UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAE.A.P. ING. CIVILDISEO DE LA LNEA DE CONDUCCIN, ALMACENAMIENTO Y RED DE DISTRIBUCION

RESUMEN

El objeto de estudio de este trabajo es una ciudad ficticia previamente diseada por el alumno, adems se cuenta con los clculos referentes a poblacin, dotaciones, caudales, captacin y planta de tratamiento realizados en informes anteriores.Los tres procesos ms importantes en este trabajo, son: la lnea de conduccin el almacenamiento y la lnea de distribucin de abastecimiento de agua potable.Para lograr todos estos objetivos se procedi a realizar la lnea de conduccin, el perfil fue dado por el ingeniero.Luego se procedi a encontrar el volumen de almacenamiento del reservorio y por ltimo se trazo la red de distribucin teniendo en cuenta las consideraciones de la red abierta y la red cerrada.Para disear el sistema de conduccin se utiliz el caudal mximo diario, para el almacenamiento o reservorio el caudal medio y para el sistema de aduccin y de distribucin el caudal mximo horario.

I. INTRODUCCIONI.1 GENERALIDADES

El fuerte incremento que durante los ltimos aos han experimentado las necesidades de abastecimiento de agua, ha obligado a recurrir a recursos de explotacin cada vez ms difciles. Despus de haber sido captada el agua en las cantidades suficientes para satisfacer las necesidad de una poblacin y de haber sido sometida a un proceso de Pre tratamiento y Tratamiento para lograr su potabilizacin; compete ahora disear los sistemas y estructuras que tcnicamente representen la mejor alternativa para conducir el agua desde la Planta de Tratamiento hasta las viviendas.

La Lnea de Conduccin es el tramo de tubera que transporta agua desde la captacin hasta la planta potabilizadora, o bien desde esta al tanque de almacenamiento segn la configuracin del sistema de agua potable. Debe seguir en lo posible el perfil del terreno y ubicarse de manera que pueda inspeccionarse fcilmente. Puede disearse para trabajar por gravedad o bombeo dependiendo bsicamente de las condiciones del terreno.

El Tanque de Almacenamiento o Reservorio cumple un papel bsico para el diseo de sistemas de distribucin de agua, tanto desde el punto de vista econmico, as como por su importancia en el funcionamiento hidrulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente.

La Red de Distribucin est constituida por un conjunto de tuberas, accesorios y estructuras que conducen el lquido vital desde el almacenamiento hasta las tomas domiciliarias o hidrantes pblicos. La red deber proporcionarles el servicio las 24 horas de cada uno de los 365 das del ao, en las cantidades adecuadas y con una presin satisfactoria a los usuarios (domsticos, pblicos, industriales, comerciales).

I.2 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: Disear los sistemas y estructuras que tcnicamente representen la mejor alternativa para conducir el agua desde la Planta de Tratamiento hasta las tomas domiciliarias.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Disear la lnea de conduccin desde la captacin planta de tratamiento hasta el reservorio, teniendo en cuenta la clase y material de la tubera. Determinar los dimetros ms convenientes que permitan cumplir con un rango de velocidades permisibles, de tal forma que no pueda existir sedimentacin y/o erosin de la tubera. Colocar y disear estructuras hidrulicas econmicas que permitan salvar obstculos, adems de la ubicacin oportuna de vlvulas de aire y de purga. Disear las redes principales de distribucin de agua y analizar las presiones y velocidades en cada tramo, de tal manera que se cumplan las condiciones establecidas.

I.3) ANTECEDENTESSon antecedentes de este trabajo los dos primeros informes presentados oportunamente en el curso de Abastecimiento de Agua y Alcantarillado.

Clculo del Caudal de Diseo para una poblacin Ficticia, en el cual se elabora los planos de la ciudad ficticia, se realiza el clculo de la poblacin de diseo para un periodo de 20 aos, adems del clculo del consumo Per-Cpita y de los caudales medio, mximo diario y mximo horario.

