Informe Abastecimiento 2012-II

“DISEÑO DEL SISTEMA DE LA RED DE AGUA

POTABLE”

AUTORES :

ALVA VELASQUEZ GIANPABLO

BENDEZU CARRANZA ROBERTO

MIRANDA BLAS PAUL

QUEZADA MORILLO SAIN

VASQUEZ HERNANDEZ LUIS

DOCENTE :

ING. EDGAR SPARROW ALAMO

CURSO :

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CICLO:

“VII”

NUEVO CHIMBOTE - PERU

2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍAE.AP. INGENIERÍA CIVIL 2012-II

DISEÑO DEL SISTEMA DE LA RED DE AGUA POTABLE

I. OBJETIVOS

Hallar las presiones en cada nudo del sistema.

Verificar en el sistema que se cumpla las velocidades y presiones admisibles

según el R.N.E.

II. MARCO TEÓRICO

REDES DE DISTRIBUCIÓN.- Es el conjunto de tuberías que conduce y distribuye el

agua a los usuarios del sistema y pueden identificarse sus componentes como:

REDES MATRICES.- Las tuberías principales que conforman circuitos cerrados para

establecer un flujo uniforme del agua hacia todo el sistema.

B) REDES DE RELLENOS.- Tuberías complementarias, tributaria de las

anteriores, que llevan el agua hasta las conexiones domiciliarías de los usuarios.

ACCESORIOS.- Conformados por unidades de empalme, válvulas de aislamiento,

grifos contra incendio y conexiones domiciliarías, ocasionalmente válvulas reguladoras

de presión y/o controladores de flujo.

TIPO DE TUBERÍA

Las tuberías son elementos importantes para el sistema, por ello la selección del

material debe hacerse atendiendo a diversos factores que permitan lograr el mejor

diseño. El acontecimiento del material implica su posibilidad de utilización de acuerdo a

sus propiedades y a los riesgos que se soportaría.

Un diseño ventajoso es aquel que logra la utilización del material apropiado,

aprovechando al máximo sus características.

El R.N.E. estipula que de usarse la formula de HAZEN Y WILLIANS para el diseño de

red de distribución se tendría en cuenta los coeficientes de flujo que se establecen en

el siguiente cuadro de acuerdo al tipo de tubería:

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ING. EDGAR SPARROW ALAMO


COEFICIENTES DE FRICCIÓN “C” EN LA FORMULA DE HAZEN Y WILLIAN

Siendo la tubería un elemento sujeto a soportar presiones internas, hidrostáticas e

hidrodinámicas, resulta conveniente clasificar las distintas clases de tuberías en

función de la presión de trabajo.

De acuerdo al material empleado en su fabricación, las tuberías frecuentemente

utilizadas para la construcción de sistemas de abastecimiento de agua son:

Tuberías de Asbesto – Cemento. (No recomendado)

Tubería de Policloruro de Vinilo (P.V.C.) (Utilizado en nuestro diseño)


TIPO DE TUBERÍA C

Asbesto – cemento 140

Policloruro de Vinilo (PVC) 140

Acero sin costura 120

Acero soldado en aspiral 100

Fierro fundido 100

Fierro galvanizado 100

Concreto 110

Plástico (PVC) 140


a) Las Tuberías de Asbesto–Cemento.-

Presentan interiormente una superficie muy lisa lo cual permite usar coeficientes

de rugosidad menores y consecuentemente mayor capacidad de transporte.

Por otra parte es un material inerte a la corrosión por lo cual su utilización no se ve

afectada por la calidad del agua.

Hay que tener en cuenta que se trata de tuberías pesadas y a la vez frágiles

debiendo tener mucho cuidado en su manipulación (carga, descarga, colocación y

transporte), por lo que en situaciones de acceso difícil para el trazado de una línea

se imponen costos de transportes e instalaciones muy elevadas.

b) Tubería de Poli Cloruro de Vinilo (P.V.C.).-

Las tuberías de material plástico al igual que la de asbesto – Cemento es un

material inerte a la corrosión y presenta interiormente una superficie muy lisa. Sin

embargo es resaltante la característica más importante que es su considerable

menor peso respecto a cualquier otra; lo cual reduce enormemente los costos de

transporte e instalación cuando existen situaciones de acceso difícil.

Cabe resaltar que la experiencia en la utilización de tuberías plásticas en los

abastecimientos de agua es muy reciente y solo se refiere a la tubería de P.V.C.

en diámetros pequeños.

De acuerdo al análisis de la información adquirida y por la topografía del terreno se

ha optado por la tubería de ASBESTO – CEMENTO, con un coeficiente de fricción

de C =140.

PRESIONES DE SERVICIO

El R.N.E. nos dice que las presiones máximas y mínimas en la red de distribución

serán de 50 y 15 mca respectivamente en casos debidamente justificados.

Es importante seleccionar la presión mínima teniendo en cuenta las alturas de las

edificaciones que serán servidas. El ing. Bernardo Gómez nos presenta una formula



empírica que nos permite determinar las presiones mínimas de acuerdo al n° de pisos

de las edificaciones servidas.

