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CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
CTEDRA : ABASTECIMIENTO DE AGUA Y
ALCANTARILLADO
CATEDRTICO : ING. REGNERRAUL PARRA LAVADO
PRESENTADO POR : YAURI GMEZ, Cinthia Mercedes
CICLO : OCTAVO (VIII) SECCIN : C-1
HUANCAYO-PER
2013-1
RED DE DISTRIBUCIN: MTODO DE LONGITUDEQUIVALENTE
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DEDICATORIA
A Dios por habernos permitido llegar hasta estepunto y habernos
dado salud para lograr nuestros
objetivos.
A nuestros padres por inculcarnos siempre
buenos valores, habernos guiado cuando los
necesitbamos, cuidarnos como lo han hecho
hasta ahora demostrando su apoyo incondicional.
A los integrantes de este equipo porque nos
apoyamos mutuamente en nuestra formacin
acadmica.
Finalmente a nuestro docente del curso por su
esfuerzo y dedicacin en transmitirnos sus
conocimientos.
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NDICE GENERAL
NDICE GENERAL 01
NDICE DE TABLAS Y FIGURAS 03
RESUMEN 04
CAPITULO I: INTRODUCCIN 06
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 06
1.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA 07
1.2.1. PROBLEMA GENERAL 07
1.2.2. PROBLEMAS ESPECFICOS 07
1.3. FORMULACIN DE LOS OBJETIVOS 07
1.3.1. OBJETIVO GENERAL 07
1.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS 08
1.4. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN 08
1.5. MARCO TERICO 08
1.6. MARCO CONCEPTUAL 10
1.7. MARCO LEGAL 11
CAPITULO II: RED DE DISTRIBUCION 14
2.1. DEFINICION 14
2.2. TIPOS DE RED DE DISTRIBUCION 15
2.2.1. RED DE DISTRIBUCION CERRADA 15
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2.2.2. RED DE DISTRIBUCION ABIERTA 16
2.3. TRAZADO DE LA RED DE DISTRIBUCION 17
2.4. DISEO DE LA RED DE DISTRIBUCION 17
2.4.1. DATOS BASICOS DE DISEO 18
2.4.2. DISPOSICIONES ESPECFICAS PARA DISEO 20
2.5. METODOS DE CLCULO DE RED DE DISTRIBUCION 27
2.5.1. METODO DE HARDY CROSS 27
2.5.2. METODO DE LONGITUDES EQUIVALENTES 27
2.5.2.1. CALCULO HIDRULICO DE LA RED EN
MALLA 27
CONCLUSIONES 32
RECOMENDACIONES 33
REFERENCIA BIBLIOGRFICA 3A
ANEXOS 35
ANEXO 1: CASO PRACTICO
ANEXO 2: MTODO DE TUBERAS EQUIVALENTES
ANEXO 3: TABLAS Y CUADROS EMPLEADOS
ANEXO 4: DIAPOSITIVAS
ANEXO 5: TRPTICO
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NDICE DE TABLAS Y FIGURAS
FIGURA N 01: MODELO DE RED DE DISTRIBUCIN
CERRADA 16
FIGURA N 02: MODELO DE RED DE DISTRIBUCIN
ABIERTA 16
TABLA N 01:COEFICIENTES DE FRICCIN C EN LA
FRMULA DE HAZEN Y WILLIAMS 21
TABLA N 02: PRESIONES MNIMAS DE ACUEDUCTO
RELATIVAS AL NMERO DE PISOS DE LAS
EDIFICACIONES SERVIDAS 23
FIGURA N 03: (A) TUBERA ORIGINAL, (B) TUBERA
EQUIVALENTE 28
TABLA N 03: FACTORES DE LONGITUDES
EQUIVALENTES 31
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RESUMEN
Dentro del sistema de abastecimiento de agua, se encuentra la
redde distribucin la cual nace de la primera bifurcacin de la lnea
de
aduccin, red que est conformada por tuberas principales y
ramales
secundarios, siendo las primeras calculas por distintos mtodos
de
diseos mientras que las segundas se derivan a travs de las
normas y
reglamentos pertinentes. Dentro de los mtodos mencionados
anteriormente para el clculo de las tuberas principales, el
mtodo
empleado en el presente trabajo es de longitudes equivalentes,
el cualconsiste en la sustitucin o reemplazo de elementos del
sistema de
tuberas por un sistema hidrulicamente ms sencillo, en la cual
se
puedan realizar los clculos pertinentes y de ah regresar al
sistema
original para el diseo de la red.
Al igual que en otros mtodos de clculo se basa en las frmulas
de
Hazen-Willliams, y sigue un clculo operativo y secuencial a
travs de
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condicionales. Este sistema de clculo nos permite la utilizacin
de
manera arbitraria de dimetros supuestos dentro de nuestra red,
la cual
nos permitir obtener ecuaciones para el clculo de las
longitudesequivalentes de las tuberas, con las condiciones de diseo
propias del
mtodo se busca el clculo de los caudales reales a travs de
un
sistema de iteraciones hasta que la malla equivalente se
encuentre en
equilibrio, tras lo cual se procede a calcular el dimetro
correspondiente
a cada tramo de la malla, despejando este de la condicin de
igualdad
de prdidas totales entre la malla real y la malla
equivalente.
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CAPITULO I
1. INTRODUCCIN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El agua y saneamiento son factores importantes que
contribuyen
a la mejora de las condiciones de vida de las personas.
Lamentablemente, no todos tenemos acceso a ella. Esta falta
trae consecuencias negativas sobre el ambiente y la salud de
las
personas y, en los nios y nias el impacto es tres veces
mayor.
Para solucionar este problema se ha desarrollado diversos
proyectos a travs del Ministerio de Vivienda, Construccin y
Saneamiento, en los cuales la parte principal es el diseo de
la
red de distribucin.
