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CAPTACION
Fuente Subterránea
DE AGUA CRUDA
RESERVORIO
RED DE DISTRIBUCION
CAPTACION
L.C. por gravedad
Línea de Impulsión
Línea de Aducción
L.C. de agua cruda
Pozo Profundo
Estación de Bombeo
Fuente superficial
PLANTA DE TRATAMIENTO
L.C. de agua tratada
L.C. por bombeo
24
Qb = ----- x Qmd
N
Qmd
Qmd
Qmd
Qmd
Qmd
Qmh
Qmd + Qci
Qmín
Qmd + Qci
Qmín
Qmh
Fuente sub -superficial
CAPTACION
DISTRIBUCION
PRODUCCION
OBRAS DE CAPTACION
OBRAS DE CONDUCCION
OBRAS DE PURIFICACION
OBRAS DE DISTRIBUCION
SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
REDES HIDRAULICAS
SISTEMA DE DISTRIBUCION
Los sistemas de distribución permiten
entregar el agua a los consumidores cuando y
donde se requiera, en la calidad, cantidad y
con una presión adecuada. Los Sistemas de
Distribución incluyen: reservorios, tuberías,
bombas, válvulas de regulación, conexiones
domiciliarias y medidores.
REDES HIDRAULICAS
Redes de distribución
Una red de distribución es el conjunto de tuberías,
accesorios y estructuras que conducen el agua
desde los reservorios hasta las conexiones
domiciliarias y grifos contra incendio públicos; con
el fin de proporcionar agua a los usuarios para
consumo doméstico, público, comercial, industrial
y para condiciones extraordinarias como el
extinguir incendios.
La red debe proporcionar este servicio todo el
tiempo, en cantidad suficiente, con la calidad
requerida y a presiones admisibles fijadas por la
normatividad vigente.
Características del Abastecimiento mediante
redes de distribución
 Tamaño de la población, densidad o dispersión de las
viviendas en la localidad.
 Condiciones socioeconómicas.
 Nivel de servicio existente en la localidad.
 Condiciones topográficas, meteorológicas e
hidrológicas que prevalecen en el área del proyecto.
 Restricciones locales de planeación (participación de
la comunidad, requerimientos institucionales, etc.).
 Criterios locales de diseño (calidad del agua, dotación
por habitante, distancias máximas, coeficientes de
variación de la demanda, presión mínima, etc.).
 Normas locales de diseño (dimensiones estándar de
tubos, tipos y capacidad de bombas, etc.).
 Materiales de construcción disponibles en la región.
 Infraestructura y fuentes de energía disponibles en la
región.
 Capacidad de fabricantes locales y de distribución de
equipos.
Componentes de una red
• Tuberías
• Accesorios
• Válvulas
– Aislamiento o seccionamiento
– Control
• Grifos contra incendio (Hidrantes)
• Reservorios
• Conexiones domiciliarias
• Rebombeos
• Cajas rompedoras de presión
Tuberías
Se llama así al conjunto de conducciones que
trabajan a presión, unidas o ensambladas
mediante accesorios en diversos puntos
denominados nudos.
Accesorios
Son elementos que se emplean para llevar a cabo
ramificaciones, derivaciones, intersecciones, cambios de
dirección, modificaciones de diámetro, uniones de tuberías
de diferente material o diámetro, y terminales de los
conductos, entre otros. Es posible formar con los accesorios
deflexiones pronunciadas e instalar válvulas y grifos
contraincendios.
Válvulas
Accesorios que se utilizan para disminuir o
evitar el flujo en las tuberías.
V. de aislamiento o seccionamiento. Separan o
cortan el flujo del resto del sistema de
abastecimiento en ciertos tramos de tuberías,
bombas y dispositivos de control.
V. de control. Regulan el gasto o la presión,
facilitan la entrada de aire o la salida de
sedimentos o aire atrapados en el sistema.
Grifos contra incendio (Hidrantes)
Conexión especial instalada en puntos
específicos de la red con el propósito de
abastecer de agua a varias familias (hidrante
público) o para conectar una manguera o una
bomba para combatir incendios (hidrante contra
incendios).
Reservorios
Depósito situado generalmente
entre la captación y la red de
distribución que tiene por objeto
almacenar el agua proveniente de la
fuente. El almacenamiento permite
regular la distribución o
simplemente prever fallas en el
suministro, o ambas funciones.
En la regulación se guarda cierto
volumen adicional de agua para
aquellas horas del día en que la
demanda en la red sobrepasa al
volumen suministrado por la fuente.
Conexiones domiciliarias
Es el conjunto de accesorios y tubería que
permite el abastecimiento desde un ramal de la
red de distribución hasta el predio del usuario,
incluye la instalación de un medidor. Es la parte
de la red que demuestra la eficiencia y calidad
del sistema de distribución pues es la que
abastece de agua directamente al consumidor.
Rebombeos
Instalaciones de bombeo que se ubican generalmente en
puntos intermedios de una conducción. Tienen el objetivo
de elevar la carga hidráulica en el punto de su ubicación
para mantener la circulación del agua en las tuberías.
Los rebombeos se utilizan en la red cuando se requiere:
•Interconexión entre tanques que abastecen diferentes
zonas.
•Transferencia de agua de una línea ubicada en partes
bajas de la red al tanque de regulación de una zona alta.
•Incremento de presión en una zona determinada
mediante rebombeo directo o “booster”.
SISTEMA EN MALLAS
Reservorio
Tubería secundaria
Tubería principal
Tubería de aducción
Mallas
Ramal
Tubería Troncal
SISTEMA RAMIFICADO
Ramal
Reservorio
Ramificaciones
Puntos muertos
Válvulas de purga
ESQUEMAS BASICOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN
Características de las redes de distribución: Esquemas básicos
Son tres posibles
configuraciones de la
red:
a) Cerrada
b) Abierta
c) Combinada o mixta
División de una red de distribución
Para determinar su funcionamiento hidráulico
una red se divide en dos partes : la red primaria,
que es la que rige el funcionamiento de la red, y
la red secundaria o “de relleno”
•REDES PRIMARIAS – TRONCALES – MATRICES - PRINCIPALES
•REDES SECUNDARIAS – RELLENO – SERVICIO LOCAL
Sirven para conducir el agua por medio de líneas troncales o principales
hacia las redes secundarias. El dimensionamiento de este tipo de redes se
hace mediante el CALCULO HIDRAULICO. (Caso de Lima: Ø 350 mm a Ø
1800 mm)
Diámetro mínimo, 100 mm. Excepcionalmente 150 mm
Forman la estructura básica del sistema y distribuye el agua propiamente hacia las
tomas domiciliarias. El dimensionamiento se realizan de acuerdo a datos
experimentales o reglamentaciones o especificaciones pre establecidas.
La red secundaria distribuye el agua propiamente
hasta las conexiones domiciliarias. Existen tres
tipos:
a) Red secundaria convencional
b) Red secundaria en dos planos
c) Red secundaria en bloques
TIPOS DE REDES SECUNDARIAS
Presiones disponibles La presión o carga hidráulica
que actúa en punto de una
tubería se define por la
diferencia entre la cota
piezométrica en este punto y la
cota del centro de la tubería.
