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EADIC – Escuela Técnica Especializada
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Tema 1. Ingeniería sanitaria y conceptos
Básicos de la hidráulica aplicada
3
ÍNDICE
INGENIERÍA SANITARIA Y CONCEPTOS BÁSICOS DE LA HIDRÁULICA APLICADA ...... 4
1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................................... 4
2 CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES ............................................................................................ 5
2.1 Sistemas aP. Visión general y definiciones ................................................................................. 7
2.2 Sistemas AS. Visión general ................................................................................................................. 10
3 COMPRENSIÓN EN DETALLE DE UN SISTEMA AP .................................................................... 12
3.1 Descripción de Etapas en un Sistema AP .................................................................................... 12
4 CAUDALES DE DISEÑO PARA SISTEMAS AP ................................................................................ 23
4.1 Caudal Medio (Qmed) ................................................................................................................................ 23
4.2 Caudal Máximo Diario (QMD) ............................................................................................................. 25
4.3 Caudal Máximo Horario (QMH) ......................................................................................................... 25
5 ASPECTOS HIDRÁULICOS GENERALES APLICADOS ............................................................ 26
5.1 Flujo, velocidad y presión ........................................................................................................................ 26
5.2 Conservación de Masa y Energía ....................................................................................................... 31
5.3 Línea Piezométrica y de Energía ....................................................................................................... 33
5.4 Ecuaciones para pérdidas de Carga por Fricción y Pérdidas Menores ................ 34
6 GENERALIDADES PARA LA MODELACIÓN DE SIMULACIONES HIDRÁULICAS
39
6.1 Tipo de Proyecto según Línea Base Actual ............................................................................... 39
6.2 Elementos a considerar en una Modelación de Redes de Distribución ............... 39
6.3 Caso Particular: Simulación de Incendios ................................................................................... 41
7 ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO Y REGLAMENTACIONES ..................................... 43
4
INGENIERÍA SANITARIA Y CONCEP-TOS BÁSICOS DE LA HIDRÁULICA APLICADA
1 INTRODUCCIÓN
Todo es lenguaje; todo parte de allí, incluso antes que los números y las ecuaciones,
ya que las ideas se expresan con palabras y los conceptos también se comprenden con
ellas. Es por aquel motivo que, en este Tema 1, se hará hincapié en la presentación y desa-
rrollo de los principales conceptos involucrados en redes sanitarias AP, con lo que se
adquirirá gran parte del lenguaje base que nos permitirá:
- Comunicarnos en un mismo idioma.
- Entender en qué consiste un sistema AP y sus diferencias fundamentales con un
sistema de alcantarillado AS (agua servidas).
- Conocer y comprender los principales conceptos relacionados con redes de dis-
tribución AP.
- Ser capaces de pasar al Tema 2 del curso.
Finalmente, el Tema 1 se finalizará con un test de 10 preguntas de selección múltiple
y un caso práctico a desarrollar por el alumno.
Ahora bien, una vez trazados los lineamientos generales del Tema 1, procederemos al
desarrollo de los contenidos propiamente tales.
5
2 CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES
Para quien no esté muy familiarizado, lo fundamental es preguntarse es qué es la
ingeniería sanitaria; sin recurrir a las grandes definiciones literarias, podríamos decir, en
términos sencillos, que corresponde a la subespecialidad de la Ingeniería Hidráulica que
se encarga del cálculo, diseño y operación tanto de los sistemas de captación, conduc-
ción, tratamiento, regulación y distribución de agua potable (AP), como de los sistemas
de recolección, tratamiento y disposición final de las aguas servidas (AS)1.
Es importante comprender que, si bien la ingeniería sanitaria se trata de una subes-
pecialidad de la hidráulica, en realidad se trata de la hidráulica propiamente tal, enfocada
a la solución de problemas asociados al agua potable y al agua servida en una localidad
y población determinada.
Es por esto que todo ingeniero sanitario deberá poseer, en términos generales, los
siguientes conocimientos:
- Hidráulica de canales abiertos: aplicada a obras de captación, conducciones en
superficie libre, obras de arte, etc.
- Hidráulica de ductos en presión: aplicada a redes de distribución, impulsiones AP,
plantas elevadoras AS, etc.
- Hidráulica de pozos.
- Conocimiento de normas aplicables al cálculo y diseño de sistemas AP y AS.
- Capacidad de lectura e interpretación de planos.
- Manejo de softwares de cálculo: para agua potable, fundamentalmente HEC-RAS,
WaterCAD u otros afines; para aguas servidas, principalmente SewerCAD u otros
similares; para el procesamiento de datos: Microsoft Excel.
- Manejo de software de dibujo: AutoCAD, CivilCAD, AutoCAD MAP 3D u otros si-
milares.
- Manejo de software de georeferenciación: Google Earth, ArcGIS, Global Maper, u
otros afines.
- Evaluación económica y financiera de proyectos.
1 Cabe mencionar que, aun cuando el ámbito de trabajo de la ingeniería sanitaria también incluye proyectos de aguas lluvia, manejo de residuos sólidos, control de vectores y medio ambiente en general, en este curso nos enfocaremos, tal como nos hemos planteado, al desarrollo de proyectos de redes AP.
6
- Nociones básicas de química del agua.
Aunque todos los conocimientos enumerados son necesarios para el correcto
desempeño de un ingeniero sanitario, éste no podrá efectuar bien un proyecto (AP o AS)
si no conoce las características de la zona que se habrá de intervenir. Las principales
características de una localidad son:
- Geográficas y climáticas.
- Topográficas.
- Administrativas.
- Hidrológicas e hidrogeológicas: necesarias para proyectos de captación de agua
cruda.
- Infraestructura existente (sanitaria, vial, etc.).
- Demográficas, culturales y socioeconómicas.
- Cualquier otra característica que sea importante para el proyecto sanitario.
En definitiva, el proyecto sanitario no sólo posee una componente técnico-científica,
sino que también posee una componente social, la que no debe ser omitida en ningún
estudio o proyecto sanitario.
7
2.1 Sistemas aP. Visión general y definiciones
A continuación se darán las principales definiciones asociadas a un sistema AP. Para
ello, téngase el siguiente esquema, el cual muestra las principales obras de un sistema
AP:
Figura 1: Esquema General Sistema AP
- Sistema AP: conjunto de obras hidráulicas y civiles que permiten captar, conducir
y tratar para el consumo humano el agua cruda obtenida de un curso natural, para
luego regular y distribuir el agua tratada (potable) al o los centros de consumo que
correspondan.
8
- Curso Natural de Agua: aquél desde el cual se extrae el agua cruda, cuya compo-
sición y propiedades físico-químicas son aptas para pasar a la etapa de potabili-
zación. Puede tratarse tanto de un curso superficial (ríos, lagos, etc.), como de uno
subterráneo (p. ej. Napas). Constituye la fuente de oferta.