Diseo de la Captacin y Planta de Tratamiento, informe que trata del proceso de captacin y potabilizacin del agua para ser apta para el consumo humano. Este tercer trabajo pretende completar el estudio de los anteriores informes, es decir transportando el agua desde la planta de tratamiento hasta donde est la poblacin demandante.

I.4 ALCANCES

El presente trabajo abarca el diseo de la lnea de conduccin desde la planta de tratamiento hasta el reservorio; el reservorio, que incluye el volumen de equilibrio, volumen de agua contra incendios y volumen de reserva; y la red de distribucin desde el reservorio hasta cada una de las viviendas.

Este trabajo se realiza basado en una ciudad ficticia, asumiendo situaciones complicadas para el diseo de las estructuras para un mejor aprendizaje.

I.5 JUSTIFICACIN

El presente trabajo se justifica en la necesidad de abastecer de agua a la poblacin de estudio, ya que esta no cuenta con este servicio. El hecho de que la fuente de abastecimiento no se encuentre en la misma ciudad obliga el diseo de estructuras para conducir esta en cantidades suficientes y con estndares de calidad a cada una de las viviendas.

De no realizarse este proyecto la poblacin corre el riesgo de contraer enfermedades y ver truncado su desarrollo por consumir agua no potable, y por no disponer de este recurso en la cantidad necesaria.

II. MARCO TEORICO

A. LINEA DE CONDUCCIONUna lnea de conduccin est constituida por la tubera que conduce agua desde la obra de captacin hasta el estanque de almacenamiento, as como de las estructuras, accesorios, dispositivos y vlvulas integradas a ella.Para lograr el mejor funcionamiento del sistema a lo largo de una lnea de conduccin pueden requerirse: vlvulas reductoras de presin, chimeneas de equilibrio, vlvulas de expulsin de aire o ventosas, vlvulas de limpieza, llaves de paso, reducciones, codos anclajes, etc. Cada uno de estos elementos precisa un diseo, acorde con las condiciones y caractersticas particulares. Por lo general las tuberas de conduccin son largas y por lo tanto las prdidas de carga en las tuberas son muy grandes comparada con las prdidas locales en cambios de direccin, cambios de pendiente, vlvulas, etc. El transporte del agua puede efectuarse por dos formas: Por gravedad. Por bombeo.

1. POR GRAVEDAD. Canales Conducto Forzado: Se le conoce tambin como tubera; conducto a presin, tubera a seccin llena, etc. Las tuberas a utilizar pueden ser de diversos materiales, as tenemos: fierro fundido, concreto, acero, PVC y asbesto de cemento.Para nuestro caso nos ocuparemos de la conduccin del agua por los conductos forzados que tiene ventajas ms significativas.Consideraciones de DiseoEn lo posible se tratara que la lnea de conduccin sea en longitud la menor posible, por cuestiones de orden econmico y racional. El terreno por donde atraviesa la tubera deber ofrecer las garantas necesarias en cuanto a su estabilidad. La profundidad mnima a colocar la tubera dentro del terreno ser de 0.85m. sobre la clave, de existir el paso de vehculos por encima de ella ser de 1.50 m. La tubera a usarse podr ser de fierro fundido, concreto, acero, asbesto-cemento y P V C con dimetros comerciales de 2, 2 , 3, 4,6, 8, etc. Colocar los accesorios necesarios para la seguridad y proteccin de la tubera. Una rejilla de entrada en el conducto forzado. Vlvulas de aire, funcionan al cargarse el agua dando una rpida salida al aire y permiten su ingreso en el caso de desagotamiento. Vlvulas ventosas, ubicadas en las partes altas de la lnea de conduccin para evacuar los sedimentos acumulados y utilizando la misma fuerza dinmica del flujo. Vlvulas de purga, colocadas en las partes ms bajas de la lnea de conduccin para evacuar los sedimentos acumulados y utilizando la misma fuerza dinmica del flujo. Vlvulas reductoras de presin, cumplen la funcin de reducir la presin en el conducto forzado. Cmara rompe presin dispositivo que permite bajar la presin hasta cero y se usa cuando la presin esttica y/ o dinmica supera el esfuerzo del trabajo del material del conducto.