En las redes es común manejar
las presiones con relación al
nivel de la calle, en vez de
referirlas al centro del tubo. En
este caso se les llama presiones
disponibles o libres y se
calculan para los nudos.
Presiones admisibles
El régimen de presiones de
una red depende de dos
factores:
•Necesidad del servicio
•Condiciones topográficas
de la localidad
Se admite
•Presión Máxima
•Presión Mínima
CABECERA Y
FLOTANTE
FLOTANT
E
CABECER
A
RED SECUNDARIA - TIPO CONVENCIONAL
Reservorio
LEYENDA
Tubería principal
Tubería secundaria
Válvula de seccionamiento en tubería principal
Válvula de seccionamiento en tubería secundaria
RED SECUNDARIA - TIPO EN DOS PLANOS
Reservorio
Tubería secundaria
Válvula de seccionamiento en tubería principal
Válvula de seccionamiento en tubería secundaria
Tubería principal
LEYENDA
Válvula de seccionamiento en tubería principal
Válvula de seccionamiento en tubería secundaria
LEYENDA
Tubería principal
Tubería secundaria
Reservorio
RED SECUNDARIA - TIPO EN BLOQUES CONVENCIONAL
RED SECUNDARIA - TIPO EN BLOQUES EN 2 PLANOS
Reservorio
Tubería secundaria
Válvula de seccionamiento en tubería secundaria
Válvula de seccionamiento en tubería principal
LEYENDA
Tubería principal
El Tipo de Red Secundaria recomendable: Sistema en Bloques y en dos
planos Tiene las siguientes Ventajas:
Etapa de Proyecto:
• Distribución de demandas se simplifica para las Redes Primarias
• Modelo del Cálculo Hidráulico más preciso de las Tuberías Principales
• Menor tiempo de horas hombre
• Se facilita la labor de revisión del Proyecto
Etapa de Construcción:
• Menor Tiempo en instalación de tuberías secundarias
• Se facilita las pruebas de presión hidrostática
Etapa de Operación - Mantenimiento:
• Menor número de válvulas a operar y mantener
• Natural establecimiento de distritos hidrométricos
• Sustitución de redes primarias sin afectar el servicio
• Programas de Reducción de Pérdidas
Costos de inversión
TOPOLOGÍA DE LA RED
A) Trazado de la ruta de la Red de Distribución de Agua (Red Matriz)
B) Tuberías a ser incluidas
C) Información de los elementos
D) Asignación de Elevaciones SISTEMA EN MALLAS
Reservorio
Tubería secundaria
Tubería principal
Tubería de aducción
Mallas
Ramal
Tubería Troncal
SISTEMA RAMIFICADO
Ramal
Reservorio
Ramificaciones
Puntos muertos
Válvulas de purga
Determinación de la Oferta y Demanda
Determinación de la DEMANDA
 Proyección de la Población (Censos de Población, Densidad de Saturación, Unidades
de Uso de servicios)
 Cobertura (100 %)
 Dotación de Agua: Uso Doméstico, Comercial, Industrial e Institucional - Incendios
 Pérdidas: Fugas y desperdicios (25 %)
Determinación de la OFERTA
 Estudio de las Fuentes de Agua: Fuentes de aguas superficiales y Subterráneas
DEMANDA < = OFERTA
DEMANDA - CAUDALES DE DISEÑO DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA
Consumo Máximo
Caudal máximo horario = Qmh
Consumo Contra Incendio
Caudal máximo diario + Caudal contra incendio = Qmd + Qincendio
Consumo Mínimo
Caudal mínimo = Qmín
CURVA DE VARIACIONES HORARIAS DE CONSUMO DOMESTICO
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
0:00
HORA
GASTO
(lps)
Caudal hora i
Coeficiente de variación horaria (Ki) = ----------------------
Caudal Promedio
Caudal Promedio ( Qp ) = 39 lps
Caudal Máximo ( Qmáx) = 67 lps
Hora
Coeficiente de
Variación Horaria
Caudal Horario
1:00 K1 Q1 = K1 * Qp
2:00 K2 Q2 = K2 * Qp
3:00 K3 Q3 = K3 * Qp
4:00 K4 Q4 = K4 * Qp
5:00 K5 Q5 = K5 * Qp
6:00 K6 Q6 = K6 * Qp
7:00 K7 Q7 = K7 * Qp
8:00 K8 Q8 = K8 * Qp
9:00 K9 Q9 = K9 * Qp
10:00 K10 Q10 = K10 * Qp
11:00 K11 Q11 = K11 * Qp
12:00 K12 Q12 = K12 * Qp
13:00 K13 Q13 = K13 * Qp
14:00 K14 Q14 = K14 * Qp
15:00 K15 Q15 = K15 * Qp
16:00 K16 Q16 = K16 * Qp
17:00 K17 Q17 = K17 * Qp
18:00 K18 Q18 = K18 * Qp
19:00 K19 Q19 = K19 * Qp
20:00 K20 Q20 = K20 * Qp
21:00 K21 Q21 = K21 * Qp
22:00 K22 Q22 = K22 * Qp
23:00 K23 Q23 = K23 * Qp
0:00 K24 Q24 = K24 * Qp
CONSUMO MAXIMO
Reservorio
hf = Pérdida de carga
Pmín = 10 m.c.a.
Punto de Máxima
Cota de Terreno
Línea de carga Estática
Línea de Energía Hidráulica
Presión Dinámica Mínima
CONSUMO MINIMO
Línea de Energía Hidráulica
Línea de carga Estática
Reservorio
Presión Dinámica Máxima
Pmáx = 50 m.c.a.
Cota de Terreno
Punto de Mínima
hf
Presión Estática Máxima
Pest.máx = 50 m.c.a.
Pérdida de carga
VARIABLES A CONTROLAR
Verificamos:
Presión Mínima 10 – 15 m.c.a.
Presión Máxima 50 m.c.a.
Velocidad 0.60 – 2.50 m/s
Caudal de ingreso al Sector - Macromedición
REPRESENTACIÓN DE LA RED
La red es representada como conexiones y nodos. Una conexión tiene nodo en cada extremo
Nodos o Nudos (Nodes): Uniones, tanques y reservorios
Conexiones (Links): Tubos
Nodo Nodo
Tubería
Bombas y válvulas son conexiones, pero se comportan como nodos
ESQUEMA DE UNA RED MATRIZ
LEYENDA
N-04 y N-05 Nudos
T-08 Numeración de Tramo
Q-08 Caudal del Tramo T-8
q4 y q5 Caudales de influencia de los nudos
Tramo: Segmento de
tubería, que va de nudo a
nudo, dará servicio a un
área definida. Debe llevar
una numeración correlativa
para su identificación
Nudo: Puntos de encuentro
de tramos, o de ingreso o
salida de agua, o cambio de
diámetro. Cada nudo tiene
su área de influencia. Debe
llevar una numeración
correlativa para su
identificación
CODIFICACION DE LA RED MATRIZ
Numeración de Tramo
Numeración de Nudos
Reservorio
Leyenda
PREDIMENSIONAMIENTO DE LA RED MATRIZ
Consiste en el dimensionamiento de los tramos (Diámetro). Para ello se asume que el consumo
de agua se da a través de los nudos (Caudales de Influencia).
•CALCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA DE LOS NUDOS (qi))
Gasto por unidad de lote o conexión
Gasto por unidad de longitud
Gasto por unidad de área – Método de Áreas
•CALCULO DE LOS DIAMETROS TENTATIVOS DE LOS TRAMOS
Método de la Velocidad
Método de la Gradiente
Método de la Pendiente Uniforme
A-06 A-02
A-03
A-04
A-05
A-09
A-07 A-08
q
q
q
q
q
q
2
6
4
7 8
9
q
3
q
5
Reservorio
Límite de Area
de Influencia
Red Matriz
Mediatrices
CALCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA
METODO DE AREAS
Nudo
Area de Influencia
de cada nudo (Ai)
Caudal de
Influencia (qi)
1 - -
2 A-02 q2
3 A-03 q3
4 A-04 q4
5 A-05 q5
6 A-06 q6
7 A-07 q7
8 A-08 q8
9 A-09 q9
TOTAL AT QD
AT = ∑ Ai
QD = ∑ qi
AT = ∑ Ai
qi = qu x Ai
qu = QD / AT Caudal Unitario
Area Total = Area de Servicio
Caudal de Diseño
Area Total = Area de Servicio
Caudal de Influencia del nudo "i"
CALCULO DE LOS DIAMETROS TENTATIVOS DE LOS
TRAMOS
METODO DE LA GRADIENTE
Tramo
Caudal no real del
tramo (Qi)
Diámetro tentativo del
tramo (Di) Datos de cada tramo:
1 Q1 D1 Qi Caudal no real del tramo
2 Q2 D2 C Coeficiente de fricción para la fórmula de Hazen y William
3 Q3 D3 Sh Gradiente hidráulico [2 - 5 %o]
4 Q4 D4 Asumimos: Sp 4 %o
5 Q5 D5
6 Q6 D6 Aplicando la fórmula de Hazen y William
7 Q7 D7 Di = 2.26 (Qi)0.38
Fórmula deducida de la fórmula de Hazen y William
8 Q8 D8 Di Diámetro tentativo del tramo "i" en pulgadas
9 Q9 D9 Qi Caudal no real del tramo "i" en litros/segundo
... ... ...
LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ
Conservación de masa: Ecuación de Continuidad
La suma de los gastos que entran y salen de un nudo es igual a cero
Donde:
- Qij = Caudal en el tramo ij
- qi = Demanda en el nudo i
- m = Cantidad de nudos que concurren al nudo i
- n = Cantidad es la cantidad de nudos
- Qij = 0 , si no existe conexión entre los nudos i y j
 Qij + qi = 0
j=1
m
i = 1, 2, 3, . . . . n
Nudo i
q
Q1 Q3
2
Q
i
Q1 + Q2 - Q3 + qi = 0
CALCULO HIDRAULICO DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA
 Conservación de Energía
La suma de las pérdidas de carga en los tramos de un circuito cerrado es igual a cero
- Donde:
- hfj = Pérdida de carga en el tramo ij
- m = Cantidad de tramos en el circuito
 hfj = 0
j=1
m
Para cada uno de los circuitos cerrados
1 2
3
hf12
hf23
hf13
hf12 + hf23 - hf13 = 0
LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ
FORMULAS UTILIZADAS EN EL CALCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO
EN CONDUCTOS A PRESION
1) Fórmula de Darcy - Weisbach L V 2
hf = f ------ --------
D 2 g
Donde: hf = Pérdida de carga [m]
S = Gradiente hidráulica hf/L
f = Factor de fricción [sin dimensiones]
D = Diámetro [m]
L = Longitud del tubo [m]
V = Velocidad media de flujo [m/s]
G = aceleración de la gravedad [m/s2]
k = rugosidad
Re = Número de Reynolds
Q = Caudal (m3/s)
64
f = -------
Re
1 Re f
------ = 2 log ------------
f 2,51
1 k 2,51
------ = - 2 log ------------ + -------------
f 3,71 D Re f
}
{
Poiseuille (1846). Para tubos lisos y rugosos en la zona laminar,
donde el número de Reynolds no rebasa el valor crítico 2300
Nikuradse (1920). Tubos lisos - zona turbulenta, hasta
valores de N° Reynolds = 3 x 106
Colebrock – White presentaron esta fórmula para la zona
de transición de flujo laminar a turbulento en tubos
comerciales. Diagrama de Moody.
1 3,71 D
------ = 2 log ------------
f k
Nikuradse (1920). Tubos rugosos - zona turbulenta.
hf = m Qn
L
m = 0,0827 f --------
D 5
n = 2
k /D 2,51
V = - 2 2gDS log ------------ + -------------
3,71 D 2gDS
{ }
L
hf = 0,0827 f ----- Q2
D5
FORMULAS UTILIZADAS EN EL CALCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO
EN CONDUCTOS A PRESION
2) Fórmula de Hazen - Williams
Donde:
Q = Caudal [m3/s]
Ch = Coeficiente de rugosidad [pie1/2/s]
S = hf / L = Pendiente [m/m]
hf = Pérdida de carga [m]
D = Diámetro [m]
L = Longitud de la tubería [m]
Q = 0,278531 Ch D2.63 S0.54
hf = m Qn
L
m = 10,64 -----------------
Ch
1.85 D4.87
n = 1.85
L
hf = 10,64 ----------------- Q1,85
Ch
1,85 D4,87
Q = 0,0004264 Ch D2.63 S0.54
L
hf = 1,72x106 ----------------- Q1,85
Ch
1,85 D4,87
Donde:
Q = Caudal [lts]
Ch = Coeficiente de rugosidad [pie1/2/s]
S = hf / L = Pendiente [m/km]
hf = Pérdida de carga [m]
D = Diámetro [pulg]
L = Longitud de la tubería [km]
L
m = 0,0004264 -----------------
Ch
1.85 D4.87
METODOS DE CALCULO - METODOS DE VERIFICACION
Método de Hardy Cross con corrección de caudales en los circuitos
Método de Hardy Cross con corrección de cotas piezométricas en los nudos
Método de Linealización - Teoria Lineal
Método de Newton Raphson
Método del Gradiente
METODO DE LA TEORIA LINEAL
(LINEALIZACIÓN)
Tramo Longitud
Coeficiente
de
Rugosidad
Diámetro
Caudal Inicial
(Qi)
Constante
(K'i)
Solucuión de
EcuacionesCaudal
Inicial (Qi)
Constante
(K'i)
Solucuión de
EcuacionesCaudal
Inicial (Qi)
Constante
(K'i)
Solucuión de
EcuacionesCaudal
Inicial (Qi)
T-01 L1 C D1 Qo K'1 Q1 K'1 Q1 K'1 Q1
T-02 L2 C D2 Qo K'2 Q2 K'2 Q2 K'2 Q2
T-03 L3 C D3 Qo K'3 Q3 K'3 Q3 K'3 Q3
T-04 L4 C D4 Qo K'4 Q4 K'4 Q4 K'4 Q4
T-05 L5 C D5 Qo K'5 Q5 K'5 Q5 K'5 Q5
T-06 L6 C D6 Qo K'6 Q6 K'6 Q6 K'6 Q6
T-07 L7 C D7 Qo K'7 Q7 K'7 Q7 K'7 Q7
T-08 L8 C D8 Qo K'8 Q8 K'8 Q8 K'8 Q8
Comparar hasta que sean iguales
FORMATO DE CALCULO METODO DE LINEALIZACION
1er Sistema de Ecuaciones Lineales 2do Sistema de Ecuaciones Lineales
.........
