SEMINARIOSEMINARIO

DISEÑO DE DISEÑO DE SISTEMAS DE SISTEMAS DE

ABASTECIMIENTO ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLEDE AGUA POTABLE

EXPOSITOR : INGº CIVIL VIA Y RADA VALLADOLID, FLAVIO J.EXPOSITOR : INGº CIVIL VIA Y RADA VALLADOLID, FLAVIO J.

DISTRIBUCION GLOBAL DEL AGUADISTRIBUCION GLOBAL DEL AGUADel total de agua de la Tierra, 1,386 millones de kilómetros cúbicos (332.5 millones Del total de agua de la Tierra, 1,386 millones de kilómetros cúbicos (332.5 millones de millas cúbicas), alrededor de un 96 por ciento, es agua salada. Del agua dulce de millas cúbicas), alrededor de un 96 por ciento, es agua salada. Del agua dulce total, un 68 por ciento está confinada en los glaciares y la nieve. Un 30 por ciento total, un 68 por ciento está confinada en los glaciares y la nieve. Un 30 por ciento del agua dulce está en el suelo. Las fuentes superficiales de agua dulce, como lagos del agua dulce está en el suelo. Las fuentes superficiales de agua dulce, como lagos y ríos, solamente corresponden a unos 93,100 kilómetros cúbicos (22,300 millas y ríos, solamente corresponden a unos 93,100 kilómetros cúbicos (22,300 millas cúbicas), lo que representa un 1/150 del uno por ciento del total del agua. A pesar cúbicas), lo que representa un 1/150 del uno por ciento del total del agua. A pesar de esto, los ríos y lagos son la principal fuente de agua que la población usa a de esto, los ríos y lagos son la principal fuente de agua que la población usa a diario.diario.

FUENTES DE AGUA FUENTES DE AGUA (a)(a) Río o lago, fuente de recarga de acuíferoRío o lago, fuente de recarga de acuífero (b)(b) Suelo poroso no saturadoSuelo poroso no saturado (c)(c) Suelo poroso saturadoSuelo poroso saturado (d)(d) Terreno impermeableTerreno impermeable (e)(e) Acuífero no confinadoAcuífero no confinado (f)(f) ManantialManantial (g)(g) Pozo Sanitario o NoriaPozo Sanitario o Noria (h)(h) Pozo ArtesianoPozo Artesiano

CALIDAD DEL AGUACALIDAD DEL AGUA NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALESNORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES

LEY GENERAL DE AGUASLEY GENERAL DE AGUAS ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD (OMS) ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD (OMS) ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE SALUD (OPS)ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE SALUD (OPS)

PARAMETROSPARAMETROS BACTERIOLÒGICOSBACTERIOLÒGICOSo FÌSICOSFÌSICOSo QUÌMICOSQUÌMICOSo PRESENCIA DE PRESENCIA DE

METALESMETALES

CONSTANCIA DE EXISTENCIA Y CONSTANCIA DE EXISTENCIA Y DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HIDRICODISPONIBILIDAD DEL RECURSO HIDRICO

AFORO DEL AGUAAFORO DEL AGUA

¿QUE ES EL AFORO DEL AGUA?¿QUE ES EL AFORO DEL AGUA?El aforo es el procedimiento de medir un caudal, mediante el cual El aforo es el procedimiento de medir un caudal, mediante el cual podemos determinar la cantidad de agua que esta circulando en un podemos determinar la cantidad de agua que esta circulando en un punto determinado de nuestros canales, riachuelos, quebradas, etc.punto determinado de nuestros canales, riachuelos, quebradas, etc.Para poder realizar un aforo es necesario conocer el área de la sección Para poder realizar un aforo es necesario conocer el área de la sección transversal del cauce de la corriente de agua y la velocidad con la que transversal del cauce de la corriente de agua y la velocidad con la que esta avanza.esta avanza.

Q = A x V Q = A x V Q Q = Caudal o Gasto.= Caudal o Gasto.A A = Área de la sección transversal.= Área de la sección transversal.VV = Velocidad media del agua en el punto. = Velocidad media del agua en el punto.