2. POR BOMBEO.Es una mquina que absorber energa mecnica que puede provenir de un motor elctrico ocasionada manualmente, molino de viento, mquina de combustin interna, etc. permite trasladar el fluido de un lugar a otro a un mismo nivel y/o a diferentes lugares o niveles.CONDICIONES GENERALES DE DISEO El clculo hidrulico de la red se hace con el caudal mximo horario, el mismo que hay que repartirlo en todas la tuberas de la misma. En esta reparticin se emplean varios mtodos, el mtodo ms efectivo consiste en dividir las poblacin en varios sectores, para cada uno de ellos se determina el nmero de habitantes, valindose de los datos de densidad futura y actual, zonificando la cantidad de rea a que pertenece cada sector en determinado punto o nudo, teniendo en cuenta la topografa y la economa.Si en algn punto de la red se requiere mucho agua tal como ocurre por ejemplo en una industria, este gasto debe tomarse por separado y ser considerado especialmente en el clculo de la red. En las ciudades importantes (grandes), las tuberas deben disearse para caudal mximo diario ms caudal contra incendio o el caudal mximo horario (el mayor de lo dos) porque se ha demostrado en el caso de ocurrencia de incendio la gente abandona sus tareas caseras.En todos los puntos de la red las provisiones deben ser tales que en los momentos de mximo consumo satisfagan adems para un periodo regular de incendio sin necesidad de sistemas de bombeo. Las tuberas se calculan en general con un gasto constante en toda su longitud aunque en realidad el agua va consumindose a lo largo de ella por lo que el gasto va disminuyendo aguas abajo.Nota:Poblacin > 10000 Hab.Qd = Qmx.hor + QciPoblacin < 10000 Hab. Qd = Q mx.horario

B. ALMACENAMIENTO (RESERVORIO)Es un depsito de regulacin, capaz de equilibrar el suministro de agua para los diversos usos, que garantice un servicio continuo sin interrupciones.Un reservorio tendr capacidad para: Regular el consumo horario (volumen de equilibrio). Almacenar agua por reserva (volumen de emergencia). Almacenar agua contra incendios (volumen por incendio).

FUNCIONES: Realiza un trabajo eficaz de interrelacin entre el rgimen variado y uniforme. Almacena el agua durante los perodos en que el consumo es inferior al caudal de aporte. Permite responder momentneamente a las necesidades de consumo cuando por efectos de separacin o conservacin de las estructuras anteriores al reservorio se interrumpe el aporte requerido en el reservorio. Permite alcanzar una presin uniforme de servicio para mantener los requerimientos de cada ciudad.

CLASIFICACIN:1. Por su Funcin: De cabecera. Flotante.

2. Por su Posicin: Apoyados. Elevados.

3. Por el Material: De Concreto. De Mampostera. De Fierro. De Madera Tratada.

4. Por su Forma: Cilndricos. Cnicos. Esfricos. Mixtos.

VOLUMEN DE RESERVA: Segn el R.N.C. este volumen debe justificarse de acuerdo con las reservas adicionales. Segn las recomendaciones de Salud y de Defensa Civil, debe ser de 5% a 15%.

VOLUMEN POR INCENDIO: Este volumen se calcula con la siguiente frmula:VI. = 0.5 (P)1/2P: Poblacin en miles.P < 30 000 incendio calculado para 3 horas. VOLUMEN DE EQUILIBRIO: El volumen de regulacin se debe considerar entre el 15% y el 30% del consumo medio diario si el sistema es por gravedad (siendo 25% el valor promedio); si el sistema es por bombeo se considerarn los lmites del 15 al 25% de acuerdo al nmero y duracin de los periodos de bombeo as como los horarios en los que se hallan previstos dichos bombeos. La determinacin de dicho volumen se lo realiza teniendo la variacin de la demanda y la oferta, definida en un da. El clculo se lo hace analtico y grfico (Diagrama masa).