Sucesivamente
METODO DE LINEALIZACION
Q1 - Q2 - Q5 - Q6 = 0 (Nudo 1)
Q2 - Q3 = q2 (Nudo 2)
Q3 + Q4 = q3 (Nudo 3)
Q5 - Q4 - Q8 = q4 (Nudo 4)
Q7 - Q8 = q5 (Nudo 5)
K’2 Q2 + K’3 Q3 - K’4 Q4 - K’5 Q5 = 0 (Circuito 1)
K’5 Q5 - K’6 Q6 - K’7 Q7 - K’8 Q8 = 0 (Circuito 2)
Sistema de Ecuaciones Lineales
Número de Ecuaciones (NE)
Número de Tramos (NT)
Número de Nudos (NN)
Número de Circuitos NC)
NE = NT = NC + NN - 1
¿Presión?
¿Velocidad?
Cálculo Hidráulico
Métodos de Verificación
Permiten hallar el flujo real por cada tramo
Predimensionamiento de la Red
Cálculo de los diámetros de los tramos
Cálculo de:
Velocidad (V) en los tramos.
Presión (P) en los Nudos
Modelamiento del
Sistema
No
Sí
DIAGRAMA DE FLUJO DEL CALCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCÍÓN DE AGUA
Viene
Va
Programas de Cómputo
Posible Fuentes de Error del Modelo
 El coeficiente de pérdidas de carga por fricción
 El Consumo de agua
 Las pérdidas en la red
 Los niveles de agua en los tanques
 Las curvas características de las bombas
 El estado de las válvulas de cierre y de las reductoras de presión
 La esquematización de la Red
 Bolsas de aire en las líneas
 Falta de precisión en los datos
 Mal funcionamiento o inexactitud de los dispositivos para medir presión y el gasto
 Líneas cuyas dimensiones son demasiado grandes y operan como canales
PROCEDIMIENTOS DE CÓMPUTO UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE REDES DE
DISTRIBUCIÓN DE AGUA
Digitalización de los planos de agua potable
Análisis Estático de la red digitalizada.
Análisis Dinámico de la red digitalizada.
Consideran: tanques, bombeo, válvulas reductoras de presión
Edición manual de los cruceros.
Isolíneas de terreno, presión, elevación piezométrica y otros.
Manejo de un número ilimitado de tramos y nudos.
Actualización de información digitalizada, en el dibujo en AutoCAD o propio entorno gráfico.
Planeamiento contingente (¿Qué sucedería si?)
Origen Universidad de Kentucky
Estados Unidos
Aplicación Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo permanente
Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo no permanente
Calidad de Agua - Diseño
Método de solución Teoría Lineal
Entorno MS-DOS
Windows
Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques
Válvulas reductoras y sostenedoras de presión
Bombeo de velocidad fija o variable y otros.
Presentación de Resultados Por pantalla
Tablas
Gráficas
Archivos de texto
Desventaja Costo
Lenguaje de Programación Lenguaje C
Home page en Internet http://www.engr.uky.edu/CE/KYPIPE
KYPIPE - PIPE2000
Origen Enviromental Protection Agency EPA
Estados Unidos
Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente
Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente
Calidad de Agua
Método de solución Teoría Lineal
Entorno MS-DOS
Windows
Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques
Válvulas reductoras y sostenedoras de presión
Bombeo de velocidad fija o variable y otros.
Presentación de Resultados Por pantalla
Tablas
Gráficas
Archivos de texto
Ventaja Distribución Gratuita
Desventaja No diseña
Lenguaje de Programación Lenguaje C
Home page en Internet http://www.epa.gov
EPANET
H2O NET
Compañía Montgomery USA
Origen Banco Mundial
Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente
Método de solución Método de Hardy Crooss - Métod de Newton Raphson
Entorno MS-DOS
Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques
Válvulas reductoras de presión
Válvulas check
Bombeo
Presentación de Resultados Por pantalla
Tablas
Gráficas (Perfiles)
Desventaja No tiene entorno gráfico
Lenguaje de Programación Lenguaje Basic
Home page en Internet http://www.
LOOP
Origen Haestad Methods
Estados Unidos
Entorno Gráfico WaterCAD for AutoCAD - CYBERNET
WaterCAD Stand Alone
Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente
Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente
Calidad de Agua - Diseño - Calibración
Método de solución Método de la Gradiente
Entorno MS-DOS
Windows
Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques
Válvulas reductoras y sostenedoras de presión
Válvulas check, control de flujo, accesorios
Bombeo de velocidad fija o variable y otros.
Presentación de Resultados Por pantalla
Tablas
Gráficas
Archivos de texto
Desventaja Costoso
Lenguaje de Programación Lenguaje C - Autolisp
Home page en Internet http://www.haestad.com
WATERCAD
Opti Designer
EPA
Tubería a presión – Tramo
Bomba
Válvula de Control de Flujo
Válvula Reductora de Presión
Válvula Sostenedora de Presión
Unión a presión – Nudo (N)
Tanque de almacenamiento (TA)
Reservorio – Embalse – P.T.
PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA
DE BOMBEO
ESTACION
CAPTACION TANQUE
CISTERNA
ESTACION
Nivel Dinámico
Curva de
Motor
Abatimiento
Rejilla
Tubería de descarga
Nudo de ingreso
a la Red de Distribución
Nudo de ingreso
a la Red de Distribución
Bomba (Pump)
Pozo profunda
(Reservoir)
Tubería de descarga
Tubería de descarga
Tubería de
Cisterna
Nivel Dinámico
Motor
a la Red de Distribución
Nudo de ingreso
succión
succión
Tubería de
succión
Tubería de
DE BOMBEO
ESTACION
DE BOMBEO
MODELAMIENTO - BOMBA
Reservorio
X
(m)
Y
(m)
Elevación
(m)
R-1 400 900 405
Reservorio : Estructura hidráulica donde el
nivel de agua se considera constante. Con este
Prototipo se modela: Embalses, plantas de
tratamiento, captaciones,etc.
FORMATO DE DATOS DEL RESERVORIO
Tanque
Elevación
Base
(m)
Elevación
Mínima
(m)
Elevación
Inicial
(m)
Elevación
Máxima
(m)
R-1 420 420 425.00 425.00
FORMATO DE DATOS DEL TANQUE
Tanque: Estructura hidráulica donde el nivel
de agua es variable en el tiempo.
FORMATO DE DATOS DE TRAMO – TUBERÍA A PRESION
Tramo: Tubería a presión que interconecta
una estructura hidráulica con otra.
Tramo
De
Nudo
A
Nudo
Longitud
(m)
Diámetro
(mm)
Material
Coeficiente
de Friccion
T-01 R-01 N-01 800 300 PVC 140
Nudo
X
(m)
Y
(m)
Cota de
Terreno
(m)
Caudal de
Influencia
(lps)
N-01 400 900 405
N-02 0 900 400 8.40
FORMATO DE DATOS DE LOS NUDOS
Nudo: Prototipo que representa consumo o
demanda de agua o un ingreso de agua al
sistema.