- Agua cruda: aquella que se extrae desde una fuente hídrica natural y que no posee
ninguna clase de tratamiento para su aprovechamiento.
- Obra de Captación: obra civil hidráulica que permite captar el volumen requerido
de agua cruda, según los requerimientos por pérdidas y de demanda.
- Pérdidas: volumen de agua que se pierde por infiltración y/o fugas en cada una
de las unidades destinadas al porteo de caudales entre la captación y el medidor
de agua potable (MAP).
- Conducción I: obra de porteo (o transporte) de caudales sin servicio domiciliario,
usualmente gravitacional, que lleva el agua cruda desde la captación hasta la
planta de tratamiento de agua potable (PTAP).
- Caudal: volumen que pasa a través de una sección transversal por unidad de
tiempo (m3/s, l/s, etcétera).
- PTAP: planta de tratamiento de agua potable, en la cual se encuentra el conjunto
de unidades de tratamiento y regulación de cabecera destinadas a la obtención
de agua potable.
- Agua potable: aquella cuyas características físicas, químicas y biológicas se ajus-
tan a las establecidas por las normas aplicables y vigentes de cada país para con-
sumo humano.
- Potabilización: conjunto de operaciones físicas y químicas que se llevan a cabo de
forma secuenciada en una planta de tratamiento de agua potable (PTAP), de modo
de entregarle las propiedades aptas para el consumo humano.
- Conducción II: obra de conducción de agua potable sin servicio domiciliario, usual-
mente a presión mediante aducción o impulsión.
- Aducción: porteo gravitacional de caudales.
- Impulsión: transporte de caudales en ductos a presión mediante equipos de ele-
vación mecánica (bombas).
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- Estanque de regulación: obra que permite almacenar y regular de forma contro-
lada los volúmenes requeridos por la red de demanda.
- Matriz: tubería a la que descarga el estanque de regulación y que conduce las
aguas, ya sea por aducción o impulsión, el agua potable a la red de distribución.
- Red de distribución: red de tuberías cuyo tramo está comprendido entre la matriz
y cada punto donde se encuentre el medidor de agua potable del cliente corres-
pondiente, exclusive.
- PEAP: Planta elevadora de agua potable; si bien puede encontrarse tanto en la
línea de la Conducción II como dentro de la red, la PEAP corresponde al conjunto
sentina-bomba que, cortando la presión de la tubería, eleva a algún punto de re-
gulación o de consumo.
- BOOSTER: sistema de elevación mecánica ubicado dentro de la red de distribu-
ción que, aprovechando la presión del sistema, impulsa caudales a puntos de con-
sumo altos a los que mediante medios gravitacionales no se puede abastecer.
- QMD: caudal máximo diario, correspondiente al volumen de agua, expresado en
términos de caudal, que se consume en el día de máximo consumo del mes de
máximo consumo, medido a la salida del estanque de regulación. Con el QMD se
diseñan las obras comprendidas entre la captación y el estanque de regulación
(ambos inclusive).
- QMH: caudal máximo horario, correspondiente al volumen de agua, expresado
como caudal, que se consume en la hora de máximo consumo del día de máximo
consumo, medido a la salida del estanque de regulación. Con el QMH se diseñan
las obras comprendidas entre el estanque de regulación y el MAP (ambos exclu-
sive).
Como es de suponer, dependiendo del nivel de profundidad con que se estudie cada
unidad de un sistema AP, irán apareciendo más conceptos. Sin embargo, dado que nos
centraremos en el estudio del tramo comprendido entre el estanque de regulación (inclu-
sive) hasta el MAP (exclusive), los conceptos específicos involucrados los estudiaremos
más adelante, en la medida que ellos vayan surgiendo.
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2.2 Sistemas AS. Visión general
Entraremos brevemente en el tema de sistemas AS, a fin que el estudiante se haga
una idea de las principales características de éste y las diferencias más importantes que
presenta respecto de los sistemas AP.
Para estos efectos, téngase el siguiente esquema general de un sistema AP:
Figura 2: Esquema General Sistema AS
Tal como se observa, el sistema consta de empalmes domiciliarios a alcantarillado
público, los que desaguan al sistema colector, cuya cantidad de tuberías y diámetros va-
riarán según las necesidades de cada localidad.
Dependiendo de la topografía del lugar y de las pendientes disponibles, el sistema
podrá contar o no con plantas elevadoras de aguas servidas (PEAS), cuya configuración
usualmente consta de un estanque o sentina, rejillas y bomba trituradora de aspiración.
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La impulsión subsecuente dirige las aguas a la planta de tratamiento de aguas ser-
vidas (PTAS), tratamiento después del cual el agua producto, una vez alcanzados los re-
querimientos físicos, químicos y biológicos dictaminados por la regulación ambiental vi-
gente, se conduce (gravitacional o mecánicamente) al cuerpo de agua de recepción final.
En términos hidráulicos, un sistema AS difiere de un sistema AP en tres aspectos
fundamentales:
- Los ductos empleados en la red de alcantarillado trabajan casi exclusivamente
como acueductos y no en presión (se hace válida la hidráulica de canales).
- El caudal AS es siempre variable y de escurrimiento no uniforme:
𝑄 = 𝑓(𝑡) ⇒ 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒
𝑣 = 𝑓(𝑥)
ℎ = 𝑓(𝑥)} ⇒ 𝑟é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑛𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒
- Las AS contienen cantidades variables de sólidos suspendidos y flotantes.
En resumen, para el buen diseño de un sistema AS, es necesario tener en cuenta:
- Las variaciones horarias, diarias y estacionales del caudal.
- Los valores máximos y mínimos correspondientes a cada variación.
- Los tipos de clientes que la red AS va a servir (particulares, industriales, comercia-
les, hospitalarios, etc.).
- La naturaleza de las materias en suspensión.
- Las características de la localidad que va a ser servida (infraestructura existente,
grado de urbanización, demografía, condiciones socioculturales, económicas,
etc.).
- El tipo de sistema AS: unitario o separado; en el primero, el caudal de diseño con-
templa la conducción de aguas lluvias, mientras que en el segundo, aguas lluvia y
aguas servidas se conducen por sistemas independientes.
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3 COMPRENSIÓN EN DETALLE DE UN SISTEMA AP
En este capítulo estudiaremos cada una de las partes indicadas en el numeral 1.2.1,
dándole especial énfasis al tramo comprendido entre el estanque de regulación (inclu-
sive) y el MAP (exclusive).
3.1 Descripción de Etapas en un Sistema AP
3.1.1 Captación
Tal como se ha mencionado anteriormente, la captación corresponde a la obra hidráu-
lica que capta los caudales requeridos desde la fuente de agua natural, para luego con-
ducirlos a las unidades de tratamiento (potabilización).
