ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADOABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CURSOCURSO

CLASE 4CLASE 4

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS Parte IESTRUCTURAS HIDRAULICAS Parte ILINEA DE CONDUCCION Y RESERVORIO DE LINEA DE CONDUCCION Y RESERVORIO DE

ALMACENAMIENTO DE AGUAALMACENAMIENTO DE AGUA

TIPOS DE TIPOS DE CAPTACICAPTACIÓÓNN

Y Y CONDUCCICONDUCCIÓÓNN

EN EN SISTEMAS SISTEMAS

PRINCIPALESPRINCIPALES

LINEA DE CONDUCCIONLINEA DE CONDUCCION

1.1 CARGA DISPONIBLE1.1 CARGA DISPONIBLE1.2 CAUDAL DE DISE1.2 CAUDAL DE DISEÑÑOO

LINEA DE CONDUCCION

1. CRITERIOS DE DISEÑO

1.3 CLASE DE LA TUBERIA1.3 CLASE DE LA TUBERIA1.4 DIAMETROS1.4 DIAMETROS1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

1.5.a V1.5.a Váálvulas de airelvulas de aire

1.5.b V1.5.b Váálvulas de purgalvulas de purga

1.5.c C1.5.c Cáámaras rompemaras rompe--presipresióónn

1.5.d V1.5.d Váálvulas de purgalvulas de purga2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO

3. PERDIDA DE CARGA3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO

4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA5. COMBINACION DE TUBERIAS

6. PERFILES EN U O TIPO SIFON INVERTIDO5.1 DISE5.1 DISEÑÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIONO DE UNA LINEA DE CONDUCCION

7. ACUEDUCTOS8. DISEÑO DE UNA CAMARA ROMPE-PRESION9. GOLPE DE ARIETE

LINEA DE CONDUCCION

1. CRITERIOS DE DISEÑO

Ø En un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad, la L. de C. esta constituido por un conjunto de tuberías, válvulas, accesorios, estructuras y obras de arte encargadas del transporte del agua desde la captación hasta el reservorio.

1.1 CARGA DISPONIBLE

1.2 CAUDAL DE DISEÑO

Es la diferencia de elevación entre la estructura u obra de captación y el reservorio.

Se dimensiona para conducir el Caudal Máximo Diario (Qmd):

1md mQ k Q=

*mQ Poblacion Dotacion=donde

1.3 SELECCION DE LA TUBERIA

Se realiza de acuerdo a diversos criterios:

a. TIPO DEL MATERIAL DE LA TUBERIA

b. CALIDAD DEL AGUAc. RESISTENCIA MECANICA DEL MATERIALØ La resistencia de la tubería a la presión del fluido se

denomina clase de la tubería.

1.5100 (10 bar)15015

1.570 (7 bar)10510

1.550 (5 bar)757.5

1.435 (3.5 bar)505

FACTORDE

SEGURIDAD

PRESION MAXIMA DE

TRABAJO (m)A 20ºC

PRESION MAXIMA DE PRUEBA (m)

CLASE

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA TUBERIA PARA PRESION NTP-ISO-4422

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 m

350

375

400

425

450

475

500 msnm

L.G.H.

LIMITE TUBERIA C-5

L. G. ESTATICA

LIMITE TUBERIA C-7.5

LIMITE TUBERIA C-10

LIMITE TUBERIA C-15

A

1

2

3 4

B

SELECCIÓN DE LA CLASE DE TUBERIAPARA LAS PRESIONES MAXIMAS DE TRABAJO

1.4 DIAMETROS1.4 DIAMETROS

2.0 a 4.03.6 a 8.01.0 a 3.0

Tuberías en instalaciones hidroeléctricas con turbinas:Con inclinación y diámetro pequeñoCon inclinación y diámetro grandeHorizontales y gran longitud

1.0 a 2.00.5 a 0.71.5 a 3.0

Redes de distribución para agua potable e industrial:Tuberías principalesTuberías lateralesTuberías muy largas