P = 1.2 ( 3N + 6 )

Dónde: P = Presión mínima (m)

N = Número de pisos

Considerando edificaciones de dos pisos, para el presente trabajo se considera una

presión mínima de 15 m.c.a. y una presión máxima de 75 m.c.a. por trabajar con una

tubería de clase 7.5

ESTIMACIÓN DE DIÁMETRO

Una vez especificado o asignado los caudales a circular por cada tramo se adoptará

algunos valores referenciales de diámetros, en función de las velocidades

reglamentarias y caudales.

Se recomienda los siguientes valores.

DIÁMETRO V = 0.60 m/s V = 1.1 m/s V = 1.8 m/s

4’’

6’’

8’’

10’’

12’’

14’’

16’’

4.86

10.92

19.44

30.42

43.74

59.98

77.82

8.92

20.07

35.67

55.74

80.26

109.25

142.69

14.58

32.76

58.32

91.26

131.74

178.74

233.46



VELOCIDAD DE DISEÑO

Las velocidades no deben ser mayores de 5 m/s, (Para el proyecto se empleará

material de PVC) porque producirían deterioro en la red, ni menores de 0.60 m/s

porque producirían sedimentación en la tuberías.

CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN

Esto es:

DISEÑO DE LA RED DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

El cálculo de la red de distribución de agua potable se realizará teniendo en cuenta los

siguientes criterios:

a) Caudal de Diseño

De acuerdo con el Reglamento Nacional de Construcciones para calcular las

tuberías que trabajan a presión se debe a la formula HAZEN Y WILLIANS con los

siguientes coeficientes de rugosidad y de devoluciones (mts / seg).

* Material empleado para el proyecto: PVC


MATERIALC Vmin Vmax

Fierro fundido

Concreto

Acero

Asbesto cemento y PVC

100

110

120

140

0.6

0.6

0.6

0.6

5

3

5

5


Asimismo recordamos que para seleccionar la dotación se debe tener en cuenta la

siguiente tabla que relaciona las variables de CLIMA (templado) y POBLACIÓN

(4669 hab)

Conocida nuestra Pf y la Dotación se procede a calcular el caudal Promedio (Qp) y

con los factores de variación de consumo (RCN: 3-II-II-4), K1 y K2, se proceden a

hallar los caudales máximo horario y el máximo diario.

Donde:

K1: Coeficiente de variación diaria:

Urbano de 1.3 a 1.8 Recomendable: 1.3

Rural de 1.2 a 1.5

K2: Coeficiente de variación Horaria:

Pob. de 2000 a 10000 = 2.5

Pob. mayores de 10000 = 1.8


POBLACIÓN

Hab.

FRIO CLIMA

TEMPLADO-CALIDO

De 2000 a 10000

De 10000 a 50000

Más de 50000

120

150

200

150

200

250


b) C álculo de la Población Actual

P = 667 Lotes x 7 hab./lote = 4669 Hab.

Cálculo de los caudales para cada área tributaria de nodo .

TUBERIAS:

a) Tipo de Tubería y accesorio.-

El tipo de tubería a emplear para éste proyecto será de PVC, clase 10.

b) Presiones.-

Las presiones a someter las tuberías será a las normas constructivas que emplean

los fabricantes de las tuberías, siendo parámetros rígidos establecidos en el RNC.

c) Sistemas de Distribución.-

La red se encuentra dividida en tres partes básicas (RNC: 3-II-V-I):

Líneas de alimentación.

Tubería Troncal y Tuberías de Servicio.

Línea de Alimentación.-

Constituida por el tramo de tubería que va desde el Reservorio hasta la zona de

servicio. En nuestro caso ésta tubería tiene una longitud de 1000 mts y un

diámetro de 10’’.

Tuberías Troncal.-

Conforman la red principal de distribución debiendo en lo posible formar

circuitos cerrados.

Tuberías de Servicio.-

Son aquellas que se encuentran conectadas a los troncales y dan servicio a los

predios, conformando la malla del sistema de distribución.



El diámetro mínimo de tubería de servicio será de 75 mm en condiciones

“normales”, en condiciones “precarias” se podrá considerar un diámetro de 50 mm.

Cálculo de las Tuberías Troncales:

Para el cálculo de las tuberías se empleará el Método de Cross, mediante la utilización

del programa "Loop" que a continuación detallamos.

Para comenzar éste cálculo se debe observar que la red se encuentre conformada por

circuitos cerrados, se debe principiar por el cálculo del Área Tributaria de cada tramo

de la red que viene a ser el área de influencia del tramo de la tubería para una

determinada superficie de terreno, se empleará el Método de la Bisectriz de cada uno

de los ángulos determinados en los nudos de la red.