Por supuesto, existe una gran variedad, tamaño y configuración de obras de capta-
ción, según las siguientes consideraciones:
- Tipo de fuente: se tienen dos grandes grupos, las fuentes superficiales y las sub-
terráneas. Dentro de las fuentes superficiales, se pueden nombrar:
o Ríos de caudal considerable y lecho estable.
o Ríos torrenciales y cauce inestable.
o Esteros.
o Quebradas y vertientes.
o Canales.
o Lagos y lagunas.
o Embalses.
Para captar aguas superficiales, se pueden contar las siguientes estructuras:
En cauces superficiales: captación de orilla, captación de barrera, etcé-
tera.
13
En lagos y lagunas: captación con torre, captación con cañería, capta-
ción de orilla, etcétera.
En embalses: torre de captación.
Cuando se trata de captar aguas subterráneas, éstas se dividen en tres clases de
napas:
Libres (es decir, con superficie a presión atmosférica).
Artesianas (con presión superior a la atmosférica).
Colgadas (se encuentran de forma extraordinaria en sitios altos con
base impermeable).
En estos casos, para la captación de aguas subterráneas, usualmente se recurre
a la construcción de pozos, punteras, etc.
- Ubicación de la captación: independientemente del tipo de fuente, no será lo
mismo una captación costera que una de alta montaña.
- Calidad del agua cruda: la configuración de una obra que capta aguas muy torren-
tosas o con alto contenido de material en suspensión no será igual a la de una
captación de aguas calmas o bajo contenido de material de arrastre.
- Caudal de diseño: dependiendo de los volúmenes que se necesite captar para sa-
tisfacer la demanda, las dimensiones e incluso el tipo de la captación puede cam-
biar.
Según se ha dicho anteriormente, el caudal de diseño de las obras de captación co-
rresponde al caudal máximo diario, es decir QMD. El cálculo de esta variable se verá más
adelante.
3.1.2 Conducción
Como hemos visto, la conducción es una obra de porteo, dentro de las cuales pode-
mos mencionar dos grandes tipos:
- Conducción de agua cruda: aquella que portea el agua obtenida en la obra de
toma, usualmente a través de medios gravitacionales y puede tratarse ya sea de
14
una tubería a presión o flujo libre como en una canalización en superficie. Para su
diseño, se debe considerar el QMD, además de los siguientes factores:
o Topografía y trazado.
o Materiales: si se trata de un ducto, puede usarse acero, concreto, HDPE,
etc. Si se proyecta una canalización, ésta puede ser excavada (tierra, roca, etc.) o
revestida (concreto, membranas asfálticas, etc.).
o Sección transversal y pendientes, tanto máximas como mínimas.
o De ser necesario, disponer de estanque corta presión.
o Pérdidas por infiltración, en pequeñas roturas, etc.
o Cruces de quebrada y caminos.
o Obras de arte (p. ej. sifones, canoas, etc.).
o Si se trata de conducción enterrada (ducto), contemplar la ubicación de ele-
mentos de protección, tales como desagües en puntos bajos y ventosas en puntos
altos. Además, considerar presiones máximas y mínimas tolerables.
o Si se trata de conducción superficial abierta, contemplar la disposición de
obras de protección en el cruce de zonas pobladas que impidan tanto el ingreso
de animales y/o niños, como el hurto de elementos de la infraestructura y robo de
agua.
- Conducción de agua tratada: aquella que portea el agua potabilizada entre la
PTAP y el estanque de regulación. Pudiendo tratarse tanto de aducción (a presión
o a superficie libre) como de impulsión, el porteo debe siempre realizarse de ma-
nera protegida de la acción tanto del medio ambiente como de terceros.
En cuanto al diseño, rigen los siguientes factores:
- Topografía y trazado.
- QMD y pérdidas.
- Materiales y geometría de la tubería y/o ducto.
- Pérdidas de carga por roce y singularidades.
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- Si se trata de una impulsión, dimensionamiento del equipo de elevación mecánica
y elementos de protección contra golpe de ariete.
- Pérdidas por infiltración, en pequeñas roturas, etc.
- Cruces de quebrada y caminos.
- Obras de arte (p. ej. sifones, canoas, etc.).
- Elementos de protección, tales como desagües en puntos bajos y ventosas en
puntos altos.
- De ser necesario, contemplar la implementación de estanque corta presión.
- En conducciones a presión, considerar presiones máximas y mínimas tolerables
por el sistema.
- Cuando se trate de conducciones muy extensas, puede ser necesaria la ubicación
de estaciones intermedias de cloración, para así mantener concentraciones ade-
cuadas de cloro libre o residual.
3.1.3 Planta de Tratamiento de Agua Potable
Como podrá suponerse, las plantas de tratamiento de agua potable son todo un tema
por sí solas. Sin embargo, a continuación se entregará un marco general que, al menos
nos permitirá conocerlas y comprenderlas.
Las PTAP corresponden al conjunto de unidades hidráulicas dispuestas de manera
secuenciada que permiten adaptar y/o mejorar las características físico-químicas y bio-
lógicas del agua cruda, de modo de hacerla apta para el uso y consumo humano.
Las unidades de tratamiento en una PTAP convencional, nombradas en orden se-
cuencial, son las siguientes:
- Unidad de predecantación: tiene por objeto eliminar la presencia de partículas ma-
yores (p. ej. arena) en el agua cruda, de modo de evitar problemas en los procesos
posteriores.
16
- Unidad de mezcla: en esta estructura se fuerza la generación de un resalto hidráu-
lico, donde se agregan los coagulantes (usualmente sulfatos de aluminio), sir-
viendo además como unidad de aforo. La canaleta tipo Parshall es de uso común
en esta clase de unidades.
- Unidad de floculación: posterior a la mezcla de coagulante, se sitúa esta unidad,
destinada a la formación de partículas denominadas flóculos, mediante agitación
lenta.
- Unidad de decantación: una vez floculada el agua, se procede a separar los sólidos
del líquido, es decir, la extracción de las partículas coaguladas en suspensión
(flóculos) por sedimentación, en ellas caen por su propio peso.
- Unidad de filtros: tiene como principal fin separar de la fase líquida las partículas
y microorganismos objetables que no han quedado retenidos en los procesos pre-
vios.
- Unidad de desinfección: dispuesta directamente aguas debajo de la unidad de fil-
tros, corresponde a aquella en que se efectúa la aplicación de cloro, usualmente
por inyección directa a cañerías mediante el empleo de difusores.
- Unidad de fluoración: en el caso que sea contemplado por condición de proyecto,
se inyecta flúor al agua previamente clorada.
Otras estructuras o unidades que pueden encontrarse en una PTAP, corresponden a:
- Cámaras repartidoras: tienen por objeto asegurar la equi-repartición eficiente del
flujo afluente a las distintas unidades de tratamiento y pretratamiento.
- Equipos de bombeo.
- Estanques de agua tratada.
- Laboratorio.
