Redes de Distribución de Agua Potable

8/17/2019 Redes de Distribución de Agua Potable

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REDES DE

DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE

UNET – Ing. Ambiental – SAAP

Prof.: Ing. Martín Moros


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Breve reseña histórica

• Las primeras civilizaciones transportaban el agua encanales abiertos (práctica muy antigua)

• El primer sistema de transporte de agua en el que seusaron conductos de sección circular cerrados data de1.500 a.C. en la isla de Creta

• Primeras leyes de la mecánica de fluidos: Arquímedes(250 a.C.)

• Acueducto Romano (100 d.C.): agua transportada desdegrandes distancias. Surgieron los primeros libros sobresistemas de abastecimiento de agua

• Tubería de hierro: Alemania (1.455)


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Breve reseña histórica (2)• Bases de la hidráulica:

• Primer acueducto en EE.UU. (1.754): Pennsylvania

• Bases de la modelación

matemática del flujo entuberías

• Pitot (1.732): medición de la• velocidad del flujo• Bernoulli (1.738): principio de lasleyes de la energía en los sistemasHidráulicos• Euler (1.752): desarrollo de la• ecuación de energía

• St. Venant (1.843): ecuación de lacantidad de movimiento• Darcy-Weisbach (1.845): primerdesarrollo de la ecuación de perdidade energía• Hazen-Williams (1.906): formula

empírica para el cálculo de laperdida de energía


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Breve reseña histórica (3)

• Segunda mitad del siglo XX: desarrollo de los primeros

computadores• Años 60´s y 70´s: primeros modelos digitales para el

desarrollo de redes de tuberías

Surgen muchos métodos de análisis de redes

numéricamente complejos pero de relativa facilidad en susolución gracias a los computadores

• E. Todini y S. Pilati (1.988): método del gradiente

• En la actualidad: numerosos programas comerciales para

modelación hidráulica y de calidad del agua en redes dedistribución de acueductos

Los resultados de un modelo jamás serán superiores a lacalidad de los datos de entrada y no reemplazan el análisis

(técnico, económico, social…) juicioso del ingeniero


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Red de Distribución

Conjunto de tuberías cuya función es suministrar el aguapotable a los consumidores de la localidad en condicionesde calidad y calidad aceptables

Tanque deAlmacenamiento

Línea matriz

Red de distribuciónConducción a presión por

gravedad


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Tipos de tuberías• Red principal (matriz): DN ≥ 12” (30 cm). Distribuye el

agua en las diferentes zonas de la población. Garantizacaudales y presiones según norma exigida. NO DEBENREALIZARSE CONEXIONES DOMICILIARIAS DESDE LA REDMATRIZ.

• Red secundaria: DN < 12” pero ≥ 4” (10 cm). Se abastece

de la tubería principal y alimentan a las redes terciarias(menores). No debe realizarse ninguna conexióndomiciliaria salvo grandes consumidores [DN > 3” (7,5

cm)]

• Red terciaria: DN < 3”. alimentada por la red secundaria

y a ella se unen las conexiones domiciliarias. DNmin 1,5”(en función del uso del agua)

• Conexión domiciliaria: conexión de la red menor a cada

predio. DN de 0,5 a 3 “ (en función del tipo de usuario)


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Materiales de las redes

• Acero

• Concreto

• Hierro

•

Polivinilo de cloruro• Poliéster reforzado con fibra de vidrio

• Polietileno de alta y baja densidad

DN en funciónde la casacomercial.Cálculos con el

Dint real (delcatalogocomercial)


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Trazado de redes• Características topográficas de la

población actual y futura:perímetro urbano, calles coninfraestructura vial, áreas dedesarrollo futuro, cursos de agua,localización de servicios públicos(alcantarillado, energía, telefonía,gas)

• Características geológicas y delsubsuelo: fallas, deslizamientos,

inundaciones• Nivel de amenaza sísmica: sismo

de diseño (material de la tubería)y tipo de unión (esfuerzo detensión y corte)


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Trazado de redes (2)

Tubería matriz:

• Generalmente longitudinales o abiertas

• Cerradas (enmalladas) en sistemas de gran tamaño. Elárea servida internamente por una malla debe seraproximadamente igual al área externa correspondiente

• Trazado que genere buena distribución del agua en elárea abastecida. No trazar la red periféricamente a lapoblación (distribución poco eficiente del caudal y altos

costos)

• Localizar los puntos de mayor consumo (industrias,comercios, hospitales…)


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Trazado de redes (3)

Tubería secundaria. La delimitación de circuitoscerrados en redes secundarias debe obedecer acualquiera de los siguientes cuatro criterios:

• Área > 1 Km •

Distancia entre tuberías paralelas principales > 250 m• Caudal abastecido > 25 L/s

• Distancia entre tuberías próximas al límite de servicio> 150 m

A > 1 Km2Q > 25 L/s

Tuberíasppales.

