fases, 50 Hz, con estrella conectada a tierra. - Control : 220 Volts, 50 Hz, 1 fase.
- I/O de PLC : 24 Volts, 50 Hz, 1 fase. 7.5.4.- Transformadores
Las subestaciones que sea necesario instalar son del tipo Pad Mounted para montaje a la intemperie. Los transformadores que se especifican son en aceite y con estanque sellado, de dos enrollados, con aumento de temperatura 55/65°C, con cambiador de tomas de operación manual y sin carga. Son del tipo OA, es decir refrigerados por aire natural.
Estos equipos se especifican de acuerdo a la norma nacional. 7.6.- Criterios de Diseño Automatización y Control
7.6.1.- Filosofía de Control
a) Alcances
La Filosofía de Control está orientada a una operación eficiente de los sistemas de agua potable y de aguas servidas y debe cumplir con los siguientes requisitos:
- Cumplir con las especificaciones de calidad del producto a controlar. - Controlar el proceso al menor costo posible.
- La operación debe cumplir con las Disposiciones y Normativas pertinentes (SEC, SUBTEL, Empresas Telefónicas, entre otras).
La implantación de una filosofía de control debe permitir que para el funcionamiento normal del sistema, no se requiera la presencia de personal permanente en los recintos, y a la vez garantice el abastecimiento seguro para todas las condiciones de demanda, tanto en los sistemas de agua potable como de alcantarillado.
b) Contenido de la Filosofía de Control
Se consideran como mínimo los siguientes aspectos: - Estrategia de Control
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
- Elementos monitoreados - Indicadores locales
- Sistema de partida/parada equipos - Señales y sistemas de emergencia - Filosofía de Operación del Sistema
- Definición de los subsistemas (abastecimiento, impulsiones, regulación, etc). - Proposición de funcionamiento del sistema.
- Simulación de los subsistemas frente a distintas condiciones operativas y de emergencia.
- Definición de control del sistema en condiciones de falla de pérdidas de señal.
7.6.2.- Niveles de Supervisión y Control
El diseño de los sistemas de automatización y control, estará compuesto por cuatro niveles de supervisión y control, a saber:
- Nivel 1 : Interfaz con el proceso. - Nivel 2 : Control local
- Nivel 3 : Entradas y salidas (E/S) del sistema de automatización y control centralizado.
- Nivel 4 : Supervisión y control centralizado.
a) Interfaz con el Proceso
Este nivel estará constituido básicamente por sensores e interruptores de límite y dispositivos de alarma e indicación local, cuyo funcionamiento será independiente de los demás niveles de control.
b) Control Local
Este nivel de control local estará constituido por los dispositivos de control local que permiten comandar manual y automáticamente los equipos que forman parte de las plantas de agua potable y de aguas servidas, según sea el caso de análisis.
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c) E/S del Sistema de Automatización y Control (Unidad Inteligente Central)
Este nivel estará constituido por unidades de lógica programables (PLC), los que contienen a lo menos las entradas y salidas para las variables a controlar, más las de reserva.
Los controladores de lógica programable de este nivel de control, contienen toda la lógica necesaria para la operación automática de cada una de las plantas de agua potable y de aguas servidas, no obstante lo anterior, su acción siempre respetará los bloques del sistema de control local (falla de bomba, alto nivel de estanque, alto nivel de pozo de acumulación, etc).
d) Supervisión y Control Centralizado
Estará compuesto por una interfaz hombre máquina que permitirá controlar y supervisar las plantas de agua potable y de aguas servidas según sea el caso. Dicha interfaz será capaz de representar gráficamente las variables del proceso y emitir funciones de mando que permitan arrancar o detener bombas. El centro de control local podrá alimentar un centro de control remoto mediante transmisión de señales vía radio o cable telefónico. La alternativa de implementar un control a distancia, dependerá del tamaño e importancia de la instalación.
7.6.3.- Sala de Operación y Control
En la sala de operación y control se ubican los equipos principales del Sistema de Automatización y otros que la obra requiera, procurando que se mantengan condiciones óptimas de operación de los equipos.
Los equipos principales del Sistema de Automatización, tales como PLC, Panel de Control, Panel de Relés y Terminales, Interfaz de Operación y Equipos de Comunicación, deben ser capaces de controlar todas las variables de entrada/salida requeridas en el proceso.
7.6.4.- Telemetría en Modelamiento
Para el modelamiento de los sistemas de Lo Aguirre se ha considerado el siguiente estándar de servicio de Telemetría:
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CUADRO N° 7.3
ESTANDAR DE SERVICIO DE TELEMETRÍA