Durante los ltimos aos se ha diseado las redes de
distribucin a travs del Mtodo de Cross, pero se sabe que
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aos anteriores se desarroll este proceso a travs del Mtodo
de longitudes equivalentes.
Este mtodo pas al desuso con el paso de los aos y fue
sustituido por el mtodo de cross, a pesar de que los dos
mtodos se basan en la frmula de Hazen-Williams.
1.2. FORMULACIN DEL PROBLEMA
1.2.1. PROBLEMA GENERAL
Por qu se ya no se emplea el mtodo de longitudesequivalentes
para el diseo de la red de distribucin de
agua potable?
1.2.2. PROBLEMAS ESPECFICOS
o Qu es el mtodo de longitudes equivalentes en la
red de distribucin de agua potable?
o Cundo se emplea el Mtodo de longitudes
equivalentes en la red de distribucin agua potable?
o Cmo se realiza el clculo hidrulico del Mtodo de
longitudes equivalentes en la red de distribucin agua
potable?
1.3. FORMULACIN DE LOS OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar porque no se emplea el mtodo de longitudes
equivalentes para el diseo de la red de distribucin de
agua potable
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1.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS
o Describir el mtodo de longitudes equivalentes en la
red de distribucin de agua potable.
o Desarrollar el clculo hidrulico del Mtodo de
longitudes equivalentes en la red de distribucin.
o Determinar cundo se emplea el Mtodo de longitudes
equivalentes en la red de distribucin.
1.4. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
La metodologa que es utilizada en el presente trabajo de
investigacin es descriptiva. El objetivo de la investigacin
descriptiva consiste en llegar a conocer las situaciones,
costumbres y actitudes predominantes a travs de la
descripcin exacta de las actividades, objetos, procesos y
personas. Los recogen los datos sobre la base de una teora,
exponen y resumen la informacin de manera cuidadosa y
luego analizan minuciosamente los resultados, a fin de
extraer
informacin significativa que contribuyan al conocimiento.
1.5. MARCO TERICO
FAIR, GEYER Y OKUN ABASTECIMIENTO DE AGUA Y
REMOCIN DE AGUAS RESIDUALES: En este mtodo se
remplaza un sistema complejo de tubos por una lnea sencilla
hidrulicamente equivalente. El mtodo no puede ser aplicado
directamente a sistemas con tuberas de cruces o salidas. Sin
embargo, es posible con frecuencia, mediante una
estructuracin juiciosa de la red, obtener informacin
eficiente
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sobre la cantidad y presin del agua disponible en los puntos
importantes, o reducir el nmero de circuitos para ser
considerados. Al reducir el sistema a un esqueleto operable,
elanalista puede ser guiado por el hecho de que los tubos
contribuyen poco al flujo: Cuando son pequeos, o sea de 6
(152mm.) y menores en la mayora de los sistemas y tan
grandes como 8 o 10 (204mm. o 254mm.) en los sistemas
grandes; cuando los tubos se encuentran en ngulos rectos a
la
direccin general del flujo no existe un diferencial de
presin
apreciable entre sus uniones en el sistema.
El mtodo de los tubos equivalentes emplea dos axiomas
hidrulicos: que las prdidas de carga a travs de tubos en
serie son aditivas; que los flujos en tubos en paralelo, deben
ser
distribuidos en tal forma que las prdidas de carga sean
idnticas.
ERNEST W. STEEL ABASTECIMIENTO DE AGUA Y
ALCANTARILLADO: Pueden simplificarse los clculos
sustituyendo los bucles y tuberas de dimetro diversos por
otras tuberas de dimetro uniforme equivalentes a aquellos.
RICARDO ALFREDO LPEZ CUALLA ELEMENTOS DEDISEO PARA ACUEDUCTO Y
ALCANTARILLADO: Con
este mtodo se pretende calcular el caudal real y el dimetro
de
un sistema de tuberas, dada una distribucin inicial de
caudales y unas prdidas de carga fija. La distribucin inicial
de
caudales se realiza de manera anloga al mtodo de Cross. El
principio del mtodo es el de remplazar la red de tuberas
existentes por un red hidrulicamente ms sencilla, en la cual
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se determine el caudal en cada tramo para luego regresar a
la
red real y determinar los dimetros correspondientes.
1.6. MARCO CONCEPTUAL
ANCLAJES: Mecanismos o estructuras especiales de
hormign, mamposteras o metlicos, etc., usados para la
fijacin y apoyo de tuberas, accesorios, motores, etc.
CAUDAL DE DISEO: Es el gasto total.
DIMETRO MNIMO: El dimetro mnimo ser de 75 mm parauso de vivienda
y de 150 mm de dimetro para uso industrial.
PRESIN DE SERVICIO (PS). Es la existente en cada
momento y punto de la red durante el rgimen normal de
funcionamiento.
RESERVORIOS DE REGULACIN: Depsitos situados
generalmente entre la captacin y la red de distribucin.
SERVICIO DE AGUA POTABLE: Servicio pblico que
comprende una o ms de las actividades de captacin,
conduccin, tratamiento y almacenamiento de recursos hdricos
para convertirlos en agua potable y sistema de distribucin a
los usuarios mediante redes de tuberas o medios
alternativos.
RED DE DISTRIBUCIN: La red de distribucin est
considerada por todo el sistema de tuberas desde el tanque
de
distribucin hasta aquellas lneas de las cuales parten las
tomas o conexiones domiciliarias.
TRAMO: Longitud comprendida entre dos puntos de un canal o
tubera.
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VLVULAS: Accesorios que se utilizan en las redes de
distribucin para controlar el flujo y se pueden clasificar
en
funcin de la accin especifica que realizan. Las vlvulas
mscomunes en una red de distribucin son las de compuerta y
sirven para aislar segmentos de la misma.
UNIONES: Accesorios que sirvan para enlazar o juntar dos
tramos de tubera.