¿QUE MÉTODOS DE AFORO SE PUEDEN EMPLEAR?¿QUE MÉTODOS DE AFORO SE PUEDEN EMPLEAR?Son varios los métodos que se pueden emplear para aforar el agua, los Son varios los métodos que se pueden emplear para aforar el agua, los más usados en nuestro medio son los siguientes:más usados en nuestro medio son los siguientes:

a) Método usando dispositivos especiales tales como:a) Método usando dispositivos especiales tales como:

a.1. VERTEDEROS.- Estos pueden ser triangulares, rectangulares y a.1. VERTEDEROS.- Estos pueden ser triangulares, rectangulares y trapezoidales, sobre estos últimos los más conocidos son los llamados trapezoidales, sobre estos últimos los más conocidos son los llamados “Cipolleti”.“Cipolleti”.La ecuación general de los vertederos es:La ecuación general de los vertederos es:

NN

Q = K L HQ = K L HDonde:Donde:Q = Caudal; Q = Caudal; K, N = coeficientes; K, N = coeficientes; L = Longitud de crestaL = Longitud de cresta H = tirante de aguaH = tirante de agua

a.2. CANALETAS.- Tienen formas alargadas; en este grupo se a.2. CANALETAS.- Tienen formas alargadas; en este grupo se encuentran los medidores tipo “Parshall”, “RBC”. encuentran los medidores tipo “Parshall”, “RBC”. Para aforar, basta con conocer la altura que tiene el agua que discurre Para aforar, basta con conocer la altura que tiene el agua que discurre por estos dispositivos, con esta altura se recurre a unas tablas por estos dispositivos, con esta altura se recurre a unas tablas elaboradas para cada uno de ellos donde se determina la cantidad de elaboradas para cada uno de ellos donde se determina la cantidad de agua circulante. Estos dispositivos son los más recomendables por su agua circulante. Estos dispositivos son los más recomendables por su precisión y facilidad en la lectura.precisión y facilidad en la lectura. Estos dispositivos son fáciles de Estos dispositivos son fáciles de construir y pueden ser de fierro, ladrillo o concreto.construir y pueden ser de fierro, ladrillo o concreto.

b) Método usando Orificios:b) Método usando Orificios:Un orificio no es más que la abertura de una compuerta cuando esta se Un orificio no es más que la abertura de una compuerta cuando esta se levanta mediante el timón de maniobras. Por la acción de la altura del levanta mediante el timón de maniobras. Por la acción de la altura del agua, por este orificio o abertura empieza a circular el agua de un lado agua, por este orificio o abertura empieza a circular el agua de un lado a otro de la compuerta. a otro de la compuerta. La ecuación general del orificio es La ecuación general del orificio es

Q = CaudalQ = Caudal C = Coeficiente.C = Coeficiente. A = ÁreaA = ÁreaG = gravedadG = gravedad h = tirante de aguah = tirante de agua

c) Método usando el Correntómetro:c) Método usando el Correntómetro:El correntómetro es un instrumento que se usa para medir la velocidad El correntómetro es un instrumento que se usa para medir la velocidad del agua que circula en los canales, cauces de los ríos, quebradas, etc. del agua que circula en los canales, cauces de los ríos, quebradas, etc. Tiene la ventaja de ser transportable, sin embargo su operación tiene Tiene la ventaja de ser transportable, sin embargo su operación tiene que estar en manos de personal debidamente entrenado. que estar en manos de personal debidamente entrenado.

ghCAQ 2

Estos correntómetros se calibran en laboratorios de Estos correntómetros se calibran en laboratorios de hidráulica, una formula de calibración es la siguiente:hidráulica, una formula de calibración es la siguiente:V = a n + bV = a n + bDonde: Donde: V es la velocidad del agua, en m/ sV es la velocidad del agua, en m/ sn es él numero de vueltas de la hélice por segundo.n es él numero de vueltas de la hélice por segundo.a es el paso real de la hélice en metros.a es el paso real de la hélice en metros.b es la llamada velocidad de frotamiento en m / sb es la llamada velocidad de frotamiento en m / s

Como el correntómetro mide la velocidad en un punto, para Como el correntómetro mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua.de la superficie del agua.