Los principales factores de diseño son los siguientes:
- Ubicación de la planta y espacio para la disposición de las diversas unidades de
pretratamiento, tratamiento, regulación, almacenaje de químicos, laboratorio, etc.
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- Caudales: si bien el caudal de diseño que garantiza la satisfacción de la demanda
corresponde al QMD (más pérdidas dentro de la planta), se deben considerar dos
situaciones extremas de verificación:
o Situación reducida por ejemplo, considerar operación con caudal 10%
bajo el de diseño.
o Situación de sobrecarga por ejemplo, considerar operación con caudal
10% sobre el de diseño.
- Período de Retención (TR): medido en unidades de tiempo, el TR aplica al diseño
de las unidades de predecantación, floculación y decantación, y corresponde a la
relación entre el volumen de unidad determinada y el caudal pasante por dicha
unidad. Corresponde a un valor de diseño previamente definido, usualmente a tra-
vés de la experiencia (valores usuales, según tipo y tamaño de la unidad y de la
planta).
- Tasa Superficial o Tasa de Filtración (TF): medida en m3/m2/día, aplica al diseño
de unidades de filtros; corresponde a la razón entre el caudal total filtrado en el
tratamiento y el área del lecho del medio poroso a través del cual pasa. El valor de
TF se determina para el diseño a través de la experiencia (valores usuales según
tipo de unidad).
- Características del agua cruda: dependiendo en gran medida del tipo de fuente,
básicamente se considera la calidad del agua cruda bajo dos enfoques:
o Calidad bacteriológica: las normativas sanitarias de cada país establecen
los rangos de tolerancia aceptables para los diversos parámetros bacteriológicos
(p. ej. coliformes totales vs. fecales).
o Calidad físico-química: se consideran parámetros tales como el color, sa-
bor, olor, pH, alcalinidad, turbiedad, oxígeno disuelto y conductividad específica,
entre varios otros, además de la presencia de nitrógeno orgánico, sílice, aluminio,
arsénico, cloruros, fluoruros, nitratos, sulfatos, etc. Para cada parámetro, la norma-
tiva sanitaria vigente de cada país, establece los rangos tolerables.
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Dependiendo de la calidad y características del agua cruda, se configurarán las
unidades de tratamiento y pretratamiento necesarias para abatir cada valor fuera
de rango tolerable.
- Tipo de tratamiento final elegido: queda determinado por las características del
agua cruda, mencionadas en el punto anterior.
3.1.4 Regulación
Entendiendo a la regulación como el efecto amortiguador entre los volúmenes de
oferta y de demanda (es decir, entre el QMD y el QMH), las estructuras encargadas de
generar dicho efecto corresponden a los denominados “estanques de regulación”.
Estos estanques deberán poseer, en su diseño, las características tales que aseguren:
- Su estanqueidad y estabilidad estructural.
- La cota mínima necesaria de modo de proveer presión al sistema, en lo posible
sólo gravitacionalmente.
- Una cota máxima, que garantice la seguridad del sistema, desde el punto de vista
de las presiones máximas en todos los puntos de la red de distribución.
- El volumen mínimo necesario para satisfacer la demanda del sistema y la seguri-
dad del mismo ante situaciones de emergencias, tales como incendios en la loca-
lidad servida y desperfectos en el sistema de conducciones.
De este modo, los estanques se pueden clasificar según la ubicación dentro del sis-
tema, estructuración, material y tamaño.
- Según su ubicación: los hay de cabecera y de pié; los primeros son aquellos a los
cuales llega y se almacena el agua potable para luego distribuir a la población
(situación usual). Los segundos se ubican a la cola de la red, pasando primero por
ésta, elevándose los caudales sobrantes al estanque (situación poco usual).
- Según su estructuración: los hay elevados, enterrados y semienterrados.
- Según su material de construcción: los hay de concreto armado, metálicos, fibra
de vidrio, etcétera.
19
- Según su tamaño: grandes, medianos y pequeños, de acuerdo a la capacidad de
almacenamiento (volumen).
Para el correcto dimensionamiento y diseño de un estanque de regulación, se deben
considerar los siguientes parámetros:
- Vectores de consumo horario para el día de máxima demanda2.
- Horas de bombeo durante el día, si el estanque es abastecido mediante elevación
mecánica.
- El volumen de incendio.
- El volumen de seguridad.
- Su ubicación, estructuración y material de construcción más conveniente.
- Para definir la cota basal: considerar cotas máxima y mínima del conjunto de pun-
tos de entrega versus presiones máximas y mínimas tolerables en cada punto de
la red.
- La correcta disposición de elementos de seguridad y operación: desagüe, rebose,
válvulas, by-pass, equipos de bombeo y válvulas, entre otros.
Más adelante atenderemos en detalle el modo de calcular un estanque de regulación.
3.1.5 Red de Distribución y Consumo
La red de distribución corresponde al conjunto de cañerías que transporta y entrega
el agua potable a los distintos puntos de consumo, constituidos por los MAP.
Los principales tipos de redes se configuran, básicamente, por su geometría. A partir
de esto, se tienen las más importantes clases de redes:
- De anillo o cerradas: usuales en zonas urbanas.
- Ramificadas: comunes en zonas rurales.
- Mixtas: poseen anillos y ramales.
2 Usualmente, puede ser algo difícil encontrar curvas de demanda horaria. En caso de no contar con ella o no poder esti-marla, el volumen se puede calcular a partir del Volumen Máximo Diario (VMD), tal como lo sugiere la NCh691: VREGULACIÓN
MÍNIMO ≥ 0.15 VMD.
20
Dentro de la red se ubican diferentes elementos que sirven para darle una operativi-
dad eficiente y segura. Los elementos más importantes son:
- Tuberías según importancia, usualmente asociada al diámetro y espesor: alimen-
tadores, principales, secundarias, etc.
- Cuarteles: sectorización planificada de tuberías a través de válvulas de corta, cu-
yas zonas abastecidas pueden independizarse del resto de la red ante emergen-
cias, reparaciones, etc.
- Grifos o hidrantes: permiten extraer agua de la red para apagar incendios.
- Válvulas: las hay de diferentes tipos y su utilidad o función dependerá de la clase
de válvula a disponer.
- Elementos de protección y mantención de la red: ventosas y desagües.
- Tapones (fin de ramales).
- Singularidades de conectividad entre tuberías: reducciones, Tees, cruces, etcétera.
- Obras de atravieso.
- Plantas elevadoras de agua potable (PEAP) y boosters.
Para el diseño de la red, deben considerarse los siguientes parámetros:
- Topografía y trazado.
- QMH, caudal de incendio y caudal coincidente.
- Materiales y diámetros.
- Pérdidas de carga: friccionales (es decir, por roce) y singulares.
- Presiones de servicio: estática y dinámica.
- Ubicación y cantidad de grifos.
- Válvulas y cuarteles.
- Atraviesos.
- Cámaras de válvulas.