1.7. . MARCO LEGAL
El Plan Nacional de Saneamiento se enmarca legalmente en:
Constitucin Poltica del Per
El agua es esencial para la vida, para vivir dignamente y
es condicin necesaria para el ejercicio de otros
derechos humanos. El agua debe estar al alcance fsico
de todos los sectores de la poblacin
Ley General de Servicios de Saneamiento, Ley N
26338.
La presente Ley establece las normas que rigen la
prestacin de los servicios de saneamiento.Para los
efectos de la presente Ley, la prestacin de los Servicios
de Saneamiento comprende la prestacin regular de:
servicios de agua potable, alcantarillado sanitario ypluvial y
disposicin sanitaria de excretas, tanto en el
mbito urbano como en el rural.
Decreto Supremo N 09-95-PRES, Reglamento de la
Ley General de Servicios de Saneamiento y sus
modificatorias.
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El presente reglamento regula la aplicacin de la Ley
General de Servicios de Saneamiento y comprende las
disposiciones relativas a: a) Las condiciones de laprestacin
regular de los servicios de saneamiento. b)
Las funciones, atribuciones, responsabilidades,
derechos y obligaciones de las entidades vinculadas a la
prestacin de servicios de saneamiento, as como los
derechos y obligaciones de los usuarios. c) Los
regmenes empresariales, la regulacin de tarifas, la
participacin del sector privado y el uso de bienespblicos y de
terceros para la prestacin de los servicios
de saneamiento.
Norma OS 050 del Reglamento Nacional de
Edificaciones(D.S 011-2006 Vivienda 05-03-2006)
Esta Norma fija los requisitos mnimos a los que deben
sujetarse los diseos de redes de distribucin de agua
para consumo humano en localidades mayores de 2000
habitantes.
PESEM del Ministerio de Vivienda, Construccin y
Saneamiento
El pas cuenta con un sistema urbano nacional
jerarquizado, conformando las diversas ciudades
metropolitanas, intermedias y menores, que faciliten
laorganizacin de las actividades productivas, de servicio
y las actividades econmicas primarias, actuando como
fuerza motriz del crecimiento econmico, igualmente, la
mayora de los centros de poblacin urbana y rural
brindan condiciones bsicas para el desarrollo de la vida
humana, que se plasma en la existencia de viviendas
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adecuadas para todos, dotacin suficiente de
equipamiento e infraestructura urbana, reducidos niveles
de contaminacin y altos niveles de integracin ycohesin
social
Ley N 27972, Ley Orgnica de Municipalidades
Es competencia de las Municipalidades velar por el
mejoramiento y mantenimiento del sistema de
saneamiento.
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CAPITULO II
2. RED DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE
2.1. DEFINICION
Se le da el nombre de "red de distribucin" al conjunto de
tuberas cuya funcin es la de suministrar el agua potable a
los
consumidores de la localidad y que parte desde la primera
divisin de la lnea de aduccin dentro del sistema de
abastecimiento de agua.
La unin entre el tanque de almacenamiento y la red de
distribucin se hace mediante una tubera denominada "lnea
matriz", la cual conduce el agua al punto o a los puntos de
entrada a la red de distribucin. Su diseo depende de las
condiciones de operacin de la red de distribucin tales como
trazado, caudal y presiones de servicio.
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La red de distribucin est conformada por tuberas
"principales" y de "relleno".
La red de tuberas principales es la encargada de distribuir
el agua en las diferentes zonas de la poblacin, mientras que
las tuberas de relleno son las encargadas de hacer las
conexiones domiciliarias. El diseo o clculo de la red de
distribucin se hace sobre la red principal; el dimetro de la
red
de relleno se fija de acuerdo con las normas pertinentes (por
lo
general es de 3" y en condiciones especiales puede bajarse a
2" con previa justificacin).
Adems de las tuberas existen otros accesorios tales
como vlvulas de control o de incendios, vlvulas de purga,
hidrantes, cruces, codos, tees, reducciones y tapones.
Los materiales ms comunes de las tuberas y accesorios
son asbesto-cemento o PVC (Unin Z). Los dimetros
dependen de las casas fabricantes, por lo cual hay queconsultar
los catlogos respectivos.
2.2. TIPOS DE RED DE DISTRIBUCIN
2.2.1. RED DE DISTRIBUCIN CERRADA
En este tipo de red, se logra la conformacin de mallasocircuitos
a travs de la interconexin entre los ramales
de la Red de Distribucin de Agua Potable.
En este tipo de red, se logra la conformacin de mallas o
circuitos a travs de la interconexin entre los ramales de
la Red de Distribucin de Agua Potable.
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FIGURA N 01
MODELO DE RED DE DISTRIBUCIN CERRADA
2.2.2 RED DE DISTRIBUCIN ABIERTA
Este tipo de red de distribucin se caracteriza por contar
con una tubera Principal de distribucin (la de mayor
dimetro) desde la cual parten ramales que terminarn en
puntos ciegos, es decir sin interconexiones con otras
tuberas en la misma Red de Distribucin de Agua
Potable.
FIGURA N 02: MODELO DE RED DE DISTRIBUCIN
ABIERTA
http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2012/03/01_Red-de-Distribucion-Abierta-o-Ramificada.pnghttp://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2012/03/01_Red-de-Distribucion-Abierta-o-Ramificada.png
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Como vemos en la figura anterior el uso de redes ramificadas
se
sucede en desarrollos cuyo crecimiento se ha establecido a
partir de una vialidad principal y en la que convergen una
seriede calles ciegas, dado que las caractersticas topogrficas
impiden la interconexin entre los ramales para conformar
circuitos cerrados.
Red donde las caeras secundarias se derivan de las
maestras y a su vez se ramifican. El abastecimiento de
agua a cada consumidor se realiza por un solo camino
2.3. TRAZADO DE LA RED DE DISTRIBUCIN
El trazado de la red debe obedecer a la conformacin fsica de
la poblacin y por tanto no existe una forma predefinida.