d) Método del flotador:d) Método del flotador:Cuando no se dispone de ninguno de los dispositivos de Cuando no se dispone de ninguno de los dispositivos de medición antes señalados, se puede recurrir a este método, medición antes señalados, se puede recurrir a este método, por ser práctico y fácil de realizar. Para este método se por ser práctico y fácil de realizar. Para este método se necesita de un flotador (que puede ser una pelotita de necesita de un flotador (que puede ser una pelotita de plástico, una pequeña madera, o una hoja de algún arbusto; plástico, una pequeña madera, o una hoja de algún arbusto; también se necesita de un reloj (para medir el tiempo de también se necesita de un reloj (para medir el tiempo de recorrido del flotador). El grado de precisión no es tanto recorrido del flotador). El grado de precisión no es tanto como el de los métodos anteriores. como el de los métodos anteriores. Él calculo consiste en: Él calculo consiste en:

Q = A x vQ = A x vv = e / tv = e / tv v es la velocidad en m / ses la velocidad en m / se e espacio recorrido en m del flotadorespacio recorrido en m del flotadort t tiempo en segundos del recorrido tiempo en segundos del recorrido e e por el flotador por el flotador A A Área de la sección transversalÁrea de la sección transversalQ Q Caudal Caudal

e) Mètodo usando Limnìgrafo o Limnìmetro:e) Mètodo usando Limnìgrafo o Limnìmetro:

El aforo con estos instrumentos se realiza cuando se necesita El aforo con estos instrumentos se realiza cuando se necesita realizar un registro constante de la cantidad de agua que circula realizar un registro constante de la cantidad de agua que circula por grandes canales o ríos.por grandes canales o ríos.El Limnígrafo cuenta además con un dispositivo reloj que El Limnígrafo cuenta además con un dispositivo reloj que grafica la cantidad de agua durante las 24 horas.grafica la cantidad de agua durante las 24 horas.

f) Método Volumétrico: f) Método Volumétrico:

Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y se Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y se requiere de un recipiente para colectar el agua. El caudal resulta requiere de un recipiente para colectar el agua. El caudal resulta de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen.entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen.

Q = V / T Q = V / T

Q:Q: Caudal l/s Caudal l/s V: Volumen en litrosV: Volumen en litros

T:T: Tiempo en segundos Tiempo en segundos

CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIO

RED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Línea de Impulsión

Línea de AducciónL.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estación de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo

24Qb = ----- x Qmd N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

QmhQmd + QciQmín

Qmd + QciQmín

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCIONPRODUCCION

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Conjunto de estructuras, instalaciones, equipos y servicios; que dará servicio a una población en Conjunto de estructuras, instalaciones, equipos y servicios; que dará servicio a una población en forma continua y de buena calidad.forma continua y de buena calidad.

DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

VARIABLES:VARIABLES: Población Actual (Nº habitantes, número de familias, etc.)Población Actual (Nº habitantes, número de familias, etc.) Tasa de Crecimiento Poblacional (INEI)Tasa de Crecimiento Poblacional (INEI) Periodo de Diseño (t:20 años)Periodo de Diseño (t:20 años) Población Futura (Pf):Población Futura (Pf):

• Método Aritmético, Interés Simple, Geométrico, de la Método Aritmético, Interés Simple, Geométrico, de la Parábola, de los Incrementos Variables, de la Curva Parábola, de los Incrementos Variables, de la Curva Normal Logística, de los Mínimos Cuadrados, de la Normal Logística, de los Mínimos Cuadrados, de la Parábola CúbicaParábola Cúbica

Dotación (RNE: lt/hab/día)Dotación (RNE: lt/hab/día)• Clima frío: 180 lt/hab/díaClima frío: 180 lt/hab/día

• Clima templado y cálido: 220 lt/hab/díaClima templado y cálido: 220 lt/hab/día

• Abastecimiento indirecto por surtidores o piletas: 30-50 lt/hab/díaAbastecimiento indirecto por surtidores o piletas: 30-50 lt/hab/día

ESTRUCTURAS DE CAPTACIÒNESTRUCTURAS DE CAPTACIÒN

(FUENTES DE AGUA)(FUENTES DE AGUA) SUB SUPERFICIALESSUB SUPERFICIALES

MANANTIALES MANANTIALES (Afloramiento Concentrado)(Afloramiento Concentrado)• LADERALADERA• FONDOFONDO

GALERIAS FILTRANTES GALERIAS FILTRANTES (Afloramiento Difuso)(Afloramiento Difuso)

Estas fuentes generalmente Estas fuentes generalmente abastecen a poblaciones abastecen a poblaciones rurales debido a sus rurales debido a sus pequeños caudales.pequeños caudales.

