UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA
NACIONAL
ESPECIALIDAD
INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA
ACUEDUCTOS Y CLOACAS
Tema
Diseño de sistema de distribución
Ing. Jesús Barraza
Sistemas de Distribución
Conjunto de elementos encargados del transporte y suministro de agua en calidad, cantidad y presión adecuada, desde los puntos de producción y/o almacenamiento hasta los centros de consumo: viviendas, comercios, industrias, hidrantes de incendio y riego
Elementos del sistema de distribución
• Tuberías.PlásticasHFAcero
PVCPEAD
• Piezas de uniónTapones
Codos.Tees
Yees
Válvulas de operación
De seccionamiento
Tomas Domiciliarias
Estanque de almacenamiento
Compuerta
Estructura encargada de suministrar agua a cada usuario del sistema
Elementos de MediciónEquipos empleados para determinar el consumo de agua de cada suscriptor del sistema
Compensan las variaciones diarias del consumo y almacenan ciertas cantidades para cubrir incendios e interrupciones.
Purgas
Elementos Especiales
HidrantesElementos empleados para extraer agua del sistema en caso de incendios, funcionan como válvulas de operación
Válvulas de control
Estaciones de Bombeo
Directo de pozos profundos a la red de distribución
Desde la red para incrementar presiones en algún sector de la red
Presión.
Caudales
TIPOS DE REDES
Se clasifican de acuerdo a:
• Forma ó Topología
1. Ramificadas o Abierta
2. Cerradas 3. Mixtas
• Funcionamiento 1. Por gravedad.2. Por bombeo contra
la red
Hierro fundido Pvc Asbesto cemento (fibrocemento)
Acero Polietileno de alta densidad (PEAD)
Tipos de Tuberías
Acero-hierro fundido ductilEs el mejor tipo de tuberíaEs capaz de soportar cientos de metros de presiónExcelente resistencia a la flexiónPara diámetros menores a 200 mm tiene un mayor costo de suministro comparado con otras tuberías.Tiene mayor costo de instalación (mayor peso)Uso en aducciones y grandes diámetros.
Asbesto Cemento (fibrocemento) ACP
Conexiones de acueductoE- espigaJA- junta automáticaB- brida
Conexiones de acueducto
Conexiones de acueducto
Conexiones de acueducto
JUNTA DRESSER
Uso de la JUNTA DRESSER Elementos estructurales donde existe juntas de construcción y hay movimiento relativo entre ellos
Colocación de Válvulas de seccionamiento.
Tienen por objetivo principal aislar tramos para dar mantenimiento al sistema o reparar tuberías rotas, sin dejar sin suministro extensos sectores.Las válvulas que se emplean con más regularidad son las de tipo compuerta.En muchas ocasiones también se emplean para operar el sistema, específicamente cuando se establecen programas de racionamiento de agua a sectores.Estas válvulas deben operar cerradas o totalmente abiertas.
valvulas
Las normas establecen que en las tuberías de distribución deben colocarse de tal manera de aislar tramos no mayores de 350 metros, cerrando un máximo de cuatro llaves.
Producto del alto costo de las válvulas, su utilización excesiva puede encarecer los costos globales de los sistema, por tanto se pueden emplear criterios que optimicen su colocación
Hidrantes de poste
Son de hierro fundidoDiámetros de la alimentación 4” y 6”
Es común en el país utilizar diámetros de 100 mm (4 plg) para abastecer tuberías que alimentan hidrantes
Variantes en tuberías de hierro, acero y Asbesto cemento
Variantes en tuberías de PVC
Toma domiciliaria
Medidor y meter yoke (base)
meter yoke y “ladron”
Caja de medidor troncoconica
Medidor montado en meter yoke
Procedimiento para el Dimensionado de la Red
• Asignación de gastos en los nodos.
• Trazado de la red de distribución.
• Selección del tipo de sistema, esto se realiza en base a la forma como se puede abastecer la futura red. • Determinación de los Gastos Medios de Diseño, de acuerdo a las dotaciones consignadas en la gaceta ó a dotaciones unitarias o globales.
• Con las dimensiones obtenidas comprobar el funcionamiento de la red para otras condiciones de flujo
• Seleccionar una condición de flujo y predimensionar la red (darle dimensiones a las tubería, diámetros comerciales)
• Balancear hidráulicamente la red
• Comprobar el cumplimiento de las normas respecto a velocidades y presiones admisibles, si no se cumplen ajustar los diámetros y volver a balancear la red.
• Determinar los costos de las diferentes alternativas para seleccionar la más económica
• Estudiar varias alternativas en cuanto a diámetros, ubicación de estanques en caso de que existieran, bombas,
Redes Ramificadas o Abiertas
Aquellas formadas por una ó varias tuberías principales de las cuales salen ramificaciones. En estas los caudales que circulan en las tuberías se calculan para un escenario de gastos y consumos dado mediante la aplicación de la ecuación de continuidad Ventajas
• Diseño y regulación posterior simple, puesto que se conocen los gastos circulante• Costo relativamente bajo Desventajas
• En caso de rupturas de tuberías, los usuarios aguas abajo del sitio de corte, quedan sin servicio• Las ampliaciones ó incrementos de consumo pueden
generar presiones muy bajas, si estos no se previeron al inicio• En los extremos de las ramificaciones se pueden originar problemas con aguas estancadas.