FORMATO DE DATOS DE BOMBA
Bomba: Elemento hidráulico que permite
incrementar presión al sistema.
VALVULA REDUCTORA DE PRESIÓN
VRP
X
(m)
Y
(m)
Dámetro
(mm)
Elevación
(m)
Gradiente
Hidráulico
VRP-1
VRP son usadas para separar zonas de presión, estas válvulas previenen
que la presión aguas abajo excedan un nivel de presión establecida.
VSP
X
(m)
Y
(m)
Dámetro
(mm)
Elevación
(m)
Gradiente
Hidráulico
VSP-1
VSP mantiene una presión especificada aguas arriba de la válvula.
VALVULA SOSTENEDORA DE PRESIÓN

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  • 1. CAPTACION Fuente Subterránea DE AGUA CRUDA RESERVORIO RED DE DISTRIBUCION CAPTACION L.C. por gravedad Línea de Impulsión Línea de Aducción L.C. de agua cruda Pozo Profundo Estación de Bombeo Fuente superficial PLANTA DE TRATAMIENTO L.C. de agua tratada L.C. por bombeo 24 Qb = ----- x Qmd N Qmd Qmd Qmd Qmd Qmd Qmh Qmd + Qci Qmín Qmd + Qci Qmín Qmh Fuente sub -superficial CAPTACION DISTRIBUCION PRODUCCION OBRAS DE CAPTACION OBRAS DE CONDUCCION OBRAS DE PURIFICACION OBRAS DE DISTRIBUCION SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE REDES HIDRAULICAS
  • 2. SISTEMA DE DISTRIBUCION Los sistemas de distribución permiten entregar el agua a los consumidores cuando y donde se requiera, en la calidad, cantidad y con una presión adecuada. Los Sistemas de Distribución incluyen: reservorios, tuberías, bombas, válvulas de regulación, conexiones domiciliarias y medidores. REDES HIDRAULICAS
  • 3. Redes de distribución Una red de distribución es el conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua desde los reservorios hasta las conexiones domiciliarias y grifos contra incendio públicos; con el fin de proporcionar agua a los usuarios para consumo doméstico, público, comercial, industrial y para condiciones extraordinarias como el extinguir incendios. La red debe proporcionar este servicio todo el tiempo, en cantidad suficiente, con la calidad requerida y a presiones admisibles fijadas por la normatividad vigente.
  • 4. Características del Abastecimiento mediante redes de distribución  Tamaño de la población, densidad o dispersión de las viviendas en la localidad.  Condiciones socioeconómicas.  Nivel de servicio existente en la localidad.  Condiciones topográficas, meteorológicas e hidrológicas que prevalecen en el área del proyecto.  Restricciones locales de planeación (participación de la comunidad, requerimientos institucionales, etc.).
  • 5.  Criterios locales de diseño (calidad del agua, dotación por habitante, distancias máximas, coeficientes de variación de la demanda, presión mínima, etc.).  Normas locales de diseño (dimensiones estándar de tubos, tipos y capacidad de bombas, etc.).  Materiales de construcción disponibles en la región.  Infraestructura y fuentes de energía disponibles en la región.  Capacidad de fabricantes locales y de distribución de equipos.
  • 6. Componentes de una red • Tuberías • Accesorios • Válvulas – Aislamiento o seccionamiento – Control • Grifos contra incendio (Hidrantes) • Reservorios • Conexiones domiciliarias • Rebombeos • Cajas rompedoras de presión
  • 7. Tuberías Se llama así al conjunto de conducciones que trabajan a presión, unidas o ensambladas mediante accesorios en diversos puntos denominados nudos.
  • 8. Accesorios Son elementos que se emplean para llevar a cabo ramificaciones, derivaciones, intersecciones, cambios de dirección, modificaciones de diámetro, uniones de tuberías de diferente material o diámetro, y terminales de los conductos, entre otros. Es posible formar con los accesorios deflexiones pronunciadas e instalar válvulas y grifos contraincendios.
  • 9. Válvulas Accesorios que se utilizan para disminuir o evitar el flujo en las tuberías. V. de aislamiento o seccionamiento. Separan o cortan el flujo del resto del sistema de abastecimiento en ciertos tramos de tuberías, bombas y dispositivos de control. V. de control. Regulan el gasto o la presión, facilitan la entrada de aire o la salida de sedimentos o aire atrapados en el sistema.
  • 10. Grifos contra incendio (Hidrantes) Conexión especial instalada en puntos específicos de la red con el propósito de abastecer de agua a varias familias (hidrante público) o para conectar una manguera o una bomba para combatir incendios (hidrante contra incendios).
  • 11. Reservorios Depósito situado generalmente entre la captación y la red de distribución que tiene por objeto almacenar el agua proveniente de la fuente. El almacenamiento permite regular la distribución o simplemente prever fallas en el suministro, o ambas funciones. En la regulación se guarda cierto volumen adicional de agua para aquellas horas del día en que la demanda en la red sobrepasa al volumen suministrado por la fuente.
  • 12. Conexiones domiciliarias Es el conjunto de accesorios y tubería que permite el abastecimiento desde un ramal de la red de distribución hasta el predio del usuario, incluye la instalación de un medidor. Es la parte de la red que demuestra la eficiencia y calidad del sistema de distribución pues es la que abastece de agua directamente al consumidor.
  • 13. Rebombeos Instalaciones de bombeo que se ubican generalmente en puntos intermedios de una conducción. Tienen el objetivo de elevar la carga hidráulica en el punto de su ubicación para mantener la circulación del agua en las tuberías. Los rebombeos se utilizan en la red cuando se requiere: •Interconexión entre tanques que abastecen diferentes zonas. •Transferencia de agua de una línea ubicada en partes bajas de la red al tanque de regulación de una zona alta. •Incremento de presión en una zona determinada mediante rebombeo directo o “booster”.
  • 14. SISTEMA EN MALLAS Reservorio Tubería secundaria Tubería principal Tubería de aducción Mallas Ramal Tubería Troncal SISTEMA RAMIFICADO Ramal Reservorio Ramificaciones Puntos muertos Válvulas de purga ESQUEMAS BASICOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN
  • 15. Características de las redes de distribución: Esquemas básicos Son tres posibles configuraciones de la red: a) Cerrada b) Abierta c) Combinada o mixta
  • 16. División de una red de distribución Para determinar su funcionamiento hidráulico una red se divide en dos partes : la red primaria, que es la que rige el funcionamiento de la red, y la red secundaria o “de relleno”
  • 17. •REDES PRIMARIAS – TRONCALES – MATRICES - PRINCIPALES •REDES SECUNDARIAS – RELLENO – SERVICIO LOCAL Sirven para conducir el agua por medio de líneas troncales o principales hacia las redes secundarias. El dimensionamiento de este tipo de redes se hace mediante el CALCULO HIDRAULICO. (Caso de Lima: Ø 350 mm a Ø 1800 mm) Diámetro mínimo, 100 mm. Excepcionalmente 150 mm Forman la estructura básica del sistema y distribuye el agua propiamente hacia las tomas domiciliarias. El dimensionamiento se realizan de acuerdo a datos experimentales o reglamentaciones o especificaciones pre establecidas.