1.5 a 2.0Tuberías de descarga en bombas

0.5 a 1.0Tuberías de succión en bombas centrifugas, de acuerdo con la carga de succión, longitud, temperatura del agua (menos de 70ºC)

VELOCIDAD MEDIA MAS ECONOMICA EN TUBERIAS (m/s)

según RICHTER

En la determinación del diámetro comercial se consideran diferentes soluciones y se evalúan diversas alternativas desde el punto de vista económico. Considerando el máximo desnivel en toda la longitud del tramo, el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de transportar el caudal de diseño con velocidades entre 0.6 a 3.0 m/s (ver Tabla de RICHTER, reglamentos) y las perdidas de carga por tramo calculado deberán ser menores o iguales a la carga disponible.

1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

1.5.a Válvulas de aire

1.5.b Válvulas de purga

1.5.c Cámaras rompe-presión

2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO (LGH)

3. PERDIDA DE CARGA

Ø La LGH indica la presión del agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación.

Ø Es la energía necesaria para transportar una caudal de un punto a otro y que disipa el fluido por fricción.

Ø Las tuberías pueden clasificarse en largas y cortas (criterio L/D y 10% de perdidas por fricción).

Ø Las perdidas por fricción pueden lineales o locales.

3. PERDIDA DE CARGA …3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA (S)3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA (S)

3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO (3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO (hhff))

Ø Es la pérdida de energía por unidad de longitud.

Ø Se evalúa con la ecuación de:

Hazen & Williams: 0 .5 42 .6 30 .0 0 0 4 2 6 4 fh

Q C DL

=

Darcy & Wesibach:2 2

2 5

82f

L V f L Qh fD g g Dπ

= =

4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA

5. COMBINACION DE TUBERIAS

Ø De la ecuación de la energía entre 1 y 2:

2 21 1 2 2

1 22 2f LP V P Vz h h z

g gγ γ+ + − − = + +∑ ∑

Ø Al dimensionar el diámetro de la L. de C. puede no haber un único diámetro que proporcione la pérdida de carga deseada por lo que se requiere una combinación de diámetros de tuberías y clases.

Ø Cuando se combinan los diámetros de las tuberías se pueden manipular las pérdidas de carga y reducir las presiones dentro de rangos admisibles, disminuyendo el diámetro y en algunos casos el número de cámaras rompe presión, por lo que resulta un proyecto menos costoso.

5.1 DISE5.1 DISEÑÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIONO DE UNA LINEA DE CONDUCCION5. COMBINACION DE TUBERIAS …

Ø Referencias:HIDRAULICA DE TUBERIAS Y CANALESCapítulo 5 Sección 5.8 DISEÑO DE UNA CONDUCCIONDr. Arturo ROCHA FELICES

DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOSCapítulo 8: CONDUCCIONESCapítulo 10: CONDUCCION: DESARENADOR-TANQUE DE ALMACENAMIENTORicardo A. LOPEZ CUALLA

RESERVORIO DERESERVORIO DEALMACENAMIENTO DE AGUAALMACENAMIENTO DE AGUA

RESERVORIO …

DEFINICION - FUNCION

Regula la diferencia de volumen que se produce entre el ingreso de agua al reservorio (teóricamente constante) y la salida de agua, constituida principalmente por la demanda horaria, la cual es variable durante las horas del día.

La función principal es almacenar agua cuando el suministro es menor que el consumo y entregar el déficit cuando el consumo supera al suministro.

V = VOLUMEN DEL RESERVORIO = VREG + VI + VE

OTRA FUNCION: suministrar presión adecuada a la red de distribución.

RESERVORIO ...

CLASIFICACION

1. Por su UBICACIÓN HIDRAULICA

2. Por su UBICACIÓN CON RESPECTO AL TERRENO

3. Por el TIPO DE MATERIAL DE FABRICACION

RESERVORIO ...

DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

1. CRITERIO HIDRAULICO- Ubicación Hidráulica

- Ubicación con Respecto al Terreno

- Volumen de Almacenamiento

2. CRITERIO ESTRUCTURAL- Estudio de la Capacidad Portante

- Selección del Tipo de Material

- Determinación del Refuerzo

- Proceso Constructivo

VREGULADO

3. % DEL CAUDAL MAXIMODIARIO

(No se conoce el Diagrama deVariaciones Horaraias)

BOMBEO CONTINUO

BOMBEO DISCONTINUO Multiplicar por: 24 Horas/# Horas de Bombeo

SEDAPAL: 0.18*Qmd

RNC: 0.25*Qmd

EN FUNCION DEL TAMAÑO DE LA POBLACION

EN FUNCION DEL USO EN LA ZONAVINCENDIO

FUNCION DEL REGLAMENTO

SEDAPAL: 7% DEL QmdVEMERGENCIA

1. METODO ANALITICO: INGRESO-SALIDA

DIAGRAMA DE VARIACIONES HORARIAS

2. METODO GRAFICO: ANALISIS DEL DIAGRAMA MASA(CURVA DE CONSUMOS ACUMULADOS:- La diferencia de ordenada entre dos tiempos es

el volumen consumido en ese tiempo.- La pendiente de la tangente representa el caudal

ese instante.- La pendiente de la recta entre dos puntos es el

caudal medio en ese intervalo.)CURVA DE CONSUMOS ACUMULADO

DETERMINACION DELVOLUMEN DE REGULACION

En la tabla siguiente se muestra el consumo horario de agua para una localidad.

Determine el volumen de regulación usando:

a. El Método de Analítico

b. El Método Grafico: Análisis del Diagrama Masa

713,950713,9502424

392,950392,9502323

334,858334,8582222

611,541611,5412121

686,278686,2782020

589,445589,4451919

599,087599,0871818

644,781644,7811717

794,180794,1801616

775,224775,2241515

654,548654,5481414

858,955858,9551313

1,181,8071,181,8071212

757,537757,5371111

573,522573,5221010

558,968558,96899

456,633456,63388

484,920484,92077

309,260309,26066

336,211336,21155

282,259282,25944

309,932309,93233

308,580308,58022

596,290596,29011

VARIACIONES DE VARIACIONES DE VOLUMEN DE VOLUMEN DE

CONSUMOCONSUMO (l/h)(l/h)

TIEMPOTIEMPO(hora)(hora)

DIAGRAMA DE VARIACIONES DE DIAGRAMA DE VARIACIONES DE CONSUMO HORARIOCONSUMO HORARIO

CURVA DE VARIACIONES DE CONSUM O HORARIO

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

1,200,000

1,400,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TIEMPO (hor as)

CO

NSU

MO

HO

RA

RIO

(l/h

)

CONSUMO HORA RIO CONSUMO MEDIO

713,95024

13,812,716S

392,95023

334,85822

611,54121

686,27820

589,44519

599,08718

644,78117

794,18016

775,22415

654,54814

858,95513

1,181,80712

757,53711

573,52210

558,9689

456,6338

484,9207

309,2606

336,2115

282,2594

309,9323

308,5802

596,2901

VARIACIONES DE VOLUMEN DE CONSUMO

(l/h)

TIEMPO(hora)

313,812, 716_ 575,530 576 16024

l m lConsumo Medioh h s

= = ≈ =

_ 1,181,807 328.3l lMaximo Consumoh s

= =

_ 282, 259 78.4l lMinimo Consumoh s

= =

Para que no se presente el Déficit/ Exceso:Consumo Medio = Producción

VOLUMEN DE REGULACION (VREG)