DEBEN GARANTIZAR DEBEN GARANTIZAR COMO MINIMO LA COMO MINIMO LA CAPTACION DEL CAPTACION DEL CAUDAL MAXIMO CAUDAL MAXIMO DIARIO DIARIO

SUPERFICIAL O ABIERTASUPERFICIAL O ABIERTA RIOSRIOS LAGOSLAGOS EMBALSESEMBALSES

NECESARIAMENTE NECESARIAMENTE REQUIEREN REQUIEREN

TRATAMIENTOTRATAMIENTO

OTRAS VARIABLES OTRAS VARIABLES QUE INFLUYEN EN QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE EL DISEÑO DE CAPTACIONES:CAPTACIONES:

-Caudal de diseño-Caudal de diseño-Materiales a emplear-Materiales a emplear

-Topografía del terreno.-Tipo de terreno.

SUBTERRANEASSUBTERRANEAS NORIAS O POZOS SANITARIOS (H<7.00M.)NORIAS O POZOS SANITARIOS (H<7.00M.) POZOS PROFUNDOSPOZOS PROFUNDOS

AGUA DE LLUVIAAGUA DE LLUVIA

OBRAS DE CONDUCCIONOBRAS DE CONDUCCION

SON ESTRUCTURAS QUE TRANSPORTAN EL AGUA SON ESTRUCTURAS QUE TRANSPORTAN EL AGUA DESDE LA CAPTACION HASTA LA PLANTA DE DESDE LA CAPTACION HASTA LA PLANTA DE TRATAMIENTO O A UN RESERVORIO, DEBEN TENER TRATAMIENTO O A UN RESERVORIO, DEBEN TENER CAPACIDAD PARA CONDUCIR COMO MINIMO, EL CAPACIDAD PARA CONDUCIR COMO MINIMO, EL CAUDAL MAXIMO DIARIOCAUDAL MAXIMO DIARIO

Qmd = Qp * K1Qmd = Qp * K1 Qf > Qmd ok!!Qf > Qmd ok!!

Qf < QmdQf < Qmd servicio restringido, servicio restringido, buscar mas fuentes. buscar mas fuentes.

Donde:Donde:

QmdQmd Caudal máximo diario Caudal máximo diario QfQf Caudal de la Caudal de la fuentefuente

QpQp Caudal promedioCaudal promedio

Qp = Pf. x Dot.Qp = Pf. x Dot.

K1K1 Coeficiente de variación de consumo diario Coeficiente de variación de consumo diario (RNE: 1.3)(RNE: 1.3)

Pérdida de carga o pérdida de presión: (hf + hl)Pérdida de carga o pérdida de presión: (hf + hl) Por fricción (hf) : f(diámetro (D), longitud Por fricción (hf) : f(diámetro (D), longitud

(L),velocidad media en la tubería (V), rugosidad (L),velocidad media en la tubería (V), rugosidad absoluta de la tubería (Ks), gravedad (g), densidad absoluta de la tubería (Ks), gravedad (g), densidad (p) y viscosidad del fluido (u))(p) y viscosidad del fluido (u))

Localizadas o pérdidas menores (hl): válvulas y Localizadas o pérdidas menores (hl): válvulas y accesorios:accesorios:

Donde: K:ConstanteDonde: K:Constante

V:VelocidadV:Velocidad

g: Gravedadg: Gravedad

g

VKhl 2

2

TIPOS DE CONDUCCION:TIPOS DE CONDUCCION: POR GRAVEDAD (CANALES)POR GRAVEDAD (CANALES)

• Velocidad Mínima: 0.60 m/seg.Velocidad Mínima: 0.60 m/seg.• Secciones variables: Circular, rectangular, trapezoidal, etc.Secciones variables: Circular, rectangular, trapezoidal, etc.• Materiales: Concreto, PVC, hierro dúctil, acero, HDPE, etc.Materiales: Concreto, PVC, hierro dúctil, acero, HDPE, etc.