  • 18. La red secundaria distribuye el agua propiamente hasta las conexiones domiciliarias. Existen tres tipos: a) Red secundaria convencional b) Red secundaria en dos planos c) Red secundaria en bloques TIPOS DE REDES SECUNDARIAS
  • 19. Presiones disponibles La presión o carga hidráulica que actúa en punto de una tubería se define por la diferencia entre la cota piezométrica en este punto y la cota del centro de la tubería. En las redes es común manejar las presiones con relación al nivel de la calle, en vez de referirlas al centro del tubo. En este caso se les llama presiones disponibles o libres y se calculan para los nudos.
  • 20. Presiones admisibles El régimen de presiones de una red depende de dos factores: •Necesidad del servicio •Condiciones topográficas de la localidad Se admite •Presión Máxima •Presión Mínima CABECERA Y FLOTANTE FLOTANT E CABECER A
  • 21. RED SECUNDARIA - TIPO CONVENCIONAL Reservorio LEYENDA Tubería principal Tubería secundaria Válvula de seccionamiento en tubería principal Válvula de seccionamiento en tubería secundaria
  • 22. RED SECUNDARIA - TIPO EN DOS PLANOS Reservorio Tubería secundaria Válvula de seccionamiento en tubería principal Válvula de seccionamiento en tubería secundaria Tubería principal LEYENDA
  • 23. Válvula de seccionamiento en tubería principal Válvula de seccionamiento en tubería secundaria LEYENDA Tubería principal Tubería secundaria Reservorio RED SECUNDARIA - TIPO EN BLOQUES CONVENCIONAL
  • 24. RED SECUNDARIA - TIPO EN BLOQUES EN 2 PLANOS Reservorio Tubería secundaria Válvula de seccionamiento en tubería secundaria Válvula de seccionamiento en tubería principal LEYENDA Tubería principal
  • 25. El Tipo de Red Secundaria recomendable: Sistema en Bloques y en dos planos Tiene las siguientes Ventajas: Etapa de Proyecto: • Distribución de demandas se simplifica para las Redes Primarias • Modelo del Cálculo Hidráulico más preciso de las Tuberías Principales • Menor tiempo de horas hombre • Se facilita la labor de revisión del Proyecto Etapa de Construcción: • Menor Tiempo en instalación de tuberías secundarias • Se facilita las pruebas de presión hidrostática Etapa de Operación - Mantenimiento: • Menor número de válvulas a operar y mantener • Natural establecimiento de distritos hidrométricos • Sustitución de redes primarias sin afectar el servicio • Programas de Reducción de Pérdidas Costos de inversión
  • 26. TOPOLOGÍA DE LA RED A) Trazado de la ruta de la Red de Distribución de Agua (Red Matriz) B) Tuberías a ser incluidas C) Información de los elementos D) Asignación de Elevaciones SISTEMA EN MALLAS Reservorio Tubería secundaria Tubería principal Tubería de aducción Mallas Ramal Tubería Troncal SISTEMA RAMIFICADO Ramal Reservorio Ramificaciones Puntos muertos Válvulas de purga
  • 27. Determinación de la Oferta y Demanda Determinación de la DEMANDA  Proyección de la Población (Censos de Población, Densidad de Saturación, Unidades de Uso de servicios)  Cobertura (100 %)  Dotación de Agua: Uso Doméstico, Comercial, Industrial e Institucional - Incendios  Pérdidas: Fugas y desperdicios (25 %) Determinación de la OFERTA  Estudio de las Fuentes de Agua: Fuentes de aguas superficiales y Subterráneas DEMANDA < = OFERTA
  • 28. DEMANDA - CAUDALES DE DISEÑO DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA Consumo Máximo Caudal máximo horario = Qmh Consumo Contra Incendio Caudal máximo diario + Caudal contra incendio = Qmd + Qincendio Consumo Mínimo Caudal mínimo = Qmín CURVA DE VARIACIONES HORARIAS DE CONSUMO DOMESTICO 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 HORA GASTO (lps) Caudal hora i Coeficiente de variación horaria (Ki) = ---------------------- Caudal Promedio Caudal Promedio ( Qp ) = 39 lps Caudal Máximo ( Qmáx) = 67 lps Hora Coeficiente de Variación Horaria Caudal Horario 1:00 K1 Q1 = K1 * Qp 2:00 K2 Q2 = K2 * Qp 3:00 K3 Q3 = K3 * Qp 4:00 K4 Q4 = K4 * Qp 5:00 K5 Q5 = K5 * Qp 6:00 K6 Q6 = K6 * Qp 7:00 K7 Q7 = K7 * Qp 8:00 K8 Q8 = K8 * Qp 9:00 K9 Q9 = K9 * Qp 10:00 K10 Q10 = K10 * Qp 11:00 K11 Q11 = K11 * Qp 12:00 K12 Q12 = K12 * Qp 13:00 K13 Q13 = K13 * Qp 14:00 K14 Q14 = K14 * Qp 15:00 K15 Q15 = K15 * Qp 16:00 K16 Q16 = K16 * Qp 17:00 K17 Q17 = K17 * Qp 18:00 K18 Q18 = K18 * Qp 19:00 K19 Q19 = K19 * Qp 20:00 K20 Q20 = K20 * Qp 21:00 K21 Q21 = K21 * Qp 22:00 K22 Q22 = K22 * Qp 23:00 K23 Q23 = K23 * Qp 0:00 K24 Q24 = K24 * Qp
  • 29. CONSUMO MAXIMO Reservorio hf = Pérdida de carga Pmín = 10 m.c.a. Punto de Máxima Cota de Terreno Línea de carga Estática Línea de Energía Hidráulica Presión Dinámica Mínima CONSUMO MINIMO Línea de Energía Hidráulica Línea de carga Estática Reservorio Presión Dinámica Máxima Pmáx = 50 m.c.a. Cota de Terreno Punto de Mínima hf Presión Estática Máxima Pest.máx = 50 m.c.a. Pérdida de carga VARIABLES A CONTROLAR Verificamos: Presión Mínima 10 – 15 m.c.a. Presión Máxima 50 m.c.a. Velocidad 0.60 – 2.50 m/s Caudal de ingreso al Sector - Macromedición
  • 30. REPRESENTACIÓN DE LA RED La red es representada como conexiones y nodos. Una conexión tiene nodo en cada extremo Nodos o Nudos (Nodes): Uniones, tanques y reservorios Conexiones (Links): Tubos Nodo Nodo Tubería Bombas y válvulas son conexiones, pero se comportan como nodos
  • 31. ESQUEMA DE UNA RED MATRIZ LEYENDA N-04 y N-05 Nudos T-08 Numeración de Tramo Q-08 Caudal del Tramo T-8 q4 y q5 Caudales de influencia de los nudos Tramo: Segmento de tubería, que va de nudo a nudo, dará servicio a un área definida. Debe llevar una numeración correlativa para su identificación Nudo: Puntos de encuentro de tramos, o de ingreso o salida de agua, o cambio de diámetro. Cada nudo tiene su área de influencia. Debe llevar una numeración correlativa para su identificación
  • 32. CODIFICACION DE LA RED MATRIZ Numeración de Tramo Numeración de Nudos Reservorio Leyenda
  • 33. PREDIMENSIONAMIENTO DE LA RED MATRIZ Consiste en el dimensionamiento de los tramos (Diámetro). Para ello se asume que el consumo de agua se da a través de los nudos (Caudales de Influencia). •CALCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA DE LOS NUDOS (qi)) Gasto por unidad de lote o conexión Gasto por unidad de longitud Gasto por unidad de área – Método de Áreas •CALCULO DE LOS DIAMETROS TENTATIVOS DE LOS TRAMOS Método de la Velocidad Método de la Gradiente Método de la Pendiente Uniforme