Hidrulicamente, se pueden establecer redes abiertas, redes
cerradas o redes mixtas.
El desarrollo del Mtodo de Longitudes Equivalentes se
realiza
nicamente en redes de distribucin cerradas que cuenten con
un sistema de tuberas sin cruces o salidas.
2.4. DISEO DE RED DE DISTRIBUCION
El diseo o clculo de la red de distribucin se hace sobre la
red
principal; el dimetro de la red de relleno se fija de acuerdo
con
las normas pertinentes, en este trabajo se realiza el clculo
de
la red de distribucin por medio del mtodo de longitud
equivalente.
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2.4.1. DATOS BSICOS DE DISEO
LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO
La informacin topogrfica para la elaboracin de
proyectos incluir:
o Plano de lotizacin con curvas de nivel cada 1
m. indicando la ubicacin y detalles de los
servicios existentes y/o cualquier referencia
importante.
o Perfil longitudinal a nivel del eje de vereda en
ambos frentes de la calle y en el eje de la va,
donde tcnicamente sea necesario.
o Secciones transversales: mnimo 3 cada 100
metros en terrenos planos y mnimo 6 por
cuadra, donde exista desnivel pronunciado
entre ambos frentes de calle y donde exista
cambio de pendiente. En Todos los casosdeben incluirse nivel de
lotes.
o Perfil longitudinal de los tramos que sean
necesarios para el diseo de los empalmes con
la red de agua existente.
Se ubicar en cada habilitacin un BM auxiliar
como mnimo y dependiendo del tamao de la
habilitacin se ubicarn dos o ms, en puntos
estratgicamente distribuidos para verificar las
cotas de cajas condominiales y/o buzones a
instalar.
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SUELOS
Se deber contemplar el reconocimiento general del
terreno y el estudio de evaluacin de sus
caractersticas, considerando los siguientes aspectos:
o Determinacin de la agresividad del suelo con
indicadores de PH, sulfatos, cloruros y sales
solubles totales.
o Otros estudios necesarios en funcin de la
naturaleza del terreno, a criterio del consultor.
POBLACIN
Se deber determinar la poblacin de saturacin y la
densidad poblacional para el periodo de diseo
adoptado.
La determinacin de la poblacin final de saturacin
para el periodo de diseo adoptado se realizar a
partir de proyecciones, utilizando la tasa de
crecimiento por distritos establecida por el organismo
oficial que regula estos indicadores
En caso no se pudiera determinar la densidad
poblacional de saturacin, se adoptar 6 hab/lote.
DOTACIN
La dotacin promedio diaria anual por habitantes ser
la establecida en las normas vigentes.
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Para el anlisis hidrulico del sistema de distribucin,
podr utilizarse el mtodo de Longitudes equivalentes
o cualquier otro equivalente.
Para el clculo hidrulico de las tuberas, se utilizarn
frmulas racionales. En caso de aplicarse la frmula
de Hazen y Williams, se utilizarn los coeficientes de
friccin que se establecen en la tabla N 01. Para el
caso de tuberas no contempladas, se deber justificar
tcnicamente el valor utilizado.
TABLA N 01
COEFICIENTES DE FRICCIN C EN LA FRMULA
DE HAZEN Y WILLIAMS
TIPO DE TUBERA C
Acero sin costura 120
Acero soldado en espiral 100
Cobre sin costura 150Concreto 110
Fibra de vidrio 150
Hierro fundido 100
Hierro fundido dctil conrevestimiento
140
Hierro galvanizado 100
Polietileno 140
Policloruro de vinilo (PVC) 150FUENTE: Reglamento nacional de
Edificaciones Norma OS-050
DIMETRO MNIMO
El dimetro mnimo ser de 75 mm para uso de
vivienda y de 150 mm de dimetro para uso
industrial.
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En casos excepcionales, debidamente
fundamentados, podr aceptarse tramos de tuberas
de 50 mm de dimetro, con una longitud mxima de100 m si son
alimentados por un solo extremo de
200 m si son alimentados por los dos extremos,
siempre que la tubera de alimentacin sea de
dimetro mayor y dichos tramos se localicen en los
lmites inferiores de las zonas de presin.
En los casos de abastecimiento por piletas el
dimetro mnimo ser de 25 mm.
VELOCIDAD
La velocidad mxima ser de 3 m/s.
En casos justificados se aceptar una velocidad
mxima de 5 m/s.
PRESIONES
La presin esttica no ser mayor de 50 m en
cualquier punto de la red. En condiciones de
demanda mxima horaria, la presin dinmica no
ser menor de 10 m.
En caso de abastecimiento de agua por piletas, la
presin mnima ser 3,50 m a la salida de la pileta.
PRESIONES DE SERVICIO
En lo posible, se debe mantener una presin de
servicio en la red en 1 kg/cm2 y 5 kg/cm2 (10 a 50
metros de agua).
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Es importante seleccionar la presin mnima
teniendo en cuenta la a de las edificaciones que
sern servidas. Para ello se puede emplear laformula emprica
deducida por el ingeniero Bernardo
Gmez:
En donde: P = Presin mnima (metros); N =
Nmero de pisos
Los valores obtenidos de la ecuacin anterior se
consignan en la tabla 1
Si existen edificaciones de mayor altura, stas
debern disponer de equipos propios para elevar el
agua con la presin adecuada.
TABLA N 02
PRESIONES MNIMAS DE ACUEDUCTO RELATIVASAL NMERO DE PISOS DE LAS
EDIFICACIONES
SERVIDAS
Nmero de Pisos Presin Mnima
1 11.0
2 15.0
3 18.0
4 22.05 25.0
FUENTE: Elementos de diseo de Acueducto y Alcantarillado,
pg.
238.
UBICACIN
En las calles de 20 m de ancho o menos, se
proyectar una lnea a un lado de la calzada y de ser
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posible en el lado de mayor altura, a menos que se
justifique la instalacin de 2 lneas paralelas.