METODO ANALITICOMETODO ANALITICO: IngresoIngreso--SalidaSalida

TIEMPO DIFERENCIAS (m3)(hora) PARCIAL C. ACUMUL. PARCIAL P. ACUMUL. P ACUM - C ACUM

1 596 596 576 576 -20 -21 212 309 905 576 1,152 247 267 2673 310 1,215 576 1,727 512 266 2664 282 1,497 576 2,303 806 293 2935 336 1,833 576 2,878 1,045 239 2396 309 2,143 576 3,454 1,311 266 2667 485 2,627 576 4,029 1,402 91 918 457 3,084 576 4,605 1,521 119 1199 559 3,643 576 5,180 1,537 17 1710 574 4,217 576 5,756 1,539 2 211 758 4,974 576 6,331 1,357 -182 18212 1,182 6,156 576 6,907 751 -606 60613 859 7,015 576 7,482 467 -283 28314 655 7,669 576 8,058 388 -79 7915 776 8,446 576 8,633 188 -201 20116 794 9,240 576 9,209 -31 -219 21917 645 9,885 576 9,784 -100 -69 6918 599 10,484 576 10,360 -124 -24 2419 589 11,073 576 10,936 -138 -14 1420 686 11,759 576 11,511 -248 -111 11121 612 12,371 576 12,087 -284 -36 3622 335 12,706 576 12,662 -44 241 24123 393 13,099 576 13,238 139 183 18324 714 13,813 576 13,813 0 -138 138

TOTAL 3,965

MAX DIF (+) 1,539 3,965MAX DIF (-) 284 * 0.5VOL. REG 1,823 1,983

DE CONSUMO (l/ h)596,290

Consumo máximo = 1,181,807 l/h = 328.3 l/sConsumo medio = 13,812,716/24 = 575,530 l/h = 159.9 l/s

308,580309,932282,259336,211309,260

589,445

CONSUMO HORARIOCONSUMO (m3 )- O PRODUCION (m3) - IVARIACIONES DE VOLUMEN

776,224

573,522757,537

1,181,807858,955

484,920456,633558,968

654,548

Consumo mínimo = 282,259 l/h = 78.4 l/s

13,812,716

794,180644,781

334,858392,950713,950

599,087

686,278611,541

VI Ot

∆− =

∆( )V t I O∆ = ∆ −

VOLUMEN DE REGULACION (VREG)

METODO ANALITICOMETODO ANALITICO: IngresoIngreso--Salida Salida ……

VREG = MAX DIF (+) + /MAX (-)/

En la columna DIFERENCIA (Producción Acumulado – Consumo Acumulado):

VREG = 1,539 + /-284/

VREG = 1,823 m3

VOLUMEN DE REGULACION

METODO GRAFICO: Análisis del Diagrama Masa

DIAGRAMA MAS A DEL CONSUMO DE AGUA

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

10,000

11,000

12,000

13,000

14,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TIEMPO (hora)

VOLU

MEN

ACU

MUL

ADO

(m

3)

12,370 m3

10,550 m3

CURVA DE CONSUMOS ACUMULADOS

VREG = 12,370 - 10,550 = 1,820 m3

CONSUMOPRODUCCION

1.1.-- Reglamentos vigentes en la zona del proyectoReglamentos vigentes en la zona del proyecto

SUBSECTOR DE VIVIENDA Y CONSTRUCCIONSUBSECTOR DE VIVIENDA Y CONSTRUCCION

REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONESREGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONESNORMA DE SANEAMIENTO VNORMA DE SANEAMIENTO V

R.MR.M. N. Nºº 021021--9898--MTC/15.01MTC/15.01

S.030S.030 ALMACENAMIENTO DE AGUAALMACENAMIENTO DE AGUA

1 – Almacenamiento de agua potableAlmacenamiento de agua potable

1.1 – Volumen de regulaciVolumen de regulacióónn

El volumen de regulación deberá fijarse de acuerdo al estudio del diagrama masa correspondiente a las variaciones horarias de la demanda.Cuando se compruebe la no disponibilidad de esta información, se deberá adoptar como mínimo el 25% del promedio anual de la demanda como capacidad de regulación, siempre que el rendimiento de la fuente de abastecimiento sea calculado para 24horas de funcionamiento.




R.MR.M. N. Nºº 021021--9898--MTC/15.01MTC/15.01



1.2 – Volumen contra incendioVolumen contra incendio

En los casos que se considere demanda Contra incendio deberáasignarse un volumen adicional adoptado al siguiente:- Para áreas destinadas netamente a vivienda: 50 m3- Para áreas destinadas a uso comercial o industrial deberá

calcularse utilizando el grafico adjunto para agua de extinción, yconsiderando un volumen aparente de incendio de 3,000 m3 y elcoeficiente de apilamiento respectivo.