Más adelante veremos el dimensionamiento y cálculo de redes, para luego pasar a la
etapa de modelamiento.
21
3.1.6 Planta Elevadora de Agua Potable (PEAP) y Boosters
Tal como se ha esbozado anteriormente, la diferencia básica entre una PEAP y un
booster consiste en que la primera consta de una sentina de acumulación o estanque,
cortando la presión del sistema para luego elevar mecánicamente, mientras que la se-
gunda aprovecha la presión de la red para impulsar.
Si bien el uso de este recurso debe evitarse dada pérdida de eficiencia del sistema, es
posible usarlo sólo cuando los medios gravitacionales no sean suficientes como para
llegar a puntos altos o dotar de presión adecuada en los puntos de consumo.
Los principales parámetros a considerar en el diseño de una PEAP son los siguientes:
- Ubicación.
- Caudal de diseño (pudiendo ser QMD o QMH, dependiendo del lugar en que se
ubique dentro del sistema).
- Régimen de bombeo.
- Cota de equipos de elevación mecánica, cota de la descarga y presión con la que
se requiere llegar.
- Dimensionamiento de la capacidad volumétrica de la sentina de aspiración.
- Diámetro y material de la impulsión, considerando presión de trabajo y pérdidas
de carga friccionales y singulares.
- Curva característica del equipo de bombeo.
- Configuración de los equipos de bombeo (serie / paralelo).
- Potencia instalada.
- Consumo energético.
Por su parte, para el diseño de un booster, se debe considerar:
- Ubicación en que se hace necesaria.
- Caudal de diseño (QMH).
- Pérdidas de carga friccionales y singulares.
- Presión aprovechable de la red en el punto de ubicación.
22
- Presión requerida en los puntos de la red aguas arriba de la impulsión.
- Curva característica del equipo de elevación.
- Potencia instalada.
- Consumo energético.
23
4 CAUDALES DE DISEÑO PARA SISTEMAS AP
Para el dimensionamiento y diseño de las obras hidráulicas dentro de un sistema AP,
tendremos que manejar, principalmente, tres conceptos:
- Caudal medio (Qmed).
- Caudal máximo diario (QMD).
- Caudal máximo horario.
A continuación estudiaremos las expresiones que permiten calcular cada caudal.
4.1 Caudal Medio (Qmed)
Se define como el producto entre la población a abastecer, la dotación y la cobertura.
La expresión que rige para su cálculo es la siguiente:
𝑄𝑚𝑒𝑑 =𝑃 ∙ 𝑑 ∙ 𝐶
86400 [𝑙/𝑠]
donde:
P: población total (cantidad de habitantes de una localidad).
d: dotación de consumo (l/hab/día); no se consideran pérdidas, pues es un valor
de facturación por cliente. Se define como el consumo medio per cápita en un año
en una localidad considerando todos los usos del agua.
C: cobertura expresada en porcentaje; corresponde al porcentaje de la población
censada o proyectada que será servida por el sistema a diseñar.
El dato del número de habitantes debe extraerse a partir de datos censales; en caso
de diseñar para un período de previsión (por ejemplo, a 20 años), deberá efectuarse una
proyección poblacional con los últimos datos censales.
La dotación de consumo, usualmente, es un valor fijo en el tiempo, a menos que la
localidad esté experimentando cambios socioeconómicos o culturales notables. Este
24
dato puede obtenerse mediante consulta a la empresa sanitaria local, o, en caso de no
estar disponible la información, estudiando localidades existentes que posean similares
características a la que se desea servir y de las cuales se pueda conocer la dotación de
consumo.
En la dotación de consumo impactan los siguientes factores:
- Período estacional.
- Condición socioeconómica.
- Tarifas.
- Usos y costumbres.
- Actividad económica de la localidad.
- Población flotante.
Para el diseño de conducciones aguas arriba de la regulación, se debe considerar la
denominada “dotación de producción”, la que considera las pérdidas en el sistema. Esta
dotación de producción queda definida por:
�̅� =𝑑
1 − Λ [𝑙/ℎ𝑎𝑏/𝑑í𝑎]
en que:
�̅�: dotación de producción.
Λ: pérdidas, expresadas en porcentaje.
Luego, el caudal medio de producción quedaría dado por:
�̅�𝑚𝑒𝑑 =𝑃 ∙ �̅� ∙ 𝐶
86400 [𝑙/𝑠]
Respecto a la cobertura, ella también es un dato que se puede obtener de la empresa
sanitaria local; usualmente, en la actualidad y en la mayoría de los países desarrollados,
la cobertura está tendiendo al 100%.
25
4.2 Caudal Máximo Diario (QMD)
El caudal máximo diario, ya definido de manera conceptual anteriormente, se calcula
mediante la expresión:
𝑄𝑀𝐷 = 𝐶𝑀𝐷 ∙ 𝑄𝑚𝑒𝑑
en que CMD corresponde a un factor de variación diaria del consumo en que, usual-
mente se cumple que:
1.1 ≤ 𝐶𝑀𝐷 ≤ 2.0
Es muy importante notar que este factor depende de cada localidad y su distribución
diaria de consumo en el tiempo. Una buena manera de estimar este valor es acudiendo a
la empresa sanitaria local y consultar sobre los valores usuales que utilizan en sus pro-
yecciones.
Por otro lado, cabe mencionar que, para el caso del QMD de producción, se debe con-
siderar la siguiente expresión:
𝑄𝑀𝐷̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ = 𝐶𝑀𝐷 ∙ �̅�𝑚𝑒𝑑
4.3 Caudal Máximo Horario (QMH)
Análogamente al caso anterior, el QMH equivale al QMD amplificado por un factor
que representa la variabilidad horaria del consumo. La expresión que rige es:
𝑄𝑀𝐻 = 𝐶𝑀𝐻 ∙ 𝑄𝑀𝐷 ; 1.5 ≤ 𝐶𝑀𝐻 ≤ 3.0
De igual forma, para determinar con buen grado de ajuste y de manera justificada el
valor de CMH, se recomienda recurrir a la práctica sanitaria local, pues las variaciones
horarias del consumo dependen fundamentalmente de la zona del proyecto.
26
5 ASPECTOS HIDRÁULICOS GENERALES APLICADOS
5.1 Flujo, velocidad y presión
A continuación, nos detendremos unos momentos para revisar estos tres conceptos,
los que, si bien desde el punto de vista científico se puede establecer todo un desarrollo
físico y matemático, la verdad es que, con una visión ingenieril, podremos aplicar estos
conceptos de forma directa y sencilla.
Es muy importante tener claro que, desde el punto de vista práctico, la ingeniería sa-
nitaria asume una serie de supuestos simplificadores, que, si bien no necesariamente se
ajustan a la realidad física de los fenómenos involucrados, hidráulicamente se ajustan a
los requerimientos conservadores de diseño. Estos supuestos consideran que el flujo es
incompresible, permanente y uniforme.