En las calles y avenidas de ms de 20 m de ancho
se proyectar una lnea a cada lado de la calzada.
La distancia mnima entre los planos verticales
tangentes ms prximos de una tubera de agua
para consumo humano y una tubera de aguas
residuales, instaladas paralelamente, ser de 2m,
medido horizontalmente.
La distancia entre el lmite de propiedad y el plano
vertical tangente ms prximo al tubo no ser menor
de 0,80 m.
En las vas peatonales, pueden reducirse las
distancias entre tuberas y entre stas y el lmite de
propiedad, as como los recubrimientos siempre y
cuando:
o Se disee proteccin especial a las tuberas
para evitar su fisuramiento o ruptura.
o Si las vas peatonales presentan elementos
(bancas, jardines, etc.) que impidan el paso
de vehculos.
En vas vehiculares, las tuberas de agua potable
deben proyectarse con un recubrimiento mnimo de 1
m sobre la clave del tubo. Recubrimientos menores,
se deben justificar.
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VLVULAS
La red de distribucin estar provista de vlvulas de
interrupcin que permitan aislar sectores de redes no
mayores de 500 m de longitud.
Se proyectarn vlvulas de interrupcin en todas las
derivaciones para ampliaciones.
Las vlvulas debern ubicarse, en principio, a 4 m de
la esquina o su proyeccin entre los lmites de la
calzada y la vereda.
Las vlvulas utilizadas tipo reductoras de presin,
aire y otras, debern ser instaladas en cmaras
adecuadas, seguras y con elementos que permitan
su fcil operacin y mantenimiento.
Toda vlvula de interrupcin deber ser instalada en
un alojamiento para su aislamiento, proteccin yoperacin.
Deber evitarse los puntos muertos en la red, de no
ser posible, en aquellos de cotas ms bajas de la red
de distribucin, se deber considerar un sistema de
purga.
HIDRANTES CONTRA INCENDIO
Los hidrantes contra incendio se ubicarn en tal
forma que la distancia entre dos de ellos no sea
mayor de 300 m.
Los hidrantes se proyectarn en derivaciones de las
tuberas de 100 mm de dimetro o mayores y
llevarn una vlvula de interrupcin.
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ANCLAJES
Deber disearse anclajes de concreto simple,
concreto armado o de otro tipo en todo accesorio de
tubera, vlvula e hidrantes contra incendio,
considerando el dimetro, la presin de prueba y el
tipo de terreno donde se instalarn.
CONEXIN PREDIAL
DISEO
Debern proyectarse conexiones prediales simples o
mltiples de tal manera que cada unidad de uso
cuente con un elemento de medicin y control.
ELEMENTOS DE LA CONEXIN
Deber considerarse:
Elemento de medicin y control: Caja demedicin
Elemento de conduccin: Tuberas
Elemento de empalme
UBICACIN
El elemento de medicin y control se ubicar a una
distancia entre 0,30 m a 0,80 m del lmite depropiedad izquierdo
o derecho, en rea pblica o
comn de fcil y permanente acceso a la entidad
prestadora de servicio.
DIMETRO MNIMO
El dimetro mnimo de la conexin predial ser de
12,50 mm.
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2.5. METODOS DE CLCULO DE RED DE DISTRIBUCION
2.5.1. . METODO DE HARDY CROSS
El Mtodo de Aproximaciones Sucesivas, de Hardy Cross,
est basado en el cumplimiento de dos principios o leyes:
o Ley de continuidad de masa en los nudos;
o Ley de conservacin de la energa en los
circuitos.
Como quiera que el Mtodo de Hardy Cross es un mtodo
iterativo que parte de la suposicin de los caudales
iniciales en los tramos, satisfaciendo la Ley de
Continuidad de Masa en los nudos, los cuales corrige
sucesivamente con un valor particular, D Q, en cada
iteracin se deben calcular los caudales actuales o
corregidos en los tramos de la red. Ello implica el clculo
de los valores de R y f de todos y cada uno de los tramos
de tuberas de la red, lo cual sera inacabable y agotador
si hubiese que "hacerlo a ua" con una calculadora
sencilla. Ms an, sabiendo que el clculo del coeficiente
de friccin, f, es tambin iterativo, por aproximaciones
sucesiva.
2.5.2. METODO DE LONGITUDES EQUIVALENTES
Con este mtodo se pretende calcular el caudal real y el
dimetro de un sistema de tuberas, dada una distribucin
inicial de caudales y unas prdidas de carga fija. La
distribucin inicial de caudales se realiza de manera
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anloga al mtodo de Cross. El principio del mtodo es el
de remplazar la red de tuberas existentes por un red
hidrulicamente ms sencilla, en la cual se determine elcaudal en
cada tramo para luego regresar a la red real y
determinar los dimetros correspondientes.
CALCULO HIDRULICO DE LA RED EN MALLA
FIGURA N 03
(a) Tubera original, (b) Tubera EquivalenteEn la figura se
muestra la relacin entre la tubera real y la tubera
equivalente.
FUENTE: Elementos de diseo de Acueducto y Alcantarillado,
pg.
245.