Independiente de este volumen de reserva los locales (Industriales, Comerciales y otros) deberán tener su propia reserva.




R.MR.M. N. Nºº 021021--9898--MTC/15.01MTC/15.01



1.3 – Volumen de reservaVolumen de reserva

Deberá justificarse la necesidad de un volumen adicional de reserva.

Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...

SEDAPALSEDAPALSERVICIO DE AGUA POTABLE Y SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMAALCANTARILLADO DE LIMA

NUEVO REGLAMENTO DE ELABORACIONNUEVO REGLAMENTO DE ELABORACIONDE PROYECTOSDE PROYECTOS

TITULO V - ALMACENAMIENTOCAPITULO 5.1 - VOLUMENES DE ALMACENAMIENTO

ART. 5.1.1. El almacenamiento se dimensionará para satisfacer los requerimientos de un determinado esquema integral de servicios.

ART. 5.1.2. Los volúmenes de almacenamiento deben comprender los requerimientos de regulación, incendio y reserva para interrupciones de servicio.

ART. 5.1.3. Para las habilitaciones indicadas en el Art. 3.2.1. a), se requerirá un volumen de regulación igual al dieciocho por ciento (18%) del consumo máximo diario.

Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...

SEDAPALSEDAPALSERVICIO DE AGUA POTABLE Y SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMAALCANTARILLADO DE LIMA

NUEVO REGLAMENTO DE ELABORACIONNUEVO REGLAMENTO DE ELABORACIONDE PROYECTOSDE PROYECTOS

TITULO V - ALMACENAMIENTOCAPITULO 5.1 - VOLUMENES DE ALMACENAMIENTO …

ART. 5.1.4. En las habilitaciones urbanas donde se considere demanda contra incendio, conforme lo indicado en el Art. 3.4.2. se requerirá un volumen adicional contra incendio como sigue:

- Residencial (Áreas de vivienda) 100 m3

- Comercial y/o industrial 200 m3

ART. 5.1.5. Para las habilitaciones citadas en el Art. 3.2.1. a), se requerirá un volumen adicional de reserva que sea igual al siete por ciento ( 7%) del consumo máximo diario.

ART. 5.1.6. Independientemente de estos volúmenes, las edificaciones en general (residencial, comercial, industrial y otros) deberán contar con sus propias reservas, en concordancia con lo establecido en la Norma S 200: Instalaciones Sanitarias para Edificación.

RESERVORIO ...


CON OPERACIONES DE BOMBEO

RESERVORIO ...


FORMAS ECONOMICAS

SECCION PRISMATICA:SECCION PRISMATICA: h = 1/3 V + k

donde: h = Profundidad (m)V = Volumen (cientos de m3) k = coeficiente que es función del volumen

0.70.7mas de 17mas de 17

1.01.014 14 –– 1616

1.31.310 10 –– 1313

1.51.57 7 –– 99

1.81.84 4 -- 66

2.02.0menos de 3menos de 3

kkV V ((cientos de mcientos de m33))

SECCION CIRCULAR: D = 2 a 4 h

Recomendado por SEDAPAL:- Altura mínima 2.50 m- Altura máxime 8.00 m

Agregar apuntes de Rivera Feijoo

• PRESFRESSED CONCRETE CYLINDRICALTANKS, L. R. GRESSY-1961.

RESERVORIO ...


FORMAS ECONOMICAS

Espesor del techo (cáscara o lámina) *:

* ACI SP-28 – CONCRETE THIN SHELLS

RESERVORIO ...

PARTES DE UN RESERVORIO

A. RESERVORIO

A.1 Cimentación

A.2 Fuste en reservorios elevados

A.3 Tanque o Cuba

A.3 Techo o cobertura

B. CASETA DE VALVULAS

B.1 Tubería de llegada

B.2 Tubería de salida

B.3 Tubería de limpia

B.4 Tubería de rebose

B.5 Tubería By-Pass

C. OTROS

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