Tuberías2rias.

> 250 m

Tuberías

prox. Limitede servicio

> 150 m


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Configuración hidráulica• Redes abiertas: para zonas rurales (< 30 hab/Ha)

• Redes cerradas: mejor distribución de caudales, presiones,velocidades menores, mayor flexibilidad de operación ymantenimiento

• Redes mixtas

1. De mayor a menor diámetro: red principal hidráulicamenteabierta

• Poblaciones pequeñas (1 calle principal)

• Forma alargada e irregular

Red principalRed secundaria


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Configuración hidráulica (2)

2. En árbol: red principal hidráulicamente abierta

3. En parrilla: red principal hidráulicamente mixta

Red principal

Red secundaria



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Configuración hidráulica (3)

4. En mallas: red principal hidráulicamente abierta

• Forma más usual de trazado de redes



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Zonas de presión

Las presiones en la red se definen a partir del nivelmáximo en el tanque de almacenamiento.

En poblaciones con grandes desniveles altimétricos sesubdivide la red en varias zonas de presión, para que encada una se de cumplimiento a las exigencias de presión

máxima (tanque) y mínima (VRP). Cada zona de presióndebe contar con un tanque de almacenamiento quegarantiza la presión máxima. En el límite entre dos zonasde presión debe colocarse una válvula reductora depresión (VRP) que reduce la presión aguas abajo al valordeterminado para la zona.

EN LOS PUNTOS BAJOS LAS PRESIONES SON ALTAS

EN LOS PUNTOS ALTOS LAS PRESIONES SON BAJAS


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Zonas de presión (2)

Parámetros de diseño:

• Cota mínima del proyecto: 25 m

• Cota máxima del proyecto: 40 m

• 1 tanque de almacenamiento + 1 VRP por zona

Donde: CP = Cota piezométrica

CC = Cota de clave de la tubería

P = Presión

CPMÁX = CCín + PMÁX

CPín = CCMÁX + Pín


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Sectorización de redes

Aislamiento de una zona y su abastecimiento a través deun punto de entrada de agua al sector. Así, un sectorpuede ser subdividido en otro…

Ventajas. Permite:• Evaluar y controlar perdidas• Facilitar la operación y

mantenimiento• Establecer diferentes zonas de

presión• Instalar macromedidores para

verificar el funcionamiento demicromedidores

• Agilizar la detección de fugas,conexiones clandestinas y perdidas


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Especificaciones de diseño

1. Periodo de diseño:• Red matriz o ppal. 20 a 30 años

• Red 2ria. 15 a 25 años

• Red 3ria. 15 20 años

El periodo de expansión recomendado en cada etapa es deaprox. 10 años

2. Caudal de diseño. CMH aplicando los siguientes coeficientesde “mayoración”:

Población (hab) Red matriz Red 2ria Red 3ria

< 2.500 - - 1,6

2.500 – 12.500 - 1,5 1,6

12.500 – 60.000 1,4 1,45 1,5

> 60.000 1,4 1,45 1,5


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Especificaciones de diseño (2)3. Presiones extremas y de servicio:

• Pmín: referencia a la línea piezométrica dinámica (nivel mínimo en eltanque de almacenamiento – Q diseño en circulación). En cualquierpunto de las redes matriz y secundaria > 10 m de columna de agua (10mca) = 1 Kg/cm2. En ciudades de gran tamaño la Pmin > 15 mca (1,5Kg/cm2).

• Pmáx: referida a la línea piezométrica estática (nivel máximo en el tanquede almacenamiento). Para cualquier tamaño de comunidad ≤ 60 mca (6Kg/cm2). En cualquier caso Pmax < P(servicio) de la tubería (establecidasegún su clase y material)

•

P(servicio): se establece teniendo en cuenta la altura de las edificacionesque serán servidas y la definición de las zonas de presión.