Por supuesto, estas simplificaciones y cualquiera otra que se piense aplicar deberán
ser aplicadas con cuidado y criterio según las características del problema en particular
que se quiera resolver.
5.1.1 Conceptos de flujo y velocidad
En términos generales, dentro de un campo vectorial, el flujo corresponde a una mag-
nitud escalar que queda definida por la integral de superficie:
Φ = ∫�⃑� ∙ �⃑� 𝑑𝑆
𝑆
donde:
�⃑� : campo vectorial.
�⃑� : vector unitario perpendicular a la superficie S.
27
Ahora bien, si pensamos que en ingeniería hidráulica, en lugar de hablar de flujo, ha-
blamos de caudal Q, que nuestro campo vectorial podría tratarse de un campo de veloci-
dades y que la superficie se trata del área a través de la cual pasa nuestro caudal, luego
podemos escribir:
Q = ∫𝑣 ∙ �⃑� 𝑑Ω
Ω
Si miramos la expresión anterior, notaremos que aún faltan algunas simplificaciones
por hacer; veamos:
- Si pensamos en un campo de velocidades al interior de una tubería a presión de
diámetro D, veremos que el perfil de velocidades tiene una forma:
Claramente, aunque se trata de un modelo, es lo que mejor se ajusta a la realidad.
Sin embargo, en ingeniería podemos asumir que el perfil del campo de velocida-
des es uniforme.
- Por otro lado, con gran certeza podemos suponer que 𝑣 y �⃑� son paralelos (es decir,
𝑣 es perpendicular a Ω), por lo que el producto punto entre ambos equivale a 𝑣.
Como consecuencia de estos supuestos, podemos escribir que:
𝑄 = 𝑣 ∙ Ω = 𝑉
𝑡
en que V es volumen de agua que circula por Ω y t el tiempo que transcurre durante
el paso de dicho volumen.
28
5.1.2 Concepto de Presión
Recurriendo a la definición más simple de presión, se tiene que:
𝑃 =𝐹
Ω
donde P es la presión que ejerce una fuerza F sobre una superficie Ω.
Eso en términos muy generales; pero, ¿cómo aplicar esa expresión a la hidráulica?
No queremos entrar en deducciones matemáticas provenientes de volúmenes de control,
¿no es cierto? Pues bien, para comprender como se relaciona la fuerza y la presión al
interior de in fluido, es necesario tener claro sólo dos conceptos:
- Presión Hidrostática.
- Presión Hidrodinámica.
La presión hidrostática se define como aquella que es ejercida por el peso propio de
un fluido (en nuestro caso, agua) sobre una superficie. Se calcula como:
𝑃 = 𝜌 𝑔 ℎ + 𝑃𝑎𝑡𝑚
En que:
P: presión ejercida por una columna de agua de altura h.
ρ: densidad del agua; usualmente se considera equivalente a 1000kg/m3.
g: aceleración de gravedad.
h: altura de la columna de agua que ejerce la presión.
Patm: presión atmosférica.
En este punto, será de gran utilidad introducir el concepto de carga hidráulica, dada
su gran practicidad, pues nos permite hablar tanto de presión como de energía, asociando
ambos conceptos a una altura de agua.
29
Para esto, considérese que ρ g = γ, en que γ corresponde al peso específico del agua.
Si en la ecuación anterior dividimos por γ, nos queda la expresión:
𝑃
𝛾= ℎ +
𝑃𝑎𝑡𝑚
𝛾
Dado que Patm/γ → 0, luego podemos escribir que:
𝑃
𝛾= ℎ
Esto nos indica que la presión que ejerce una columna de agua bajo ella está directa-
mente relacionada con la altura de dicha columna. Es entonces cuando aparece el con-
cepto mca (metro columna de agua), que no es más que una medida de presión, pues
1mca equivale a 0.1bar.
Así entonces, la carga hidráulica, usualmente denominada H, la usaremos de ahora
en delante de manera insistente, pudiendo decir que, para el caso estático:
𝐻 =𝑃
𝛾= ℎ [mca]
Por su parte, la presión hidrodinámica corresponde a aquella en la que intervienen las
fuerzas que se producen por el movimiento del fluido, las que son atribuidas, por lo ge-
neral, a fuerzas de roce entre el material y el fluido y a caídas de presión producto de
singularidades como cambios de sección.
Si sólo consideramos las pérdidas de carga por efecto del roce, podemos plantear el
siguiente esquema de flujo al interior de un trozo de tubería a presión:
30
Luego, en términos de carga hidráulica H, la carga hidrodinámica en un punto deter-
minado se calcula mediante la expresión:
𝐻1 + 𝑍1 +𝑣1
2
2𝑔= 𝐻2 + 𝑍2 +
𝑣22
2𝑔+ 𝐽 ∙ 𝐿
donde:
H1 , H2: carga hidráulica en los puntos 1 y 2, respectivamente (mca).
Z1, Z2: altura topográfica de los puntos 1 y 2, respectivamente (m).
v1, v2: velocidad de flujo en las secciones 1 y 2, respectivamente (m/s).
J: pérdida de carga unitaria por roce (m/m).
L: longitud de la tubería entre los puntos 1 y 2 (m).
Es muy importante dejar establecido que el término v2/2g es denominado altura de
velocidad, y corresponde a un término de energía dinámica del fluido.
De las pérdidas de carga, tanto friccionales como singulares y de la línea de carga nos
ocuparemos más adelante.
31
5.2 Conservación de Masa y Energía
Dado que, para nuestros efectos prácticos, en lugar de masa podemos hablar de cau-
dal, la ley de conservación la podemos simplificar al nivel de la primera ley de Kirchoff, la
cual dice que, teniéndose un nudo como el siguiente:
se cumple la siguiente relación:
𝑄 = 𝑄𝑜 + d𝑄
Cabe destacar que, si bien parece en extremo sencilla y obvia, esta relación, junto con
las ecuaciones de energía (carga hidráulica), es el fundamento de los métodos numéricos
que permiten resolver redes hidráulicas.
En referencia a la conservación de la energía, podemos decir que ya hemos hablado
un poco al respecto, cuando se planteó la ecuación de carga, en términos de H.
En términos generales, en una ecuación de balance de energía, típica en aplicaciones
sanitarias, podemos distinguir las siguientes componentes:
- Energía Potencial: asociada a la diferencia de altura que existe entre dos puntos
en un fluido, es producida por una fuerza externa, ejercida por el campo gravita-
cional. Desde el punto de vista del fluido, es una energía de signo positivo (+).
- Energía dinámica externa: puede encontrarse de dos tipos:
32
o Energía mecánica de impulsión (Hman): aquella que es producida por fuer-
zas mecánicas que realizan trabajo al movilizar la columna de agua entre puntos
de distinta cota. Desde el punto de vista del fluido, es una energía de signo positivo
(+).
o Energía mecánica por roce (J x L) y singularidades (K): aquella que se ge-
nera por las fuerzas de roce entre el fluido y el material al interior del circula o por
condiciones geométricas particulares que inducen la disipación de energía. Desde
el punto de vista del fluido, es una energía de signo negativo (-).