CLCULO HIDRULICO DE LA CAPACIDAD DE REGULACIN1. Mtodo grfico:El clculo de la capacidad de regulacin se determina mediante el diagrama de masas, mediante el siguiente procedimiento: Se traza la curva integral de consumo partiendo de las 00.00 horas (media noche); para esto se traza todas las coordenadas en cantidades acumuladas del consumo diario. El aporte total debe ser igual al 100%. Si el aporte durante el da es uniforme, la curva integral de aporte es una recta inclinada cuya pendiente es el gasto suministrado en la unidad de tiempo. Se determina las diferencias entre las ordenadas de las curvas integrales de aporte y consumo; estas diferencias representan el contenido de agua en el reservorio.

2. Mtodo Analtico:Para este mtodo se completan las columnas exceso y defecto del mtodo grfico, todo referido a una determinada hora; anotando las diferencias de ordenadas: los excesos con signo (+) y con signo (-) los defectos. Se toman los mximos valores absolutos de exceso y defecto. La capacidad de regulacin del reservorio est dada por la suma absoluta de los valores mximos.C. SISTEMA DE DISTRIBUCIN1. LNEA DE ADUCCIN

Tramo de tubera, conduce el agua desde el reservorio hasta el punto de ingreso de la red de distribucin. En el caso de que la presin exceda de 50 m.c.a, la tubera es de clase 5, se debe colocar cmara Rompe presin aguas abajo del reservorio, para que la tubera no falle, al ser excedido su esfuerzo de trabajo. Tambin se tendr en cuenta el fenmeno del golpe de ariete, ya que la sobrepresin puede tener efectos que hagan fallar la tubera.

2. RED DE DISTRIBUCIN

Para nuestro caso se usar el tipo malla por ser el ms adecuado frente al sistema ramificado. Luego, la red de distribucin comprende:Tuberas troncales:Conforman la red principal de distribucin y forma circuitos cerrados.Tuberas Secundaras:O de servicios, tuberas conectadas a las que sirven para establecer de agua a la totalidad de poblacin.Accesorios a Utilizar:Cruces, tres, codos, reducciones, tapones; adems se usar vlvulas de compuertas cuando se deber interrumpir el flujo, en determinadas zonas, para hacer reparaciones o nueva conexin u otros motivos. Las vlvulas de compuerta estarn espaciados 500 m en la red troncal y sern ubicados segn el sentido del flujo.Tuberas:Estas se ubicarn a una profundidad mnima de 0.80 m sobre la clave de la tubera y a una distancia no menor de 2.50 m de la tubera de desage y 0.25 m sobre la misma (tubera de desage).Conexiones:Tramo de tubera, comprendido entre la matriz principal o de la tubera de servicio o secundara y la ubicacin del medidor en domicilio.UBICACIN DE LAS TUBERIAS: Las tuberas deben proyectarse para su instalacin a 85 cm. de profundidad mnima sobre la parte superior del tubo. Las calles de hasta 20 m de ancho se proyectar tuberas de agua potable aun lado de la calzada, preferentemente en el lado de mayor cota, salvo que las condiciones no las justifique. La distancia mnima entre tuberas de agua potable u otra de lquidos locales no debern ser menor de 2.5 m medios horizontales. De lo contrario se usarn uniones con anillos de jebe en las tuberas de alcantarillado, las de agua debern pasar de 0.5m por encima. La distancia mnima de tuberas paralelas a cables elctricos ser de 1m.

VI. CONCLUSIONES

Se logr disear la lnea de conduccin, la lnea de distribucin y tambin calcular el volumen del reservorio. Se logr disear las estructuras hidrulicas que son necesarias para que la lnea de conduccin sea diseada correctamente. Durante el desarrollo del trabajo, se ha logrado apreciar la importancia que tiene para el diseo de una Lnea de Conduccin, la topografa del terreno, no slo en los problemas hidrulicos que plantea, sino tambin en al aspecto econmico.