El cálculo se puede realizar empleando la Fórmula de Manning:El cálculo se puede realizar empleando la Fórmula de Manning:

Donde:Donde: Qmd Qmd Caudal máximo diario (m3/seg.)Caudal máximo diario (m3/seg.)AA Área de la sección (m2.)Área de la sección (m2.)RR Radio Hidráulico (m.)Radio Hidráulico (m.)

R=A/pm R=A/pm pmpm Perímetro mojadoPerímetro mojadoSS Pendiente del fondo (adimensional)Pendiente del fondo (adimensional)nn Coeficiente de rugosidadCoeficiente de rugosidad

(PVC:0.010(PVC:0.010 Hierro Fundido y Hierro Fundido y Concreto:0.015)Concreto:0.015)

nSAR

Qmd2/13/2

A PRESION (TUBERIAS):A PRESION (TUBERIAS): Velocidad mínima: 0.60 m/seg.Velocidad mínima: 0.60 m/seg. Velocidad máxima: Velocidad máxima:

• Concreto:Concreto: 3 m/seg.3 m/seg.

• PVCPVC 5 m/seg.5 m/seg. Para el cálculo de las tuberías se recomienda el uso de la Para el cálculo de las tuberías se recomienda el uso de la

Fórmula de Hazen y Williams:Fórmula de Hazen y Williams:

Donde:Donde: QmdQmd Caudal máximo diario (lt/seg.)Caudal máximo diario (lt/seg.)

DD Diámetro (pulgadas)Diámetro (pulgadas)

SS Pendiente (m/km.)Pendiente (m/km.)

CC Coeficiente de Hazen y Coeficiente de Hazen y Williams Williams

54.063.20004264.0 SCDQmd

.

(seg

pie

Lh

S f

Coeficientes de Fricción “C”Coeficientes de Fricción “C” PVCPVC 150150 AceroAcero 120120 HierroHierro 100100

Restricciones:Restricciones: El diámetro debe ser superior o igual a 2 pulgadas.El diámetro debe ser superior o igual a 2 pulgadas. La velocidad en las tuberías se debe limitar a 3 m/s.La velocidad en las tuberías se debe limitar a 3 m/s.

OTRAS FORMULAS:OTRAS FORMULAS:Fórmula de Darcy-Weisbach:Fórmula de Darcy-Weisbach:f: factor de fricción de Darcy (Nº Reynolds)f: factor de fricción de Darcy (Nº Reynolds)L: Long. del tramo de tuberíaL: Long. del tramo de tuberíaD: Diámetro de tuberíaD: Diámetro de tuberíaV: Velocidad mediaV: Velocidad media gD

LVfh f 2

2

TUBERIA PVC SAP NTP ISO 4422TUBERIA PVC SAP NTP ISO 4422

PLANTAS DE TRATAMIENTOPLANTAS DE TRATAMIENTO

PRE SEDIMENTACIONPRE SEDIMENTACION AEREACIONAEREACION PRE CLORACIONPRE CLORACION COAGULACIONCOAGULACION SEDIMENTACIONSEDIMENTACION FLOCULACIONFLOCULACION DECANTACIONDECANTACION FILTRACION RAPIDAFILTRACION RAPIDA FILTRACION LENTAFILTRACION LENTA ABLANDAMIENTOABLANDAMIENTO CLORACIONCLORACION

SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLESISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLEConjunto de tuberías, accesorios y estructuras; que iniciándose en el tanque de regulación conducen el Conjunto de tuberías, accesorios y estructuras; que iniciándose en el tanque de regulación conducen el agua hacia las tomas domiciliarias e hidrantes públicos, para el consumo doméstico, público, comercial, agua hacia las tomas domiciliarias e hidrantes públicos, para el consumo doméstico, público, comercial, industrial y para condiciones extraordinarias como incendios u otros. industrial y para condiciones extraordinarias como incendios u otros.

ESQUEMAS BÁSICOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN

REDES DE DISTRIBUCIONREDES DE DISTRIBUCION CAUDAL DE DISEÑO:CAUDAL DE DISEÑO:

Se calculará con la cifra que resulte mayor al comparar el Se calculará con la cifra que resulte mayor al comparar el gasto máximo horario con la suma del gasto máximo gasto máximo horario con la suma del gasto máximo diario mas el gasto contra incendios para el caso de diario mas el gasto contra incendios para el caso de habilitaciones que considere demanda contra incendio.habilitaciones que considere demanda contra incendio.