  • 34. A-06 A-02 A-03 A-04 A-05 A-09 A-07 A-08 q q q q q q 2 6 4 7 8 9 q 3 q 5 Reservorio Límite de Area de Influencia Red Matriz Mediatrices CALCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA METODO DE AREAS Nudo Area de Influencia de cada nudo (Ai) Caudal de Influencia (qi) 1 - - 2 A-02 q2 3 A-03 q3 4 A-04 q4 5 A-05 q5 6 A-06 q6 7 A-07 q7 8 A-08 q8 9 A-09 q9 TOTAL AT QD AT = ∑ Ai QD = ∑ qi AT = ∑ Ai qi = qu x Ai qu = QD / AT Caudal Unitario Area Total = Area de Servicio Caudal de Diseño Area Total = Area de Servicio Caudal de Influencia del nudo "i"
  • 35. CALCULO DE LOS DIAMETROS TENTATIVOS DE LOS TRAMOS METODO DE LA GRADIENTE Tramo Caudal no real del tramo (Qi) Diámetro tentativo del tramo (Di) Datos de cada tramo: 1 Q1 D1 Qi Caudal no real del tramo 2 Q2 D2 C Coeficiente de fricción para la fórmula de Hazen y William 3 Q3 D3 Sh Gradiente hidráulico [2 - 5 %o] 4 Q4 D4 Asumimos: Sp 4 %o 5 Q5 D5 6 Q6 D6 Aplicando la fórmula de Hazen y William 7 Q7 D7 Di = 2.26 (Qi)0.38 Fórmula deducida de la fórmula de Hazen y William 8 Q8 D8 Di Diámetro tentativo del tramo "i" en pulgadas 9 Q9 D9 Qi Caudal no real del tramo "i" en litros/segundo ... ... ...
  • 36. LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ Conservación de masa: Ecuación de Continuidad La suma de los gastos que entran y salen de un nudo es igual a cero Donde: - Qij = Caudal en el tramo ij - qi = Demanda en el nudo i - m = Cantidad de nudos que concurren al nudo i - n = Cantidad es la cantidad de nudos - Qij = 0 , si no existe conexión entre los nudos i y j  Qij + qi = 0 j=1 m i = 1, 2, 3, . . . . n Nudo i q Q1 Q3 2 Q i Q1 + Q2 - Q3 + qi = 0 CALCULO HIDRAULICO DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA
  • 37.  Conservación de Energía La suma de las pérdidas de carga en los tramos de un circuito cerrado es igual a cero - Donde: - hfj = Pérdida de carga en el tramo ij - m = Cantidad de tramos en el circuito  hfj = 0 j=1 m Para cada uno de los circuitos cerrados 1 2 3 hf12 hf23 hf13 hf12 + hf23 - hf13 = 0 LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ
  • 38. FORMULAS UTILIZADAS EN EL CALCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESION 1) Fórmula de Darcy - Weisbach L V 2 hf = f ------ -------- D 2 g Donde: hf = Pérdida de carga [m] S = Gradiente hidráulica hf/L f = Factor de fricción [sin dimensiones] D = Diámetro [m] L = Longitud del tubo [m] V = Velocidad media de flujo [m/s] G = aceleración de la gravedad [m/s2] k = rugosidad Re = Número de Reynolds Q = Caudal (m3/s) 64 f = ------- Re 1 Re f ------ = 2 log ------------ f 2,51 1 k 2,51 ------ = - 2 log ------------ + ------------- f 3,71 D Re f } { Poiseuille (1846). Para tubos lisos y rugosos en la zona laminar, donde el número de Reynolds no rebasa el valor crítico 2300 Nikuradse (1920). Tubos lisos - zona turbulenta, hasta valores de N° Reynolds = 3 x 106 Colebrock – White presentaron esta fórmula para la zona de transición de flujo laminar a turbulento en tubos comerciales. Diagrama de Moody. 1 3,71 D ------ = 2 log ------------ f k Nikuradse (1920). Tubos rugosos - zona turbulenta. hf = m Qn L m = 0,0827 f -------- D 5 n = 2 k /D 2,51 V = - 2 2gDS log ------------ + ------------- 3,71 D 2gDS { } L hf = 0,0827 f ----- Q2 D5
  • 39. FORMULAS UTILIZADAS EN EL CALCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESION 2) Fórmula de Hazen - Williams Donde: Q = Caudal [m3/s] Ch = Coeficiente de rugosidad [pie1/2/s] S = hf / L = Pendiente [m/m] hf = Pérdida de carga [m] D = Diámetro [m] L = Longitud de la tubería [m] Q = 0,278531 Ch D2.63 S0.54 hf = m Qn L m = 10,64 ----------------- Ch 1.85 D4.87 n = 1.85 L hf = 10,64 ----------------- Q1,85 Ch 1,85 D4,87 Q = 0,0004264 Ch D2.63 S0.54 L hf = 1,72x106 ----------------- Q1,85 Ch 1,85 D4,87 Donde: Q = Caudal [lts] Ch = Coeficiente de rugosidad [pie1/2/s] S = hf / L = Pendiente [m/km] hf = Pérdida de carga [m] D = Diámetro [pulg] L = Longitud de la tubería [km] L m = 0,0004264 ----------------- Ch 1.85 D4.87
  • 40. METODOS DE CALCULO - METODOS DE VERIFICACION Método de Hardy Cross con corrección de caudales en los circuitos Método de Hardy Cross con corrección de cotas piezométricas en los nudos Método de Linealización - Teoria Lineal Método de Newton Raphson Método del Gradiente
  • 41. METODO DE LA TEORIA LINEAL (LINEALIZACIÓN)
  • 42. Tramo Longitud Coeficiente de Rugosidad Diámetro Caudal Inicial (Qi) Constante (K'i) Solucuión de EcuacionesCaudal Inicial (Qi) Constante (K'i) Solucuión de EcuacionesCaudal Inicial (Qi) Constante (K'i) Solucuión de EcuacionesCaudal Inicial (Qi) T-01 L1 C D1 Qo K'1 Q1 K'1 Q1 K'1 Q1 T-02 L2 C D2 Qo K'2 Q2 K'2 Q2 K'2 Q2 T-03 L3 C D3 Qo K'3 Q3 K'3 Q3 K'3 Q3 T-04 L4 C D4 Qo K'4 Q4 K'4 Q4 K'4 Q4 T-05 L5 C D5 Qo K'5 Q5 K'5 Q5 K'5 Q5 T-06 L6 C D6 Qo K'6 Q6 K'6 Q6 K'6 Q6 T-07 L7 C D7 Qo K'7 Q7 K'7 Q7 K'7 Q7 T-08 L8 C D8 Qo K'8 Q8 K'8 Q8 K'8 Q8 Comparar hasta que sean iguales FORMATO DE CALCULO METODO DE LINEALIZACION 1er Sistema de Ecuaciones Lineales 2do Sistema de Ecuaciones Lineales ......... Sucesivamente METODO DE LINEALIZACION Q1 - Q2 - Q5 - Q6 = 0 (Nudo 1) Q2 - Q3 = q2 (Nudo 2) Q3 + Q4 = q3 (Nudo 3) Q5 - Q4 - Q8 = q4 (Nudo 4) Q7 - Q8 = q5 (Nudo 5) K’2 Q2 + K’3 Q3 - K’4 Q4 - K’5 Q5 = 0 (Circuito 1) K’5 Q5 - K’6 Q6 - K’7 Q7 - K’8 Q8 = 0 (Circuito 2) Sistema de Ecuaciones Lineales Número de Ecuaciones (NE) Número de Tramos (NT) Número de Nudos (NN) Número de Circuitos NC) NE = NT = NC + NN - 1
  • 43. ¿Presión? ¿Velocidad? Cálculo Hidráulico Métodos de Verificación Permiten hallar el flujo real por cada tramo Predimensionamiento de la Red Cálculo de los diámetros de los tramos Cálculo de: Velocidad (V) en los tramos. Presión (P) en los Nudos Modelamiento del Sistema No Sí DIAGRAMA DE FLUJO DEL CALCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCÍÓN DE AGUA Viene Va Programas de Cómputo
  • 44.
  • 45. Posible Fuentes de Error del Modelo  El coeficiente de pérdidas de carga por fricción  El Consumo de agua  Las pérdidas en la red  Los niveles de agua en los tanques  Las curvas características de las bombas  El estado de las válvulas de cierre y de las reductoras de presión  La esquematización de la Red  Bolsas de aire en las líneas  Falta de precisión en los datos  Mal funcionamiento o inexactitud de los dispositivos para medir presión y el gasto  Líneas cuyas dimensiones son demasiado grandes y operan como canales
  • 46. PROCEDIMIENTOS DE CÓMPUTO UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA Digitalización de los planos de agua potable Análisis Estático de la red digitalizada. Análisis Dinámico de la red digitalizada. Consideran: tanques, bombeo, válvulas reductoras de presión Edición manual de los cruceros. Isolíneas de terreno, presión, elevación piezométrica y otros. Manejo de un número ilimitado de tramos y nudos. Actualización de información digitalizada, en el dibujo en AutoCAD o propio entorno gráfico. Planeamiento contingente (¿Qué sucedería si?)
  • 47. Origen Universidad de Kentucky Estados Unidos Aplicación Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo permanente Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo no permanente Calidad de Agua - Diseño Método de solución Teoría Lineal Entorno MS-DOS Windows Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques Válvulas reductoras y sostenedoras de presión Bombeo de velocidad fija o variable y otros. Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas Archivos de texto Desventaja Costo Lenguaje de Programación Lenguaje C Home page en Internet http://www.engr.uky.edu/CE/KYPIPE KYPIPE - PIPE2000
  • 48. Origen Enviromental Protection Agency EPA Estados Unidos Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente Calidad de Agua Método de solución Teoría Lineal Entorno MS-DOS Windows Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques Válvulas reductoras y sostenedoras de presión Bombeo de velocidad fija o variable y otros. Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas Archivos de texto Ventaja Distribución Gratuita Desventaja No diseña Lenguaje de Programación Lenguaje C Home page en Internet http://www.epa.gov EPANET
  • 50. Origen Banco Mundial Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente Método de solución Método de Hardy Crooss - Métod de Newton Raphson Entorno MS-DOS Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques Válvulas reductoras de presión Válvulas check Bombeo Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas (Perfiles) Desventaja No tiene entorno gráfico Lenguaje de Programación Lenguaje Basic Home page en Internet http://www. LOOP
  • 51. Origen Haestad Methods Estados Unidos Entorno Gráfico WaterCAD for AutoCAD - CYBERNET WaterCAD Stand Alone Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente Calidad de Agua - Diseño - Calibración Método de solución Método de la Gradiente Entorno MS-DOS Windows Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques Válvulas reductoras y sostenedoras de presión Válvulas check, control de flujo, accesorios Bombeo de velocidad fija o variable y otros. Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas Archivos de texto Desventaja Costoso Lenguaje de Programación Lenguaje C - Autolisp Home page en Internet http://www.haestad.com WATERCAD
  • 53.
  • 54. Tubería a presión – Tramo Bomba Válvula de Control de Flujo Válvula Reductora de Presión Válvula Sostenedora de Presión Unión a presión – Nudo (N) Tanque de almacenamiento (TA) Reservorio – Embalse – P.T. PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA
  • 56. ESTACION Nivel Dinámico Curva de Motor Abatimiento Rejilla Tubería de descarga Nudo de ingreso a la Red de Distribución Nudo de ingreso a la Red de Distribución Bomba (Pump) Pozo profunda (Reservoir) Tubería de descarga Tubería de descarga Tubería de Cisterna Nivel Dinámico Motor a la Red de Distribución Nudo de ingreso succión succión Tubería de succión Tubería de DE BOMBEO ESTACION DE BOMBEO MODELAMIENTO - BOMBA
  • 57. Reservorio X (m) Y (m) Elevación (m) R-1 400 900 405 Reservorio : Estructura hidráulica donde el nivel de agua se considera constante. Con este Prototipo se modela: Embalses, plantas de tratamiento, captaciones,etc. FORMATO DE DATOS DEL RESERVORIO
  • 58. Tanque Elevación Base (m) Elevación Mínima (m) Elevación Inicial (m) Elevación Máxima (m) R-1 420 420 425.00 425.00 FORMATO DE DATOS DEL TANQUE Tanque: Estructura hidráulica donde el nivel de agua es variable en el tiempo.
  • 59. FORMATO DE DATOS DE TRAMO – TUBERÍA A PRESION Tramo: Tubería a presión que interconecta una estructura hidráulica con otra. Tramo De Nudo A Nudo Longitud (m) Diámetro (mm) Material Coeficiente de Friccion T-01 R-01 N-01 800 300 PVC 140 Nudo X (m) Y (m) Cota de Terreno (m) Caudal de Influencia (lps) N-01 400 900 405 N-02 0 900 400 8.40 FORMATO DE DATOS DE LOS NUDOS Nudo: Prototipo que representa consumo o demanda de agua o un ingreso de agua al sistema.
  • 60. FORMATO DE DATOS DE BOMBA Bomba: Elemento hidráulico que permite incrementar presión al sistema. VALVULA REDUCTORA DE PRESIÓN VRP X (m) Y (m) Dámetro (mm) Elevación (m) Gradiente Hidráulico VRP-1 VRP son usadas para separar zonas de presión, estas válvulas previenen que la presión aguas abajo excedan un nivel de presión establecida. VSP X (m) Y (m) Dámetro (mm) Elevación (m) Gradiente Hidráulico VSP-1 VSP mantiene una presión especificada aguas arriba de la válvula. VALVULA SOSTENEDORA DE PRESIÓN