Hidraulica urbama

1. Tanque de regulación
137 m
Caudal de
ingreso:
constante
en el
tiempo
Tanque de
regulación
Q
t
Q
t
Caudal de
salida:
variable
en el
tiempo

2. Tanque de regulación
2. Clasificación de los tanques

3. Tanque de regulación

4. Diseño de bomba hidráulica para elevar agua desde el tanque de
la planta de tratamiento al tanque elevado
Cuando no hay posibilidad de usar un tanque superficial o enterrado, se usa un
tanque elevado. Para hacer llegar el agua hasta el tanque elevado se usan
bombas hidráulicas.
La potencia de una bomba (en caballos de vapor, CV) se calcula con la
siguiente ecuación:
Potencia en CV =
�∗ ∗� ��
∗7
,  in Kg-f/m3
Potencia en Watts =
�∗ ∗� ��
,  in N/m3
Donde es la eficiencia de la bomba: 70 a 80% (0.4 a 0.9)
Ejemplo para proyecto
Si el caudal de agua en una tubería de hierro forjado de 200 mm de diámetro
es de Q=0.05 m3/s, calcule la potencia de la bomba . Utilice el método de
Darcy-Weissbach para calcular perdidas por friccion. Use f=0.017, Kentrada
=0.5, Kvalvula globo =5.7, Kcodo=0.64, Ksalida=1.

5. Aplicando Bernoulli:
�
+
� 2
+ + � = 2
�
+
�2
2
+ + ℎ + Ʃℎ�
− + � =
�2
2
+
�∗�2
�∗
+ h + hv−glo o + h o o +
ℎ �
� = + . ∗
.
�
�
+ . + . + ∗ . + ∗
�
�
Pero � =
�
=
.
��2/
= . �/ . Reemplazando valores:
� = . �
La potencia requerida con  =100% (verificar si esto es
apropiado):
P =
� ∗ ∗ �
= ∗ . ∗ . ∗ . = . �
= . ��.

6. Tanque de regulación

7. Tanque de regulación (NCH 691)

9. Ejemplo de calculo de volumen del tanque de abastecimiento
para un Qmax-dia= 0.133 m3/s

10. Tanque de regulación

11. Tanque de regulación

12. Ejemplo de calculo de volumen del Tanque de abastecimiento
• En la anterior clase se había calculado un volumen de regulación de:
– VR=503.69 m3 = 504 m3
• Según la norma debemos diseñar el tanque para el máximo de:
– VR + V_incendio
– VR + Volumen de reserva
• Volumen de incendio
– Para una población futura (36274 hab), la norma chilena NCH 691 determina:
V_incendio=346 m3.
• Volumen de reserva
– 2 horas de caudal máximo día = 2*3600 sec*0.133 m3/sec =957.6 m3
• Verificando:
– VR + V_incendio = 850 m3
– VR + Volumen de reserva = 1416 m3
• Adoptamos: el mayor de los volúmenes (NCH 691)

13. Red de distribución (tipos)
• Serie de tuberías y conexiones que se instalan o
localizan dentro de la calles
• El diseño depende de:
– Organización de las calles
– Topografía
• Organización irregular de calles
– Poblaciones rurales (calle/avenida central, calles
o callejones secundarios, extremos de las
tuberías son puntos de no flujo de agua).
– Red abierta
• Distribución ordenando de calles
– Permite construir circuitos cerrados de tuberías
principales
– Tuberías de relleno (secundarias) llevan el agua
a las casas
– La alimentación de agua puede realizarse desde
cualquier punto y varias direcciones
– No hay extremos muertos (mejor desde el punto
de vista hidráulico)
– Red cerrada
Red abierta
Red cerrada

14. Red de distribución (tipos de flujo)
• Flujo Mono-direccional
– El tanque de abastecimiento o la estación
de bombeo se encuentran localizado en
uno de los extremos de la red
– Única alimentación de la red
• Flujo bi-direccional
– Suministro a la red se hace desde un
tanque (o estación de bombeo) situado a
un extremo de la red
– La demanda de agua es cubierta por los dos
tanques
– Existe una tubería de distribución -
aducción desde un tanque al otro.

15. Red de distribución (Norma NCH 691)

16. Red de distribución
Captación
Aducción

17. Red de distribución (Norma NCH 691)

18. Red de distribución (Norma NCH 691)

19. Red de distribución (Norma NCH 691)

20. Calculo de la red de distribución
• De acuerdo a la norma chilena NCH 691, la red se debe
diseñar para el máximo de los siguientes valores:
– Q_max_hora
– Q_max_dia + Q_incendio
• Ejemplo:
– Q_max_hora = 0.146 m3/sec
– Q_max_dia + Q_incendio = 0.133 + 0.048 = 0.181 m3/sec
• Entonces, el caudal de diseño de la red será: 0.181 m3/sec

21. Ejemplo de red de distribución
Elevación del
tanque: 137 m

22. Ejemplo de red de distribución
9
8
7
6
5
4
2
1
3
Elevación del
tanque: 137 m

23. Criterio para calcular demandas en nodos
• Varios criterios
• Un criterio razonable: usar polígonos de Thiesen (diagramas
Voronoi) para estimar demandas en los nodos
http://cdn.intechopen.com/pdfs/40534/InTech-
Demand_allocation_in_water_distribution_network_modelling_a_gis_based_approach_using_voronoi_diagrams_with_constraints.pdf

24. Nodo 3:
0.16 l/s
1.67 l/s9
8
7
6
5
4
2
1
Ejemplo de red de distribución
Elevación del
tanque: 137 m
Área: 3000 m2
3

25. 3
1.67 l/s9
8
7
6
5
4
2
1
0.16 l/s
0.151 l/s=1000/10000*1.51
0.423/s
0.075 l/s
0.227/s
0.453 l/s 1.51 l/s
Ejemplo de calculo de caudales en nodos
1200/10000*1.51=0.181 l/s

26. EJEMPLO (!!) de red de distribución. Cada grupo deberá definir una red de acuerdo a
su criterio. NO USAR ESTA RED ya que es solo un ejemplo. Además de ello no está
diseñada correctamente ni de acuerdo a la norma chilena.

27. 9
8
7
6
5
4 3
2 1
Ejemplo de red de distribución

28. 9
8
7
6
5
4 3
2 1
Ejemplo de red de distribución

29. 9
8
7
6
5
4 3
2 1
Ejemplo de red de distribución

30. 3
1.67 l/s9
8
7
6
5
4
2
1
0.16 l/s
0.19 l/s
0.08 l/s
0.04 l/s
0.12 l/s
0.81 l/s
0.27 l/s
1.51 l/s
0.66 l/s
0.39 l/s
0.66 l/s
0.29 l/s
0.13 l/s
0.25 l/s
0.29 l/s
Ejemplo de calculo de red de distribución usando método de Hardy-Cross:
caudales iniciales en tuberias

31. 9
8
7
6
5
4
2
0.19 l/s
0.08 l/s
0.04 l/s
0.12 l/s
0.81 l/s
0.27 l/s
1.51 l/s
0.66 l/s
0.39 l/s
0.66 l/s
0.29 l/s
0.13 l/s
0.25 l/s
0.29 l/s
Ejemplo de calculo de red de distribución usando método de Hardy-Cross:
se asume una dirección de flujo (sentido de las manecillas del reloj)
• Se asume un sentido positivo de flujo.
• Calcular perdidas de carga en cada una de las tuberías.
• Calcular la corrección inicial en cada circuito.
• Se corrige esa corrección en tuberías que son comunes den dos circuitos.
• Calcular el nuevo caudal (Corregido) sumándole la anterior corrección.
• Se repite este procedimiento hasta que la corrección sea ínfima o despreciable.

32. Ejemplo de calculo de red de distribución usando método de Hardy-Cross
Iteración inicial
Iteración final
Qinicial L/s) Q EPANet (L/s) Q Hardy-Cross (L/sec)
-0.66 0.79 0.808218381
0.29 0.39 0.340247208
-0.39 -0.27 -0.251781619
-0.66 -0.54 -0.521781619
-0.29 0.32 0.387971173
-0.25 0.27 0.337971173
-0.13 0.15 0.217971173
0.29 -0.54 -0.490247208