Qmh vs. Qmd + QiQmh vs. Qmd + Qi Qmh= Qp * K2 (K2: 1.8 – 2.5)Qmh= Qp * K2 (K2: 1.8 – 2.5)

PRESIONES:PRESIONES: En condiciones de demanda máxima horaria , la presión En condiciones de demanda máxima horaria , la presión

dinámica no será menor de 10 m. y la presión estática no dinámica no será menor de 10 m. y la presión estática no será mayor de 50 m. en cualquier punto de la red. En será mayor de 50 m. en cualquier punto de la red. En caso de abastecimiento de agua por piletas, la presión caso de abastecimiento de agua por piletas, la presión mínima será 3.50 m. a la salida de la pileta.mínima será 3.50 m. a la salida de la pileta.

Reservorio

Pmáx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf

Presión Dinámica Máxima

Pmáx = 50 m.c.a.

sin VRP

con VRPZona de Presión I

Zona de Presión II

hf Pérdida de carga

Línea de Energía HidráulicaLEHLCE Línea de Carga Estática

LCE

LEH

LEH

Pmáx

CRP - VRP - PRV

Cámara Reductora de PresiónCRP - VRP - PRV

DIAMETRO MINIMO:DIAMETRO MINIMO: El diámetro mínimo será de 3” para uso de vivienda y de El diámetro mínimo será de 3” para uso de vivienda y de

6” para uso industrial. En casos excepcionales, podrá 6” para uso industrial. En casos excepcionales, podrá aceptarse tramos de 2”, con una longitud máxima de aceptarse tramos de 2”, con una longitud máxima de 100m. si es alimentada por un solo extremo, o 200m. Si 100m. si es alimentada por un solo extremo, o 200m. Si es alimentada por los dos extremos. En los casos de es alimentada por los dos extremos. En los casos de abastecimiento por piletas el diámetro mínimo será de 1”.abastecimiento por piletas el diámetro mínimo será de 1”.

VELOCIDAD:VELOCIDAD: La velocidad máxima será de 3m/seg. No se permitirán La velocidad máxima será de 3m/seg. No se permitirán

puntos muertos en la red, debiendo terminar puntos muertos en la red, debiendo terminar necesariamente en válvulas de purga.necesariamente en válvulas de purga.

LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ

Primera Ley de Kirchoff - Condición 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 = 0j=1

m

i = 1, 2, 3, . . . . n

Q1 + Q2 - Q3 + qi = 0

CÁLCULO HIDRÁULICO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE CÁLCULO HIDRÁULICO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUAAGUA

Segunda Ley de Kirchoff - Condición de 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 = 0j=1

m

Para cada uno de los circuitos cerrados

1 2

3

hf 12

hf23hf 13

hf12 + hf23 - hf13 = 0

LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ

ESQUEMA DE UNA RED MATRIZ

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).

•CÁLCULO 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

CÁLCULO DE LOS DIÁMETROS TENTATIVOS DE LOS TRAMOS

•Método de la Velocidad

Método de la Gradiente

Método de la Pendiente Uniforme

Comercial

CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA MÉTODO DE ÁREAS

NudoArea 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"

qi

Residencial

Industrial i

CÁLCULO DE LOS DIÁMETROS TENTATIVOS DE LOS TRAMOS

MÉTODO DE LA GRADIENTE

TramoCaudal 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

... ... ...

FÓRMULAS UTILIZADAS EN EL CÁLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIÓN

1) Fórmula de Darcy - Weisbach L V 2

hf = f ------ --------

D 2 g

 Donde:

hf = Pérdida de carga [m]

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

n = 2

FÓRMULAS UTILIZADAS EN EL CÁLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIÓN

2) Fórmula de Hazen - Williams Q = 0.85 C A R0.63 S0.54

 Donde:

Q = Caudal [m3/s]

C = Coeficiente de rugosidad [sin dimensiones]

A = Área [m2]

R = Radio hidráulico [m]

S = hf / L = Pendiente [m/m]

hf = Pérdida de carga [m]

D = Diámetro [m]

L = Longitud del tubo [m]

Q = 0.278531 C D2.63 S0.54 hf = m Qn

L m = 10.64 ----------------- C1.85 D4.87 n = 1.85

En Resumen, para todo conducto a presión:

hf = m Qn n = 1.85 (Fórmula de Hazen y William)

n = 2 (Fórmula de Darcy – Weisbach)

MÉTODOS DE CÁLCULO - MÉTODOS DE MÉTODOS DE CÁLCULO - MÉTODOS DE VERIFICACIÓNVERIFICACIÓN

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 (WaterCAD)

Son métodos numéricos iterativos que nos van a permitir calcular los caudales reales que circulan en cada una de las tuberías de la red de distribución

¿Presión?¿Presión?¿Velocidad?¿Velocidad?