- Energía dinámica interna: corresponde a la ya comentada “altura de velocidad”, y
se expresa mediante la expresión:
𝑈 =𝑣2
2𝑔=
𝑄2
2𝑔Ω2
De esta manera, y a modo de ejemplo, téngase el siguiente sistema:
ΔHTOP
ΔHIMP HDIN
33
La ecuación de balance de energía vendrá dada por:
𝐻𝐷𝐼𝑁 = Δ𝐻𝑇𝑂𝑃 + ∑𝐽𝑖 ∙ 𝐿𝑖 + ∑𝐾𝑗 ∙𝑣𝑗
2𝑔+
𝑣2
2𝑔= 𝐻𝑀𝑎𝑛
𝑗𝑖
donde:
HDIN : carga hidráulica dinámica del sistema (mca).
Ji : pérdida de carga unitaria por roce en el i-ésimo tramo de la aspiración -
impulsión (m/m).
Li : longitud del i-ésimo tramo de la aspiración – impulsión (m).
Kj : coeficiente de pérdida de carga singular en la j-ésima singularidad (adi-
mensional).
vj : velocidad de flujo en la j-ésima singularidad (m/s).
v2/2g : altura de velocidad en la descarga de la impulsión (mca).
HMan : altura manométrica (mca); corresponde a la altura de presión con que
eleva la bomba.
5.3 Línea Piezométrica y de Energía
En este apartado aclararemos la leve, aunque importante diferencia entre ambos con-
ceptos.
La línea piezométrica es aquella que queda subtendida entre dos puntos en que se
mide la presión hidrostática disponible.
Por su parte, la línea de energía corresponde a lo que hasta ahora hemos llamado
línea de carga, tal como se ha planteado en ejemplo anterior.
La siguiente figura, extraída del texto “Hidráulica de Canales Abiertos” (Ven Te Chow,
Editorial McGraw Hill, 2004), ejemplifica las diferencias entre un tipo de línea y otra.
34
5.4 Ecuaciones para pérdidas de Carga por Fricción y Pérdidas Menores
5.4.1 Pérdidas por Fricción en Ductos a Presión
En primer lugar, reconozcamos una cosa: se ha desarrollado un sinnúmero de expe-
riencias de laboratorio para determinar las relaciones que permiten estimar las pérdidas
de carga por fricción, existiendo una amplia gama de expresiones que pueden aplicar a
uno o más materiales dentro de los cuales escurre agua.
Por supuesto, cada material posee sus propias características físicas y si a eso le su-
mamos las posibles variaciones geométricas en la sección de escurrimiento, las relacio-
nes resultantes para estimar las pérdidas friccionales pueden ser muy disímiles.
Sin embargo, como este es un curso práctico, detallaremos la expresión más común
y sencilla de aplicar, que tanto los cálculos manuales de rutina, como los softwares ac-
tuales (p. ej. WaterCAD), incorporan en los procesos de diseño y dimensionamiento; esto
justifica, desde ya, el buen juicio de utilizarla.
35
Nos referimos a la expresión de Hazen – Williams, la cual tiene la siguiente forma y
aplica para ductos de geometría circular con agua en su interior:
𝐽 =10.667
𝐷4.871∙ (
𝑄
𝐶𝐻−𝑊)1.852
para la cual se tiene que:
J : pérdida de carga unitaria por fricción (m/m).
D : diámetro del ducto o tubería (m).
Q : caudal (m3/s).
CH-W : Coeficiente de Hazen – Williams (adimensional); depende del material y
del grado de daño o uso que éste pudiera presentar.
La pérdida de carga, en mca, vendrá dada por el pructo entre J y la longitud del tramo
correspondiente, es decir:
𝜆𝑓 = 𝐽 ∙ 𝐿 [𝑚𝑐𝑎]
Para la determinación de CH-W, existen tablas que entregan los valores usuales de
cálculo correspondientes a cada material y condición. A continuación se entregan tabu-
lados algunos valores:
36
Para los materiales cuyo CH-W se desconozca, éstos deberán ser consultados al fabri-
cante.
Es de toda justicia recalcar que existen expresiones bastante más exactas para la es-
timación de pérdidas de carga friccionales, tales como la de Darcy-Weissbach que, junto
con la ecuación de Colebrook-White, se pueden estimar de manera muy exacta dichas
pérdidas, independientemente del tipo de fluido (siempre y cuando sea de tipo newto-
niano) y del material.
Sin embargo, la aplicación de estas expresiones es más compleja y sólo se justifica
cuando se trata de problemas especiales o en donde el grado de precisión requerido es
alto. Por ende, no entraremos en mayores detalles.
37
5.4.2 Pérdidas Singulares o Menores
Las pérdidas singulares, tal como ya se ha comentado, corresponden a aquellas que
se producen cuando el flujo se encuentra con singularidades tales como:
- Válvulas.
- Cambios de sección.
- Cambios de dirección.
- Bifurcaciones.
- Adición de caudal.
En términos generales, la pérdida singular λs es proporcional a la altura de velocidad,
es decir:
𝜆𝑠 = 𝐾 ∙𝑣2
2𝑔= 𝐾 ∙
𝑄2
2𝑔Ω2 [𝑚𝑐𝑎]
Cuando existen cambios de sección (p. ej. reducciones), corresponderá calcular la pér-
dida singular a partir de la diferencia entre alturas de velocidad en cada sección, esto es:
𝜆𝑠 = 𝐾 ∙|𝑣𝑖
2 − 𝑣𝑓2|
2𝑔 [𝑚𝑐𝑎]
donde vi y vf son las velocidades inicial y final, respectivamente. Por supuesto, λs
siempre es un valor positivo (aunque en el balance de energía se considera negativo), por
lo que se toma siempre el valor absoluto del numerador.
Los valores de K, en la mayoría de los casos se encuentran tabulados; sin embargo,
dada la gran variedad de casos que se pueden encontrar en un proyecto, no será del todo
fácil encontrarlos todos, por lo que se deberán redoblar los esfuerzos de búsqueda.
En el caso que no sea posible encontrar una fuente confiable con el valor de K para
un caso determinado, se recomendará adoptar valores juiciosamente conservadores.
38
Por ejemplo, para el caso de algunas singularidades en tuberías a presión, la siguiente
figura muestra valores de K adoptables para cálculo de pérdidas singulares:
39
6 GENERALIDADES PARA LA MODELACIÓN DE SIMULA-
CIONES HIDRÁULICAS
6.1 Tipo de Proyecto según Línea Base Actual
La línea base de un proyecto corresponde a las características y condiciones actuales
en que se encuentra el área de influencia del proyecto.