Lo mismo que el mtodo de Cross, el mtodo de
longitudes equivalentesest basado en la ecuacin de
Hazen-Williams:
(01)
(02)
(03)
(04)
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Si se tiene un tramo con caudal, dimetro, prdida de
carga total y rugosidaddados, se supone un tramo
equivalente con el mismo caudal y prdida descarga totalpero con
un dimetro conocido, rugosidad diferente y
longituddiferente (ver figura 1). Las condiciones de este
tramo equivalente sern:
(05)
La tubera equivalente se supone arbitrariamente de 8
con una rugosidad de 100. Remplazando la perdida decarga total,
H, de la ecuacin 04 en la condicin de cierre
anterior, se tendr:
(06)
(07)
Y remplazando este valor en la expresin de carga total(ecuacin
04), se tiene:
(08)
(09)
Nuevamente, la condicion de cierre de la malla sera la
sumatoria de la perdidas totales en la malla, es decir:
(10)
Esta condicin se obtiene al fijar los valores de H en cada
uno de los nudos de la malla real. Cono H es en funcin
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de Le, segn la ecuacin 08, la condicin de cierre se
transforma en:
(11)
Si no se cumple la condicin anterior, es necesario hacer
la correccin de caudales de manera iterativa. Difiriendo
del mtodo de Cross, la condicin de cierre est dada por
la expresin:
|| || (12)
Se puede demostrar de manera similar a la del metodo de
Cross, que la correccion del caudal sera:
(13)
Una vez lograda la condicin de cierre anterior, la malla
equivalente se encuentra en equilibrio y los caudales
sern los reales.
Se procede entonces a calcular el dimetro
correspondiente a cada tramo de la malla, despejando
este de la condicin de igualdad de prdidastotales entre
la malla real y la malla equivalente (ecuacin 08).
(14)
El dimetro anterior no corresponde a un dimetro
comercial. Para obtener el dimetro o una combinacin de
dimetros comerciales se utiliza la siguiente expresin:
(15)
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En donde el subndice 1 hace referencia al dimetro
comercial inmediatamente inferior y el subndice 2 al
dimetro comercial inmediatamente superior. La longituden el
dimetro comercial inmediatamente inferior ser:
(16)
(17)
Los factores F1 y F2 pueden encontrarse en la tabla 3.
TABLA N 03
FACTORES DE LONGITUDES EQUIVALENTES
D (pulg) F D (pulg) F
3 63.15 14 0.035
4 15.59 16 0.019
6 2.17 18 0.010
8 0.54 20 0.006
10 0.18 22 0.004
12 0.075 24 0.003En la tabla nos muestran los valores del factor
F, a aplicar en las
formulas 16 y 17FUENTE: Elementos de diseo de Acueducto y
Alcantarillado, pg.
247
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CONCLUSIONES
o El mtodo de longitudes equivalentes se dej de emplear por
sumtodo largo y tedioso, tambin porque no se puede aplicar a
sistemas complejos o de gran poblacin. Adems en la
actualidad ya solo se encuentra la teora de forma reducida.
o El mtodo de longitudes equivalentes consiste en reemplazar
la
red de tuberas existentes por una red hidrulicamente ms
sencilla, en la cual se determine el caudal en cada tramo
para
luego regresar a la red real y determinar los dimetros
correspondientes.
o El Mtodo de Longitudes Equivalentes, se realiza a travs de
la
frmula de Hazen y Williams, donde el anlisis de los
resultados
obtenidos permite probar en general que efectivamente la
expresin emprica aplicada, es una valiosa y simple
herramienta mucho ms sencilla en la aplicacin del clculo de
anlisis hidrulico por este mtodo.
o El Mtodo de Longitud Equivalente se aplica cuando el
sistema
de tuberas de la red de distribucin es cerrada y sencilla,
sin
vlvulas de regulacin y cruces; se realiza este clculo en
zonas
rurales de poblaciones pequeas.
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RECOMENDACIONES
o Se recomienda estudiar los mtodos de Cross y
Longitudesequivalentes a fin de comprender de manera adecuada
cuales
son las falencias de cada uno de los mtodos.
o Se recomienda contar con los Datos Bsicos y Disposiciones
especficas de Diseo que indica la norma OS-050, del
Reglamento Nacional de Edificaciones, para el inicio del
clculo
con el Mtodo de Longitudes Equivalentes.
o En el uso de la frmula de Hazen y Williams para el clculo
hidrulico se recomienda utilizar los coeficientes de friccin
establecidos en la norma OS-050 del Reglamento Nacional de
Edificaciones.
o Si el sistema de tuberas de la red de distribucin no cumple
con
las condiciones de cierre es recomendable no forzar el
mtodo,
sino por el contrario plantear otro mtodo que se ajuste a
lascondiciones.
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REFERENCIA BIBLIOGRFICA
o FAIR, GEYER Y OKUN - ABASTECIMIENTO DE AGUA YREMOCIN DE AGUAS
RESIDUALES (pg.152-153).
o ERNEST W. STEEL - ABASTECIMIENTO DE AGUA Y
ALCANTARILLADO (pg. 388-389).
o RICARDO ALFREDO LPEZ CUALLA - ELEMENTOS DE
DISEO PARA ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO (pg. 244-
248).
o REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, NORMA OS-
050, MINISTERIO DE VIVIENDA, CONSTRUCCIN Y
SANEAMIENTO.
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ANEXOS
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ANEXO 1: CASO PRCTICO
La red de distribucin proyectada es la que se muestra en la
figura n
02.
FIGURA N 02
RED DE DISTRIBUCIN CON CURVAS DE NIVEL
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Las condiciones de diseo son las siguientes:
CAUDAL DE DISEO:
Para efectos del clculo del caudal de diseo, se considera
una
demanda industrial localizada y para efectos del ejemplo de
clculo se
tomara en cuenta la necesidad del caudal de incendios con
dos
hidrantes (caudal de 5 LPS cada uno) funcionando de manera
continua
durante un periodo de 2 horas.
La demanda domestica se determina a partir del caudal mximo
diario
de 13 LPS y para una poblacin de diseo de 6293 habitantes, se
toma
un factor de mayoracin del caudal mximo diario de 1.8.
Alternativa N 1: Caudal mximo diario = 13.0 LPS
Caudal Industrial = 0.8 LPS
Caudal de Incendio = 10.0 LPS (5 LPS x 2
hid.)Total = 23.8 LPS
Alternativa N 2: Caudal mximo diario = 23.4LPS (13 LPS x
1.8)
Caudal Industrial = 0.8 LPS
Total = 24.2 LPS
Alternativa N 3: Caudal mximo diario = 23.4LPSCaudal Industrial
= 0.8 LPS
Caudal de Incendio = 10.0 LPS (5 LPS x 2
hid.)