Formula empírica del Ing. Gomez, B.: P = 1,2(3N+6); P en mca

N = N° máx de pisos enlas edificaciones (hasta 5). Edificios de más de 5 pisos deberán disponer de

equipos propios para elevar el agua


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Especificaciones de diseño (3)

4. Velocidades de diseño.0,6 a 1,5 m/s en zonas urbanas

0,4 a 2,5 m/s en zonas rurales

Mínima: 0,3 m/s4 m/s: Cobre; 4,5 m/s: hormigón, hierro y

acero dúctil con recubrimiento de mortero

centrifugado; 4,5 m/s: PVC; 5 m/s: Gres; 6 m/s: Acero

5. Profundidad de las tuberías. Desde la rasante hasta la cotaexterna superior de la tubería (si hay tráfico vehicular se debehacer un análisis estructural en la tubería). Mín. 0,6 m

Std. 1 m

Máx. 1,5 m

Redescerradas

Redesabiertas


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6. Distancia a otras redes de servicio público. La tubería delacueducto estará siempre por en encima de los demás ductos(alcantarillados sanitarios, pluviales, combinados; energía,teléfono, gas…). Se ubican en el anden norte.

Especificaciones de diseño (4)

Tamaño relativo

de la población

Distancia horizontal Distancia vertical

Pequeñas • Libre mínima: 1 m • Libre mínima: 0,3 m• Energía y teléfono: 0,2 m

Grandes • Libre mínima: 1,2 m• Alcantarillados sanitarioso combinados: 1,5 m

• Libre mínima: 0,5 m


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Accesorios

• Válvulas de corte: de compuerta o mariposa. Parasectorización de la red. En la tubería matriz min cada 1500 m yen todo cambio de diámetro sobre la tubería de menordiámetro (regla general). Tuberías de ≥ 6” 1 válvula cada 500m. En redes menores 1 válvula en la interconexión con la red

principal. Para aislar un máximo de 2 tramos cerrados, 4válvulas.

• Válvulas de purga: en todos los puntos bajos de la red.Descargar al sistema de alcantarillado. Tiempo de vaciado: 10h para 48”. Diámetro de la purga (min: 3”): 1/3 a 1/4 del

diámetro de la red. Para tuberías < 3” el diámetro de la purga= diámetro de la tubería.

• Válvulas de ventosa: en todos los puntos altos de la red.Remueven aire. En redes menores el diámetro de la válvula de1 a 2”.


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Accesorios (2)

• Válvulas reguladoras de presión: ya explicadas.

• Válvulas reguladoras de caudal: tipo mariposa. Limita elcaudal a través de la red a un valor máximo, previniendo quela presión aguas arriba caiga por debajo de un valor crítico.

•

Válvulas de paso directo: permiten el paso del agua en un solosentido y se colocan aguas debajo de una bomba.

• Válvulas de alivio: se abren cuando se supera una presióndeterminada, disminuyendo la presión y descargando el aguaal alcantarillado o al drenaje natural.

•

Hidrante: permite obtener el caudal de agua a la presiónrequerida para atender un incendio. Cuenta con una válvulade corte para aislarlo de la red. El diámetro mínimo es 3” y ladistancia máxima entre hidrantes es 300 m (4” y 100 m enzonas comerciales residenciales de alta densidad).


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Cálculos en mallas

Se busca el equilibrio hidráulico.

Métodos de cálculo manual:

• Hardy Cross

• Longitudes equivalentes• Método del gradiente

Programas comerciales más populares:

• Kypipe• Water CAD

• Epanet

• Cybernet y redes


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Hardy Cross para mallas• Se seleccionan previamente los caudales iniciales y los diámetros

en los diferentes tramos de la red.

• Se aplica un proceso iterativo para corregir los caudales de talmanera que el cierre de la malla no exceda un valor límite.

• Luego del cierre se verifican las velocidades y presiones en cadatramo de la red.

• Los caudales y perdidas de carga tendrán un signo de acuerdocon una convención (dirección horaria positiva y viceversa).

• Al existir una red contigua, habrá al menos un tramo en común,en que se aplicará una doble corrección de caudales, una por

cada ramal.

J = |Q|0,2785.C.D,63,

= HL J = perdida de carga unitaria en el tramoH = perdida de carga total en el tramo

∆Q = − H

1 85 HQ

H < 0,1 m

∆Q ≅ 0 Q + ∆Q = Caudal

corregido

Condiciones decierre del proceso

iterativo

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