Cálculo Hidráulico Red en malla

Existe diferentes métodos para el cálculo hidráulico de un Sistema de Abastecimiento

de Agua, los cuales son particularmente útiles para el proceso de cálculo; pero por

considerar que su aplicación generalizada casi ha descartado a otros emplearemos el

método de Hardy Cross. Este método de cálculo supone que se han seleccionado

previamente los caudales iniciales y los diámetros en los diferentes tramos de la red,

es evidente que ella implica a la selección de datos que podría conducirnos a infinitas

soluciones satisfaciendo las condiciones preestablecidas. Para la solución más

convincente privarán criterios más que métodos que nos inducirían a ella.

CALCULO HIDRÁULICO

Existen diferentes métodos para el cálculo hidráulico de un Sistema de Abastecimiento

de Agua, los cuales son particularmente útiles para el proceso de cálculo. Pero al igual

que otros problemas de ingeniería, la utilización de las computadoras ha encontrado la

aplicación práctica que permite la realización de los cálculos con gran rapidez y

despreciables posibilidades de error.



A la fecha en base al tradicional método desarrollado por Hardy - Cross, por considerar

que su aplicación generalizada casi ha descartado a otros, existen programas como el

Loop del Banco Mundial para el Cálculo de Redes, siendo uno de los más avanzados

en éste tema. El cálculo Hidráulico de la Red planteada se realizará por dicho método.

PROGRAMA LOOP

El Loop simula las características hidráulicas de un circuito cerrado de redes de

distribución de agua. Hasta con el ingreso de 15 nudos de entradas conociéndose ya

sea la elevación del terreno o el flujo de entrada del nudo a la red (generalmente del

terreno o el flujo de entrada del nudo a la red (generalmente reservorios).

La red se caracteriza por tramos de tuberías y nudos (son los puntos de salida de

demanda y unión de tramos de tuberías.

Los datos requeridos para la ejecución del Loop incluye la descripción de los

elementos de la red, tal como longitud de tuberías, diámetros, coeficientes de fricción,

demandas, y elevación del terreno en los nudos y descripción de la geometría de la

red.

El Loop utiliza el algoritmo de HARDY -CROSS para determinar las correcciones de

flujo, que son asumidos inicialmente en los tramos de las tuberías. La corrección del

flujo se basa en el concepto de mantenimiento de continuidad del flujo en cada nudo,

Siendo la suma de las pérdidas de carga hidráulica en cada circuito cerrado de igual a

cero. Una vez que los flujos son directamente, las elevaciones o cotas de nivel de agua

en cada nudo son calculadas.

La ocasión de Hazen y Willians es usado en éste programa para calcular pérdidas de

cargas.



a) Preparación del Esquema Hidráulico

Determinación de los Circuitos de la Red.

Normalmente, se consideran las tuberías matrices o troncales principales y a las

que sirvan a las que sirvan a las zonas más densas y críticas.

Numeración de Nudos:

La fuente aductora que puede ser un pozo, un reservorio o un punto de empalme a

una tubería de aducción, llevará números que terminen en ceros, a efectos de

distinguirlos de los nudos.

Los demás nudos se numeraran correlativamente partiendo del número "1" que es

el punto de ingreso a la Red. Deberá tomarse siempre debe tener un nudo anterior

ya numerado.

El número de nudo es 57.

Numeración de Tramos:

El tramo Nº 1 es el que está comprendiendo entre la fuente y el punto de ingreso;

para numerar los demás tramos se supone un sentido para el flujo y se enumera

secuencialmente, teniendo en cuenta que siempre debe existir un tramo anterior

ya numerado.



Determinación del Caudal de Consumo en el Tramo (Qc).

Se puede determinar de dos formas, una de ellas es dividiendo el caudal de

ingreso entre a longitud total y obtendremos como resultado un caudal unitario

longitudinal (L.P.S. / ML.), si multiplicamos el caudal unitario por la longitud del

tramo, encontraremos el caudal de consumo en el tramo; la otra forma es

considerando el área de influencia correspondiente a cada tramo, empleando el

método de la bisectriz.

La sumatoria de caudales de todos los tramos deberá ser igual al caudal de

ingreso en el nudo.

Caudales de Salida en el Nudo (Qs)

El caudal de salida es igual a la sumatoria de los caudales de los tramos que

ingresan al nudo.

Cotas Topográficas de Nudos

En el esquema hidráulico deberá indicarse las cotas topográficas para cada nudo,

además de diámetros y longitudes en cada tramo.

b) Ordenamiento de Datos para el Programa y Resultados:

b.1) Con los datos del inventario y del esquema hidráulico, se elaborará, los

cuadros que determinan los caudales, los diámetros y las pérdidas de carga.

b.2) Evaluando las presiones en la Red Troncal:

De Hardy Cross obtenemos los caudales , y hf.

Del análisis de la tubería de Aducción la cota de la línea estática en iiiiiel

punto de ingreso. Para dicha evaluación tabulamos del sgte. modo:

. PD = Presión dinámica = PE - CP

. PE = Presión estática:

. CP = Cota piezometrico:



MEMORIA DE CALCULO

DISEÑO DE LA RED DE AGUA POTABLE CON EL PROGRAMA LOOP

DATOS DEL PROYECTO



CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA RED



DATOS ANALIZADOS POR EL PROGRAMA LOOP


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