Total = 34.2LPS
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Tomando el caudal de diseo como el mayor caudal obtenido de
las
tres alternativas anteriores, se tiene entonces que:
PRESIN DE DISEO:
Para edificacin de hasta dos pisos, se toma la tabla 2 una
presin
mnima de servicio de 15 metros.
DISEO DE LA LNEA MATRIZ
La lnea matriz o tubera de conduccin entre el tanque de
almacenamiento y la red de distribucin funciona a presin como
se
indica en la figura 03.
FIGURA N 03
LNEA MATRIZ
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Material de la Tubera: Asbesto-Cemento
C = 140
Clase de tubera: 20
Cota del nivel de agua en el tanque = 62.70
Cota de terreno del nudo 1 de la red = 42.55
Cota piezomtrica de la entrada de la red = 42.55 + 15.00 =
57.55
Longitud de loa conduccin = 200 m
( )
( )
En este diseo se toma el dimetro comercial superior y se
determina
posteriormente la cota piezomtrica final a la entrada de la red,
yadicionalmente se desprecian las perdidas menores por accesorios.
Sin
embargo puede hacerse tambin el diseo de la tubera. Entonces
para
una tubera de 6 (0.152 m.) se tiene:
( )
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( )
Cota piezomtrica en el nudo 1 = 62.70-4.16 = 58.54
Presin en el nudo 1 = 58.57-42.55 = 15.99 m
DISTRIBUCION DE CAUDALES EN LA RED:
Debido a la falta de un estudio de planeacin de la poblacion, y
como
ejemplo teorico, se supone una distribucion de caudal
domestico
proporcional a la longitud de la tuberia alimentada. La
hipotesis de
distribucion adoptada, puede ser de acuerdo con las
condiciones
topograficas del proyecto, como se indica en la figura n 04.
Caudal a repartir:
TRAMOLONGITUD
PROPIA (m)
LONGITUD
ALIMENTADA
(m)
LONGITUD
TOTAL (m)
CAUDAL
(m3/s)
1-2 300.00 300.00 600.00 3.781-3 424.26 300.00 724.26 4.55
3-2 300.00 600.00 900.00 5.65
3-4 300.00 200.00 500.00 3.14
2-5 300.00 200.00 500.00 3.14
5-4 300.00 200.00 500.00 3.14
1,924.26 1,800.00 3,724.26 23.40
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FIGURA N 04
HIPTESIS DE DISTRIBUCIN DE CAUDALES
El caudal total en cada uno de los nudos es:
Nudo Dom (L/s) Ind. (L/s) Ind. (L/s) Q (L/s)1 -34.202
3.78+5.65=9.43 9.433 4.55 0.80 5.354 3.14+3.14=6.28 5.00 11.285
3.14 5.00 8.14 23.40 0.80 10.00 0.00
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El caudal en cada tramo se calcula como:
Nudo Dom (L/s) Ind. (L/s)1-2 por mitad 17.103-2 (Q1-3 - D3)/2
5.871-3 por mitad 17.102-5 Q1-2 + Q3-2 - D2 13.555-4 Q2-5 - D5
5.413-4 (Q1-3 - D3)/2 5.87
CALCULO DE LAS MALLAS POR EL MTODO DE LONGITUDES
EQUIVALENTES
La distribucin se calcula igual que en el mtodo de Cross. Pero
es
este mtodo los dimetros de las tuberas se seleccionan
previamente,
en el mtodo de longitudes equivalentes se debe seleccionar
previamente la distribucin de presiones sobre las mallas (Figura
n
05).
Distribucin de presiones
Trazando una diagonal entre los nudos extremos (1 y 4), se
divide esta
en 10 partes iguales, por lo que se tiene:
Cota piezomtrica en el nudo 1 = 58.54 (presin 15.99 m)
Cota piezomtrica en el nudo 4 = 56.51 (presin 16.00 m)
Carga hidrulica disponible = 58.54 56.51 = 2.03 m
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FIGURA N 05
DISTRIBUCIN DE PRESIONES
Dividiendo en 10 partes, la cada en cada subdivisin ser de
aproximadamente 20 cm.
La cota piezomtrica para cada uno de los nudos de las mallas
se
obtiene interpolando las cotas piezomtricas de la grfica
anterior. La
carga hidrulica disponible en cada tramo se obtiene de la
diferencia de
las cotas piezomtricas en los nudos inicial y final.
A continuacin se presenta el clculo hidrulico de la red y
sus
resultados definitivos.
58.54
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TABLA N 04
CALCULO DE MALLAS
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TABLA N 05
CUADRO DE RESULTADOS
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FIGURA N 06
RED DEFINITIVA POR EL MTODO DE LONGITUDES
EQUIVALENTES
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OBSERVACIONES DEL DISEO
o En trminos de las velocidades en la red, todos los tramos
son
satisfactorios menos el tramo 5-4, en el cual la velocidad de
0.27
m/s para la longitud correspondiente a 6, es baja. Este
problema puede ser resuelto aumentado la carga disponible
para cada tramo, lo cual se logra disminuyendo el Angulo de
inclinacin de las piezas piezomtricas transversales.
o En el tramo 1-2 puede colocarse tubera de 6 a todo lo largo
de
los 300 metros.
o Puede intentarse otra distribucin de presiones con el fin
demodificar la ampliacin de 6 a 8 pulgadas en los tramos 3-2 y
2-
5.