ConduccinSe cuenta en todo el recorrido con 3CRP y 3 Bombas. Los dimetros calculados para la lnea de conduccin son: 6, 8y 10 con tubera PVC clase 5. En el primer tramo de bombeo el dimetro es de 8, tubera PVC clase 7.5. En el segundo tramo de bombeo el dimetro es de 10, tubera PVC clase 10.0. En el tercer tramo de bombeo el dimetro es de 12, tubera PVC clase 7.5.

AlmacenamientoPara el diseo del reservorio se utilizo el mtodo grfico y analtico. Volumen total de 294.51 m3. Altura total 3.45 m. Altura de nivel de agua 3.0 m. Reservorio cilndrico con un dimetro de 11.20 m.

Distribucin El dimetro de la tubera de aduccin ser de 10 la cual cumple con el anlisis para el golpe de ariete para tubera de PVC, clase 5.0, espesor de 6.7 mm y una longitud de 438.10 m. Para la lnea de distribucin se dividi la ciudad en 6 zonas obteniendo los siguientes caudales:NUDOQmh (Lit/seg)Hab

016.071947.4

029.792793.9

0311.824373.8

0413.204004.8

0513.633452.3

0612.684220.7

67.1920793

Para el clculo de los dimetros de la tubera de distribucin se utilizo el mtodo de Hardy Cross, de la cual se obtuvo:CIRCUITOTRAMOQi

I1 - 20.04630

2 - 50.01278

4 - 5-0.00162

1 - 4-0.01482

CIRCUITOTRAMOQi

I I2 - 30.02373

3 - 60.01191

5 - 6-0.00077

5 - 2-0.01278

Los dimetros en la red troncal sern:TRAMODIAMETROLONGITUD

(Pulg)(m)(m)

R - 1100.254438.10

1 - 280.203490.00

2 - 360.152350.00

3 - 640.102550.00

5 - 620.051310.00

2 - 540.102590.00

4 - 530.076570.00

1 - 440.102550.00

Las presiones en los nudos son:NUDOPRESION (m.c.a.)

131.81

227.83

323.96

421.25

517.78

617.55

Se ha cumplido con las velocidades mnimas, mximas y con los lmites de presiones que estipula el reglamento segn el tipo de material.

VII. RECOMENDACIONES Tener mucho cuidado y esmero en los clculos, ya que cualquier error representara un diseo inadecuado.

Hacer uso de programas computacionales para la obtencin de los clculos.

VIII. BIBLIOGRAFIA

Reglamento Nacional de Edificaciones

Trabajos anteriores

Apuntes de clase

www.wikipedia.com

www.construaprende.com

IX. ORIGINALIDAD

HIDRANTES1. IntroduccinUna boca de incendios es una toma de agua diseada para proporcionar un caudal considerable en caso de incendio. El agua puede obtenerla de la red urbana de abastecimiento o de un depsito, mediante una bomba.Cuando estalla un incendio, los bomberos necesitan un suministro estable de agua y un funcionamiento fiable de todos los componentes del sistema durante horas. Cuantas menos uniones y de mayor calidad haya, menor ser el riesgo de fugas. Las conexiones embridadas que se utilizan frecuentemente con vlvulas e hidrantes son particularmente susceptibles. As que merecen una especial atencin. 2. Clasificacin

a) Boca de incendios exterior, o hidrante de incendios. Situada en las inmediaciones de los edificios y en la que los bomberos pueden acoplar sus mangueras. Pueden ser areas o enterradas:

a.1) Areas. Se trata de un poste con sus tomas (normalmente ms de una)Los hidrantes para el servicio de extincin de incendios estarn situados en lugares fcilmente accesibles, no dificulten el trfico en las calles y debidamente sealizados.Los lugares recomendados para su instalacin son, en cruces de calles y bocacalles.