Redes Ramificadas o Abiertas
• Son usuales en zonas donde la topografía impide la interconexión.
• En zonas donde las características del urbanismo impiden la interconexión a través de calles y avenidas (calles ciegas).• Es típica en zonas donde el desarrollo urbano se da a lo largo de una vía (carretera)
Redes Cerradas o malladas
Constituidas por sistemas de tuberías interconectadas entre si formando figuras cerradas. En estas los caudales que circulan para un escenario de gastos y consumos dado no se pueden calcular aplicando solo la ecuación de continuidad Ventajas
• Seguridad en el suministro en caso de roturas, ya que siempre existirán por lo menos dos caminos para el suministro• No se forman zonas de aguas estancadas de larga duración, siempre existirá circulación •Menores pérdidas de carga en el sistema, lo cual genera un mayor equilibrio de las presiones en la red.Desventajas• Mayor costo•Diseño y operación mas complejo
Redes Mixtas
• Son las mas comunes y consisten en una mezcla de las abiertas y las cerradas.
Trazado en Planta de Redes de Distribución
• Disponer de un plano de conjunto para conocer con exactitud el área a servir y su relación con otras áreas vecinas, de manera de tomarlas en cuenta en caso de ser necesario.•Ubicar en el plano de conjunto los posibles sitios de alimentación del sistema a partir del acueducto principal.• Ubicar en el plano de urbanismo una toma de agua frente a cada parcela, puesto que frente a esta deberá pasar una tubería.
Trazado en Planta de Redes de Distribución
• Trazar las tuberías, paralelas a la acera y por el lado de la calle con mayor número de tomas•La tuberías siempre deben ubicarse por vías ó espacios públicos no edificables (zonas de derecho de paso). •En las calles con anchos superiores a 17 metros, se debe utilizar doble tubería de distribución• Las tuberías se colocan tratando de conservar líneas rectas entre piezas de conexión• Se permiten curvas suaves realizadas con las deflexiones que permitan las tuberías, en caso de no ser posible emplear codos
Trazado en Planta de Redes de Distribución
• Unir la tuberías tratando de mantener la mayor área posible cubierta bajo mallas.
• En caso de emplear sistemas ramificados, las longitudes de los ramales no deben exceder los 300 metros ó abastecer más de 200 viviendas. • Al final de los tramos abiertos se recomienda colocar una válvula para realizar limpieza periódica y así evitar aguas estancadas.
•No se permite hacer deflexiones usando tubos cortos (niples)
Metodologías para estimar demandas.Existen tres métodos para estimar
demandas de agua en poblaciones, a saber:
• Método 2: Extrapolación de los valores de la población y la aplicación a estas cifras de dotaciones unitarias, de acuerdo a determinados tipos de uso y actividades urbanas.
• Método 1: Extrapolación de los valores históricos de la demanda real
•Método 3: Determinación de los diferentes usos de la tierra en planos de urbanismo y aplicación a estos de las dotaciones establecidas por los organismos competentes.
Demanda Total = ( (Domestica + comercial + educacional + industrial + flotante + Pérdidas
en la red)).
Estructura de la demanda de agua para centros urbanos
Demanda Total
Demanda domésticaDemanda Público educacionalDemanda comercial y serviciosDemanda industrialDemanda flotantePérdidas en la red
DOTACIONES SANITARIAS SEGÚN GACETA OFICIAL DE LA REPUBLICA DE VENEZUELA No 4044 DEL 8-9-88
OBJETIVO
Establecer las normas a utilizar para la estimación de las dotaciones de agua que deberán emplearse al momento de diseñar un urbanismo ó para calcular las dotaciones de agua para una edificación.Comentarios de los principales artículos
Artículo 108 : Establece estrictamente que las dotaciones siempre se estimen por esta normativa, sino que se deben justificar las dotaciones asignadas mediante un análisis de los consumos realesArtículo 109: Establece las dotaciones de agua para viviendas unifamiliares y multifamiliares
Artículo 110: Establece las dotaciones correspondientes a edificaciones de uso público ó particular.
• Planteles educativos
• Centros asistenciales
Artículo 111: Establece las dotaciones para comercios.
Artículo 112: Indica las dotaciones en industrias
Dotaciones industriales según el proceso
3-400Azúcar2.8Cemento7270Alumini
o
8-80Cerveza
60-400Petroquímica
80-1000Papel1-2Plástic
os
1-35Jabón6-300AceroM3/tonProduct
os
Gasto medio Diario (Qm): Representa el gasto promedio anual de los consumos diarios usualmente se expresa en lps ó m3/seg.El Gasto medio se estima a partir de las dotaciones sanitarias en caso de disponer de un plano de urbanismo donde se especifiquen los diferentes usos de las edificaciones. El Gasto medio también se calcula a partir de dotaciones globales cuando no se dispone de un plano de urbanismo.