Cálculo HidráulicoCálculo HidráulicoMétodos de Verificación

Permiten hallar el flujo real por cada tramo

Predimensionamiento de la RedPredimensionamiento de la RedCálculo de los diámetros de los tramos

Cálculo de:Cálculo de:Velocidad (V) en los tramos.

Presión (P) en los Nudos

NoNo

SíSí

DIAGRAMA DE FLUJO DEL CÁLCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCÍÓN DE AGUAViene

Va

¿Mínimo ¿Mínimo Costo?Costo?

NoNo

SíSí

Programas Programas de Cómputode Cómputo

ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUAANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA

El análisis y simulación de redes se realiza para investigar la relación compleja que existe entre las características de la red, la demanda de los consumidores (Doméstico, comercial, Industrial y público), los caudales y cargas en un momento determinado.

Básicamente se calcula caudales, presiones y valores asociados en un momento determinado, mediante un cálculo hidráulico.

Aplicaciones del análisis y simulación de redes:

Conocer el comportamiento de los sistemas de distribución de agua (Estado Estático, Periodo Extendido)

Estimación de niveles de servicio.

Diseño de nuevos sistemas. Calibración de los modelos existentes.

Evaluación dela capacidad de conducción de la red existente.

Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.

Plan de contingencias.

Solución de las redes para diferentes escenarios y alternativas. 

PROCESO CONSTRUCTIVO DE PROCESO CONSTRUCTIVO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLESISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

TRAZO Y REPLANTEO DE REDESTRAZO Y REPLANTEO DE REDES

EXCAVACION DE ZANJASEXCAVACION DE ZANJAS Profundidad de Excavación.Profundidad de Excavación. Entibado de Zanjas.Entibado de Zanjas.

PERFILADO DE ZANJASPERFILADO DE ZANJAS

COLOCACION DE CAMA DE APOYOCOLOCACION DE CAMA DE APOYO Material zarandeado.Material zarandeado. Material filtrante (presencia de agua).Material filtrante (presencia de agua).

INSTALACION DE TUBERIASINSTALACION DE TUBERIAS Certificación de la tuberíaCertificación de la tubería

PRIMER RELLENOPRIMER RELLENO Material zarandeado y apisonado(30 cm. sobre la clave del tubo)Material zarandeado y apisonado(30 cm. sobre la clave del tubo) Dejar libres las unionesDejar libres las uniones

PRUEBAS HIDRAULICAS A ZANJA ABIERTAPRUEBAS HIDRAULICAS A ZANJA ABIERTA Conexiones domiciliariasConexiones domiciliarias

F=Pérdida máxima tolerada en litros en una horaF=Pérdida máxima tolerada en litros en una hora N=Número de empalmesN=Número de empalmes D=Diámetro la tubería en milímetrosD=Diámetro la tubería en milímetros P=Presión de prueba en metros de columna de aguaP=Presión de prueba en metros de columna de agua

25*410PNDF

SEGUNDO RELLENO SEGUNDO RELLENO Material propio seleccionado y compactado. (c/15 cm.)Material propio seleccionado y compactado. (c/15 cm.)

PRUEBAS HIDRAULICAS A ZANJA TAPADA PRUEBAS HIDRAULICAS A ZANJA TAPADA

RESERVORIOS (ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO)RESERVORIOS (ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO) DISEÑO DE MEZCLASDISEÑO DE MEZCLAS DOSIFICACION DE AGREGADOSDOSIFICACION DE AGREGADOS SLUMPSLUMP PROBETAS DE CONCRETOPROBETAS DE CONCRETO INSTALACION DE ACCESORIOSINSTALACION DE ACCESORIOS

GRACIASGRACIAS