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ANEXO 2: MTODO DE TUBERAS EQUIVALENTES
MTODO DE TUBERAS EQUIVALENTESEn trminos bsicos, el concepto
deLongitud Equivalenteconsisteen
definir, para cada accesorio en el sistema a estudiar, una
longitud
virtual de tubera recta que, al utilizarse con la ecuacin de
prdida por friccin, genere la misma prdida asociada a la
prdida localizada del referido accesorio.Si utilizamos la
ecuacin
de Hazen-Williams tendramos lo siguiente:
DONDE:
hl = prdida localizada que genera determinada pieza especial
de
dimetro D y con una Longitud Equivalente igual a LE.
De esta forma, tanto las Prdidas por Friccin como las
Prdidas
Localizadas, para cada dimetro en el sistema, sern evaluadas
con
la misma ecuacin de Prdidas por Friccin para obtener la
Prdida
Total (ht) del sistema, slo quea la longitud de tubera real (Lr)
se le
adicionar la suma de la Longitud Equivalente de cada accesorio,
para
tener as una longitud de clculo:
Ya con lo anterior tenemos eliminada la primera complicacin
del
mtodo del Coeficiente de Prdida Localizada: desaparece una
ecuacin en elplanteamiento de la ecuacin de energa en un
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Sistema Hidrulico (y con ella la necesidad de recurrir a
mtodos
numricos para la resolucin).
Igualmente, para el mtodo de la Longitud Equivalente, se
requiere
recurrir a tablas o Nomogramas en los que se determine, de
acuerdo a
las caractersticas de la pieza (tipo y dimetro), la Longitud
Equivalente
a introducir en la ecuacin de prdida por friccin que estemos
utilizando.
El mtodo de la Longitud Equivalente es de amplio uso en el diseo
de
instalaciones de pequeo dimetro (Instalaciones Sanitarias
enEdificaciones) o redes de distribucin de agua en localidades
pequeas.
APLICACIN DEL MTODO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE EN
EL CLCULO DE PRDIDAS EN UN SISTEMA:
Determinar las prdidas totales en una tubera de PVC de 350 m
de
longitud y 300 mm de dimetro (12), cuando por ella se conducen
112l/s y en la que se encuentran instalados los siguientes
accesorios, con
los mismos dimetros que la tubera:
Descripcin Cantidad
Codos de radio largo a 90 2
Vlvula de retencin (Check) 1
Llave de Compuerta 100% abierta 1
En este ejemplo tenemos, para todas las piezas, el mismo
dimetro
que la tubera, as que podremos agrupar el clculo de las
Prdidas
Totales (que incluyen Prdidas por Friccin y Prdidas
Localizadas)
con una sola ecuacin:
http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2011/10/Nomograma_LongEquivalente.ziphttp://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2011/10/Nomograma_LongEquivalente.zip
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Para conocer la Longitud de Clculo (Lc), utilizamos el
Nomograma, y
obtenemos para cada accesorio la Longitud Equivalente:
http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2011/10/Nomograma_LongEquivalente.ziphttp://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/wp-content/uploads/2011/10/Nomograma_LongEquivalente.zip
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Descripcin CantidadLongitud
Equivalente(m)
Codos de radio largo a 90 2 26 = 12
Vlvula de retencin (Check) 1 26
Llave de Compuerta 100% abierta 1 2,25
Total (m) = 40,25
Con esto, sustituimos para obtener la prdida total en este
sistema:
SIMPLIFICACIN DEL MTODO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE
Si bien el mtodo simplifica los trminos para el clculo de las
prdidas
totales en los Sistemas Hidrulicos, sigue contando con uno de
los
inconvenientes que referamos del mtodo del Coeficiente de
Prdidas
Localizadas: requiere agrupar y contabilizar todas las piezas en
el
sistema lo cual, no es prctico en la mayora de las
aplicaciones.
DEL EJEMPLO ANTERIOR, PORCENTAJE DE INCREMENTO:
DONDE:
Lr= Longitud Real
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LE= Longitud Equivalente
Lc= longitud De Calculo
Lo que significa que incrementando, en este caso, el valor
de
longitud real en un 11,5% estaramos considerando a las
prdidas localizadas en nuestro clculo.
Este procedimiento es la justificacin de una simplificacin muy
comn
en el diseo de Sistemas de Abastecimiento de Agua: el de suponer
un
factor (FM), en forma de porcentaje de incremento para la
Longitud
Real (de Tubera Recta) y con el cual tendremos la Longitud de
Clculo
a utilizar en la ecuacin de prdidas por friccin:
Generalmente este porcentaje de incremento, de acuerdo al tipo
de
aplicacin, oscila entre el 5 y el 50%, dependiendo su seleccin
de la
relacin existente entre el nmero de piezas y la longitud de
tubera
recta en el sistema bajo estudio.
Por ejemplo:
En Sistemas donde predominen tramos extensos de Tubera con
media a baja densidad de accesorios, como en el caso de
Conducciones (Aducciones) expresas o redes de distribucin,
podemos utilizar entre el 5 y el 25%
En Sistemas caracterizados por tramos cortos de tubera, en
los
que son necesarias una cantidad significativa de accesorios,
como en el caso de Instalaciones Sanitarias en
Edificaciones,
deberamos pensar en valores mayores: entre 25 y 50%.
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Este mtodo simplificado aplica slo cuando estamos estableciendo
la
Longitud Equivalente de accesorios que, efectivamente,
generen
prdidas menores, como en el caso de codos, yees, tees y
vlvulasde compuerta 100% abiertas. En casos en donde tengamos
algn
dispositivo que genere Prdidas Localizadas de cierta magnitud,
como
cuando hablamos de vlvulas de regulacin de caudal o presin y
vlvulas parcialmente abiertas, entre otros, debemos utilizar,
de
preferencia el mtodo del Coeficiente de Prdidas Localizadas o el
de
la Longitud Equivalente segn se explic en el ejemplo
anterior.
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ANEXO 3: TABLAS Y CUADROS EMPLEADOS
NOMOGRAMA PARA CALCULO DE PERDIDAS EN ACCESORIOS
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ANEXO 4: DIAPOSITIVAS
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ANEXO 5: TRPTICO