Variación de consumo horario
GASTO MÁXIMO HORARIO (Qmh) : Corresponde a la hora de máximo consumo del día de máximo consumo del año.
Qmh = K2 Qm
K2 = 275% Pob < 1000 habK2 = (275 – 0.75 X)% (X= Pob en miles)K2 = 200% Pob > 100000 hab
Las normas venezolanas establecen De varias investigaciones realizadas en algunas ciudades se determinó que K2 oscila entre 200 y 300% del gasto medio.
En Venezuela se adopta como valor promedio K2 =
250%
GASTO DE INCENDIO (Qinc) : Gastos destinados para combatir los incendios generados en la ciudad.
Qinc = 1.8 Qm + I
( I ) gasto destinado a cubrir el incendio en lps
Donde:
Tipo de zona I (lps)
Residencial unifamiliar de viviendas separadas
10Residencial, comercial ó mixta con 120% de área de construcción aislada, uniflia continuas
16Industrial, comercio, viviendas con áreas de mas de 120% construcción y de reuniones públicas
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Se entra con el gasto de transito de la tubería hasta estar en el rango económico y se asume el diámetroQmH= 200 lps
SELECCIÓN DE
DIAMETROS
SELECCIÓN DE
DIAMETROS
Velocidades en sistemas de distribución.
La velocidadCaudal de circulaciónDiámetros
Es Función
Velocidades altas generan:• Altas pérdidas de carga y en consecuencia necesidad de disponer mayor energía para suplir las presiones mínimas.• Ruidos molestos en las tuberías y posibles vibraciones.
Velocidades bajas generan:
•Subutilización de la tuberías producto de las bajas pérdidas de energía y por ende mayores costos.•Depósitos de materiales en las tuberías que ocasionan posibles obstrucciones o incrustaciones
Para tomar en consideración los aspectos señalados, las normas establecen velocidades limites recomendadas.
La norma venezolana vigente emplea la expresión desarrollada por Mougnie
Donde:
v = velocidad en m/sD = Diámetro de tubería en mts
Los valores comunes se resumen en la siguiente tabla
05.05.1 Dv
Diámetro Vmax Qmaxmm plg m/s lps75 3 0.70 3.05100 4 0.75 5.89150 6 0.80 14.14200 8 0.90 28.27250 10 1.00 49.09 300 12 1.10 77.75350 14 1.20 115.45
Velocidades y gastos aconsejables
Estos valores son recomendados la experiencia indica que no son rígidos se pueden tomar un rango de 30% entre valores.
El anteproyecto de normas contempla un rango de valores de velocidades para los diferentes diámetros.
Diám Vmax Qmax Diám Vmax Qmax mm m/s lps mm m/s lps 75 0.45 -0.91 2 – 4 200 0.57 – 1.15 18 - 36 80 0.90 – 1.19 4.5 – 6 250 0.73 – 1.06 36 - 52 100 0.76 – 1.02 6 – 8 300 0.78 – 1.06 55 - 75 150 0.57 -0.91 10 - 16 400 0.64 – 0.80 80 - 100
Esta tabla permite disponer de un rango de velocidades por tanto es más flexible. En los nuevos diseños es importante incluir técnicas de optimización para tener diseños más económicos.
𝐻𝑓 = 𝐽=𝛼 𝐿𝑄1,85
Perdida de carga en tuberias
∆Hdisp = Hf∑1
2
Perdida de carga en tuberías (Hf)Ecuacion de Hazem y Williams
Hf =
Hf =
Limitaciones de la ecuación de Hanzen Williams.Sólo es aplicable para Números de
Reynolds altos, es decir para la zona totalmente turbulenta que es aquella donde el Re no tiene influencia sobre el factor de fricción
Material del contorno
CHWPVC, PED 140
Acero soldado 120
Hierro galvanizado
120
ACP nuevo 110
Método de las repartición media• Una vez definida la red y determinado los gastos de consumo en los tramos, se reparten los mismos por mitad a ambos extremos de cada tramo.
• Se utiliza muy frecuentemente en urbanismos donde las parcelas tienen un uso muy bien definido y los consumos son fácilmente determinables a partir de la utilización de las dotaciones establecidas en la gaceta oficial
• el Método de la Repartición Media se pretende determinar en primera instancia la Demanda Propia que es atendido directamente por cada Tubería,
• para la obtención de la demanda en cada nodo (objetivo del método), se repartirá este caudal en partes iguales entre los nodos extremos a cada tubería.
• De esta forma, la demanda en cada nodo se corresponderá a la sumatoria del 50% de las demandas propias calculadas para cada tubería.
• En el cuadro anterior se muestra el gasto por tramo
NOTA. La parcela 6 se alimenta de la toma principal, no se incluye en las mallas
• De esta forma la Red de Distribución de Agua está configurada para iniciar el cálculo hidráulico y obtener así las presiones en Nodos y caudales en tránsito en cada tubería, para las distintas condiciones de diseño establecidas por las normas aplicables..