En el caso de proyectos de ampliación de redes, será del todo importante catastrar,
caracterizar y evaluar la infraestructura existente, a fin de determinar los objetivos y lími-
tes de la ampliación. Esta tarea es una de las primeras que se deben llevar a cabo, pues
será la información que resulte de ella la que nos entregue las directrices del proyecto.
De esta manera, podemos tener varios tipos de proyecto, tales como:
- Ampliaciones de redes.
- Mejoras de redes.
- Creación o extensión de redes.
- Reposición de redes.
Su naturaleza dependerá de la línea base realizada y de la información que de ella
obtengamos.
6.2 Elementos a considerar en una Modelación de Redes de Distribución
Conocida la línea base del proyecto sanitario y sus objetivos, se procede a considerar
los siguientes elementos y/o parámetros de modelación:
- Período de previsión: corresponde a la vida útil del proyecto, al cabo del cual será
necesario replantear la línea base y proyectar las acciones requeridas para el buen
funcionamiento del sistema.
- Ubicación Georeferenciada de la zona de proyecto.
40
- Puntos de regulación: ubicación, volumen y cota del o los estanques de regulación
que abastecen a la red.
- Red de distribución: trazado, configuración, diámetros, longitudes y materiales de
la red existente (en caso de que exista). Si no existe, deberán proyectarse los tra-
zados de manera previa, de acuerdo a las características urbanas o rurales de la
zona que se desee abastecer.
- Ubicación y distribución georeferenciada de los clientes actuales y proyectados.
- Puntos de consumo: en términos de la modelación, corresponderán a los nodos
juiciosamente definidos a los que se les asigna y/o distribuye el consumo.
- Escenarios de modelación: por ejemplo, condición estática, dinámica, de incendio,
actual, futura, etc. Cada escenario tendrá su propio caudal de consumo.
- Consumo nodal: caudal el cual se asigna a cada nodo; el valor dependerá del es-
cenario que se esté modelando. La asignación de caudal dependerá de la partici-
pación porcentual de cada cliente respecto del consumo global del sistema.
- Grifos: de acuerdo a la línea base, se asignarán nodos a los grifos existentes. En
el caso de ampliaciones de red, se deberán incluir como parte del proyecto donde
sea necesario.
- Caudal de incendio.
- Válvulas: se deberán incluir en la modelación las existentes y proyectadas. Los
tipos de válvulas a incluir, entre otras, serán:
o Válvulas de corta.
o Válvulas reductoras de presión.
o Válvulas sostenedoras de presión.
o Válvulas reductoras de caudal.
- Equipos de elevación mecánica presentes en la red.
- Zonas de presión y acuartelamiento de redes.
Los resultados más relevantes que se debe considerar como salida en una modela-
ción son:
41
- Presiones de servicio (máximas y mínimas) bajo requerimientos por norma.
- Refuerzos de tubería proyectados para garantizar el correcto funcionamiento del
sistema dentro del período de previsión.
- Válvulas y elementos proyectados.
6.3 Caso Particular: Simulación de Incendios
Supóngase que se desea realizar una nueva urbanización, la que cuenta con su pro-
pio estanque de regulación, el cual se alimenta mediante elevación mecánica desde la
red.
La cantidad de grifos y su distribución dentro de la urbanización se determina me-
diante los siguientes criterios:
- Cantidad de grifos: depende de la cantidad de habitantes. Una manera de estimar
la cantidad n de grifos en función de la cantidad P de habitantes es:
𝑛 = 0.5√𝑃
- La distribución de grifos, según NCh691.Of98:
42
- Otras consideraciones:
o Caudal mínimo de incendio por grifo (NCh691.Of98): 16l/s.
o Diámetro mínimo grifos (NCh691.Of98): 100mm.
o La cantidad de grifos en uso simultáneo (NCh691.Of98):
o Caudal de verificación en modelo de red: se utiliza el denominado “caudal
coincidente”, equivalente a la suma del QMD el caudal de incendio bajo condición
de grifos en operación simultánea, es decir (NCh691.Of98):
𝑄𝐶𝑜𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑄𝑀𝐷 + 𝑄𝑖𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑜
o La presión mínima que se debe verificar en toda la red a nivel de terreno es
de 5mca (NCh691.Of98).
43
7 ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO Y REGLAMENTA-
CIONES
Hasta el momento, se han establecido una gran serie de consideraciones y criterios
dirigidos al buen diseño de sistemas AP, en especial a redes de distribución.
A modo de resumen, podemos decir que el buen proyectista sanitario es aquél que:
- Conoce a cabalidad la situación base del proyecto.
- Establece de manera juiciosa los objetivos, límites y necesidades del proyecto.
- Conoce los datos de entrada del problema y los datos de salida más relevantes.
- Establece una metodología de evaluación, diseño y cálculo de alternativas, ba-
sada en el estado del arte actual de la ingeniería sanitaria.
- Se apoya y circunscribe a las normativas legales vigentes de diseño.
- Es capaz de generar la solución más eficiente desde el punto de vista técnico,
económico y operacional.
Respecto a las normativas, es de vital importancia que el ingeniero conozca su exis-
tencia y aplicabilidad, ya que todo diseño ajustado a norma queda respaldado por los que
dictan las buenas prácticas de la ingeniería.
Por supuesto, cada país cuenta con sus propios estándares y normas; es por eso que
se insiste en la necesidad de que cada profesional conozca, estudie y aplique las normas
de su país.
En el caso de Chile, el Instituto Nacional de Normalización (INN) se encarga de redac-
tar, emitir y actualizar cada una de las normas (de carácter legal) aplicadas a cada uno de
los ámbitos normados de la ingeniería, incluida la sanitaria. A continuación se detallan
algunas de las normas que aplican al área sanitaria en el rubro del agua potable:
- NCh409/1.Of2005 – Agua Potable Parte 1 – Requisitos
- NCh409/2.Of2004 – Agua Potable Parte 2 – Muestro
- NCh410.Of96 – Calidad del Agua - Vocabulario
44
- NCh691.Of98 – Agua Potable – Conducción, Regulación y Distribución.
- NCh692.Of2000 – Agua Potable – Plantas Elevadoras – Especificaciones Gene-
rales.
- NCh777/1.Of2000 – Agua Potable – Fuentes de abastecimiento y obras de cap-
tación – Parte 1: Terminología, clasificación y requisitos generales.
- NCh777/1.Of2000 – Agua Potable – Fuentes de abastecimiento y obras de cap-
tación – Parte 2: Captación de aguas subterráneas.
Como puede verse, las normas señaladas son sólo una muestra, pero el profesional a
cargo debe manejarlas todas las que sean pertinentes al proyecto.
Los aspectos de diseño que no sean cubiertos por las normas de cada país, podrán
ser abordados a través de normas internacionales autorizadas y aceptadas por las auto-
ridades competentes.