a.2) Enterradas. Se sitan en una arqueta, con tapa de fundicin, bajo el nivel del pavimento de la acera, disponen de una sola salida, los dimetros pueden ser de 80 mm o de 100 mm. Para su funcionamiento se conecta la manguera en la boca mediante rosca, luego se abre la vlvula.Los hidrantes enterrados se suelen instalar a un lado de la conduccin, dispone de un codo terminal anclado a la solera de la arqueta, la tapa de fundicin va al ras del suelo.

b) Boca de incendios interior o Boca de Incendio Equipada.Situadas en lugares de los edificios que tienen adems el equipamiento necesario para hacerla funcionar, abreviadamente BIE. Una BIE suele estar en un armario, en el que hay una entrada de agua con una vlvula de corte y un manmetro para comprobar en cualquier momento el estado de la alimentacin.

Tiene una manguera plegada (en plegadera) o enrollada (en devanadera), con su boca de salida (lanza y boquilla). Las mangueras pueden ser 25 y 45 mm de dimetro, que permiten caudales elevados de agua: 1,6 y 3,3 litros por segundo, respectivamente. La de 25 mm puede utilizarse de forma individual pero la de 45 mm debe usarse con ayuda de otra persona. Cuando se acciona la vlvula y se abre la vlvula es aconsejable sujetar la lanza o boquilla de la manguera para evitar que, a causa de la presin, empiece a dar bandazos, pudiendo herir a alguien. Tambin hay otro tipo. Se denomina columna seca y es de uso exclusivo para los bomberos. El sistema consiste en una tubera vaca que tiene ramificaciones hacia armarios con bocas de incendio, a las cuales los bomberos conectan sus mangueras.

c) Boca de riego.Para la limpieza de calles, riego de jardines, limpieza de alcantarillas, suministro a camiones de limpieza se colocan bocas de riego. Los dimetros de salida son de 60 mm. Con rosca normalizada, son similares a los hidrantes enterrados para incendios, aunque puede variar segn cada fabricante.La tapa de fundicin al ras del suelo, se ubican en las aceras, a veces se utilizan como bocas de incendio, bien por que no existan las de incendio o como ayuda en la extincin, no obstante en el dimensionado no se tiene en cuenta

3. Caractersticas y ventajas

El mantenimiento de la vlvula es casi inexistente debido a que no hay piezas en movimiento y la regulacin se realiza por las diferentes posiciones de la membrana. Debido a que no se producen ondas de presin, la actuacin de la vlvula es muy suave. Proporcionan un gran caudal de suministro con baja prdida de carga. Ofrecen la posibilidad de mltiples funciones con la incorporacin de pilotos de regulacin. Estos equipos pueden actuar con la presin del sistema, no necesitando fuentes de energa externas.

4. Aplicaciones

Entre las distintas aplicaciones de estos elementos encontramos su especial aplicacin en: Redes de riego. De esta forma permite disear las conducciones de agua de acuerdo a las necesidades de caudal y presin de los regantes. Sistemas de riego automatizado. Desde un ordenador central se puede gestionar la apertura y cierre de los diferentes puntos de riego. Instalaciones en general. Limita las constantes de presin y caudal que se disparan debido a la complejidad orogrfica.

5. Aspectos importantes a tener en cuenta

Sobre la salud.El agua para apagar incendios se toma directamente de la red de agua potable. Generalmente se previene para evitar que el agua se estanque durante largos perodos de tiempo en algn punto. Sin embargo, existe, en las conexiones laterales de un hidrante, una relativamente larga seccin de tubera que no es constantemente drenada. La solucin a este problema es una conexin directa para servicio en la base del hidrante.Esto elimina la necesidad de drenajes peridicos.

Pocas uniones, sistema ms seguro.Toda unin entre un tubo, accesorio u otro componente implica un cambio en las caractersticas del sistema.Por lo tanto, el nmero de uniones debera ser el mnimo posible. A menudo se usan bridas para conectar los hidrantes, stas son especialmente susceptibles de fugas a causa de la tortillera que es propensa a la corrosin, la relativamente extensa superficie de sellado y la transicin a diferentes materiales que pueden coexistir en el sistema.

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO