TPNÂº3(Ing.sanitaria) Sole

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTERO – F. C. E. y T.

ALUMNO

:SÁNCHEZ, E. SOLEDAD

TRABAJO PRACTICO Nº 3:EDIFICIOS DE REGULACION – RESERVA -

PRESIÓN

INGENIERIA SANITARIA–AÑO 2008ING. RAMON PAZ ING. M. MATTAR

ING. OLMOSHoja 1

Tanque elevado y cisterna

La función básica del tanque es almacenar agua en los períodos en los cuales la demanda es menor que el suministro de tal forma que en los períodos en los que la demanda sea mayor que el suministro se complete el déficit con el agua almacenada inicialmente. En general, se puede establecer que las dimensiones de un tanque regulador se determinan para cumplir las siguientes funciones:- Compensar las variaciones en el consumo de agua durante el día. - Tener una reserva de agua para atender los casos de incendios.- Disponer de un volumen adicional para casos de emergencia, accidentes, reparaciones o cortes de energía eléctrica (cuando haya un sistema de bombeo).- Dar una presión adecuada a la red de distribución en la población. Los tanques pueden ser construidos sobre el terreno (superficiales, semienterrados o enterrados) si se dispone de un desnivel topográfico adecuado que permita el funcionamiento de la red de distribución bajo las normas adecuadas de presión. En el caso de no disponer de la condición topográfica se debe proyectar un tanque elevado, teniendo en cuenta que esto implica un tanque de succión y una estación de bombeo, los cuales deben ser diseñados para un volumen horario demandado por la comunidad. En teoría la red de distribución resulta mas económica si el tanque elevado se localiza en el centro de gravedad de la población, sin embargo, por razones de espacio, estética y seguridad, lo mencionado casi nunca es posible.

Tipos de tanques

Cuando el tanque no ocupe el centro de gravedad, puede tener varias funciones según su localización:

- Tanque de distribución: se tendrá un tanque de distribución cuando el agua llegue a este antes de llegar a la población.- Tanque de compensación: este tipo de tanque se sitúa en el extremo opuesto de la entrada de agua a la red de distribución, así cuando el consumo es nulo en la población, la totalidad del agua llega al tanque de compensación a través de la red de distribución. Cuando el consumo iguala al suministro, no entra ni sale agua del tanque, y cuando el consumo es mayor que el suministro la población será surtida tanto por el tanque de distribución como por el tanque de compensación.- Tanque elevado: consiste en una cuba montada en una torre o estructura de pilares cuya función es asegurar una presión conveniente a toda hora y en todo lugar. El volumen de la cuba constituirá junto con el volumen de la o las cisternas existentes el volumen total de reserva requerido. El volumen de la cuba debe ser como mínimo el 10% del volumen total de la reserva. En lo referente al emplazamiento y altura más económica, en lo posible debe realizarse en el centro de gravedad y en el punto más alto, siendo prioritario, en el caso de no darse ambas condiciones, el punto más alto. En lo que respecta a la altura se analiza mediante diagrama que depende del análisis de costo de la red por un lado y de elevación por el otro. A mayor altura corresponde mayores gastos anuales de elevación y mayor costo en la construcción del tanque. A mayor altura se necesitarán menores diámetros en la red de distribución y con ello disminuirá la anualidad de amortización de la red.

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Capacidades de reservas El volumen total de las reservas resulta de sumar el volumen de compensación, el volumen para incendio y el volumen para reparaciones o mantenimiento.

Volumen de Compensación: es aquel con el cual se satisface la demanda en una jornada.Volumen de incendio: es aquel necesario para extinguir incendios cuya duración se considera de 3 a 6 horas. Para ciudades con menos de 200.000 habitantes las Normas indican que se puede suponer un solo incendio, mientras que para poblaciones mayores, se debe suponer que ocurre otro incendio simultáneamente exigiendo una demanda adicional de 32 lts/seg.Volumen para reparaciones: a los volúmenes anteriores hay que adicionarle el necesario para almacenar agua en caso de tener que realizar reparaciones u operaciones de mantenimiento en la planta cuya duración se adopta de 4 a 10 horas. El volumen total se distribuirá en las cisternas y torres tanques que haya en la población.

Cálculo del Volumen de la CisternaCaudal de Bombeo: QB = 55,80 m3/hCaudal Máximo Diario: Qm20 = 27,90 m3/h

TiempoAporteParcial

Aporte Acumulado

DemandaParcial

Demanda Acumulada

Diferencia

horas m3 m3 m3 m3 m3 0 - 1 27,90 27,90 0,00 0,00 27,901 - 2 27,90 55,80 0,00 0,00 55,802 - 3 27,90 83,70 0,00 0,00 83,703 - 4 27,90 111,60 0,00 0,00 111,604 - 5 27,90 139,50 0,00 0,00 139,505 - 6 27,90 167,40 0,00 0,00 167,406 - 7 27,90 195,30 0,00 0,00 195,307 - 8 27,90 223,20 0,00 0,00 223,208 - 9 27,90 251,10 55,80 55,80 195,309 - 10 27,90 279,00 55,80 111,60 167,4010 - 11 27,90 306,90 55,80 167,40 139,5011 - 12 27,90 334,80 55,80 223,20 111,6012 - 13 27,90 362,70 55,80 279,00 83,7013 - 14 27,90 390,60 55,80 334,80 55,8014 - 15 27,90 418,50 55,80 390,60 27,9015 - 16 27,90 446,40 55,80 446,40 0,0016 - 17 27,90 474,30 55,80 502,20 -27,9017 - 18 27,90 502,20 55,80 558,00 -55,8018 - 19 27,90 530,10 55,80 613,80 -83,7019 - 20 27,90 558,00 55,80 669,60 -111,6020 - 21 27,90 585,90 0,00 669,60 -83,7021 - 22 27,90 613,80 0,00 669,60 -55,8022 - 23 27,90 641,70 0,00 669,60 -27,9023 - 24 27,90 669,60 0,00 669,60 0,00

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Volumen cisterna = Máx + Min = 223,20m3 + 116,10m3 = 334,80m3

0

100

200

300

400

500

600

700

Vol

umen

(m

3 )

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas del día

Aporte acumuladoDemanda acumulada

Volumen para Incendios

Volumen Total de la Cisterna

Diseño de la Cisterna

Se construirá una cisterna rectangular con una relación de lados a/b = 2 La profundidad será de 3,5 m más una revancha de 50cm.

Finalmente adopto: a = 8,00m y b = 16,00m Por lo tanto el volumen será:

Cañería de Desborde Rugosidad del hierro galvanizado: = 0,15 mm Viscosidad cinemática del agua (a 25ºC): = 8,97x10-7 m2/seg

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Proponemos una pérdida de carga, entre la entrada de la cañería hasta el desagüe en una cuneta cercana a la planta; hf = 0,50m Determinaremos el diámetro de la cañería de desborde usando la ecuación de Colebrook y White:

Número de Reynolds:

Adoptamos un f y calculamos un diámetro:

Luego se calcula el f que corresponde a la cañería de desborde con el diámetro calculado. El diámetro de la cañería de desborde será aquel que la diferencia entre los f (entre adoptado y calculado) sea mínima. Se encontró el valor de f = 0,0242

Entonces:

Adopto cañería de desborde D = 4” (10,16cm)

Cálculo del Embudo Supondremos una carga de agua máxima de 10 cm para el cálculo del embudo:

Donde:: Coeficiente de gasto del orificioA: Sección transversal de la boca del embudog: Aceleración de la gravedadh: Carga de aguad: Diámetro de la boca del embudoQ: Caudal constante proveniente desde los filtros

Adopto un embudo: d = 4” (10,16cm)

Cañería de Llegada desde Planta Potabilizadora Rugosidad del hierro galvanizado: = 0,15mm Viscosidad cinemática del agua (a 25ºC): 8,97 x 10-7 m2/seg Longitud de la cañería: 30m Pérdida de carga adoptada: 35cm Aporte constante desde los filtros: 0,00775 m3/seg

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Procediendo de manera análoga al cálculo de la cañería de desborde; se encontró el valor de f=0,0238

Entonces:

Adopto cañería de llegada desde Planta Potabilizadora D = 4” (10,16 cm)

Cañería de Impulsión Para la determinación del diámetro de la cañería de impulsión usaremos la Formula de Bresse, ya que no se justifica establecer una comparación económica entre ésta y el conjunto de impulsión, por tener tanto una pequeña longitud como un diámetro pequeño.

Donde:K: coeficiente que esta en función de los precios de electricidad, de los materiales y de los equipos empleados en las instalaciones.D: Diámetro de la tubería en metros.QB: caudal de bombeo en m3/seg

Adopto cañería de Impulsión D = 6” (15,24cm) de HºGº.

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Tanque Elevado Teóricamente la determinación de la altura es un cálculo laborioso que involucra el estudio de la red de distribución y el consumo de energía para elevación de agua. Actualmente se puede realizar una iteración usando una computadora. Es sabido que estos factores influyen en la altura del tanque en forma inversa y solamente un cálculo económico en casos de mucha importancia indicará la altura conveniente. La ubicación debe efectuarse de preferencia dentro del centro de la población y en el punto más elevado de la planimetría. Por ejemplo, en Santiago del Estero, por el tipo de suelo no conviene tener que construir grandes tanques elevados ya que se encarece la fundación (suelos colapsibles) y por el ataque de suelos al hormigón (se deben usar cementos ARS). Por otra parte al aumentar la altura se dispone de mayor presión y puede disminuirse el diámetro de la conducción. En lo referente al dimensionado, la relación de la altura del cubo al diámetro varía entre los límites 0,5 a 1,0 ya que los tanques elevados son por lo general de forma cilíndrica. De las dos funciones que cumple (almacenar y dar presión), puede no almacenar pero siempre debe dar presión. En los tanques elevados es preciso disponer las tuberías de entrada y salida de agua, así como de desagüe y desborde. La mejor disposición de las llaves de cierre es en la parte inferior, para facilitar el montaje y el desmontaje en las reparaciones. Las uniones conviene realizarlas con bridas. Deben disponer juntas de dilatación e indicadores de nivel. En general las tuberías son de hierro galvanizado.

Capacidad del Tanque de Distribución El volumen de almacenamiento del tanque debe ser calculado en base a los datos de consumo de la población y su distribución horaria. La distribución horaria del consumo de una población depende de gran parte de las costumbres de sus habitantes, pero en general se puede establecer que siempre se presentarán unas horas de máxima demanda que coinciden con las horas de las comidas. Estos valores máximos de demanda serán más extremados en poblaciones pequeñas donde las costumbres son más uniformes; ocurre lo contrario en poblaciones grandes debido a la heterogeneidad de las costumbres. La curva de distribución horaria tendrá la siguiente forma:

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0258101215182022252830323538404245485052555860

Vol

umen

(m

3 )

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas

Curva de distribución horaria del consumo de la población

Método de la Curva Integral A partir de la curva de distribución horaria se define la Curva Integral, teniendo en cuenta los valores del consumo acumulado en un período de 24 horas. La curva integral tiene las siguientes características:

La curva es siempre ascendente. La ordenada en cualquier punto representa el consumo total hasta ese momento La pendiente en cualquier punto representa el consumo instantáneo.

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0255075100125150175200225250275300325350375400425450475500525550575600625650675700

Vol

umen

(m

3 )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0

Horas

Curva del consumo acumulado de la población

Cálculo de la Capacidad del Tanque Elevado Cuando se tiene un tanque elevado, la forma de alimentación más usual será por bombeo. La forma de operación del bombeo tiene implicaciones económicas, ya que entre mayor sea el número de horas de bombeo menor será la capacidad del tanque, pero mayores serán los costos de operación del sistema de bombeo.

En nuestro caso el bombeo se efectuará en forma continua durante 12 horas, desde las 8 hasta las 20 horas.

Caudal de Bombeo: QB = 55,80 m3/hCaudal Máximo Diario: Qm20 = 27,90 m3/h

Hora Aporte [m3]Aporte

Acumulado [m3]

Coef. de oscilación Horaria

Demanda [m3]

Demanda Acumulada

[m3]

Diferencia [m3]

0 - 1 0,00 0,00 0,75 5,02 5,02 0,001 - 2 0,00 0,00 0,75 5,02 10,04 -10,04

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2 - 3 0,00 0,00 1,00 6,70 16,74 -16,743 - 4 0,00 0,00 1,00 6,70 23,44 -23,444 - 5 0,00 0,00 3,00 20,09 43,52 -43,525 - 6 0,00 0,00 5,50 36,83 80,35 -80,356 - 7 0,00 0,00 5,50 36,83 117,18 -117,187 - 8 0,00 0,00 5,50 36,83 154,01 -154,018 - 9 55,80 55,80 3,50 23,44 177,44 -121,649 - 10 55,80 111,60 4,50 30,13 207,58 -95,9810 - 11 55,80 167,40 6,00 40,18 247,75 -80,3511 - 12 55,80 223,20 8,50 56,92 304,67 -81,4712 - 13 55,80 279,00 8,50 56,92 361,58 -82,5813 - 14 55,80 334,80 6,00 40,18 401,76 -66,9614 - 15 55,80 390,60 5,00 33,48 435,24 -44,6415 - 16 55,80 446,40 5,00 33,48 468,72 -22,3216 - 17 55,80 502,20 3,50 23,44 492,16 10,0417 - 18 55,80 558,00 3,50 23,44 515,59 42,4118 - 19 55,80 613,80 5,00 33,48 549,07 64,7319 - 20 55,80 669,60 6,00 40,18 589,25 80,3520 - 21 0,00 669,60 6,00 40,18 629,42 40,1821 - 22 0,00 669,60 3,00 20,09 649,51 20,0922 - 23 0,00 669,60 2,00 13,39 662,90 6,7023 - 24 0,00 669,60 1,00 6,70 669,60 0,00

El volumen total del tanque será la suma entre el máximo déficit (154,01m3) y el máximo sobrante (80,35m3) dando un total de 234,36m3

Suministro acumulado

0

100

200

300

400

500

600

700

Vol

umen

(m

3 )

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas del día

Consumo acumulado

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Hoja 10

Diseño del Tanque Elevado Se construirá un Tanque Elevado con cuba de base cuadrada. Adopto una altura h = 4,00 m Altura del Fuste: 15,00 m

→ Adopto L = 8,00 m

El volumen final de la cuba será:

Cañería de Desborde Longitud de cañería: 25 m Rugosidad del hierro galvanizado: = 0,15 mm Viscosidad cinemática del agua (a 25 ºC): 8,9710-7 m2/seg Caudal de diseño (igual al caudal de bombeo): QB = 0,016 m3/seg

Determinaremos el diámetro de la cañería de desborde usando la ecuación de Colebrook y White:



Luego se calcula el f que corresponde a la cañería de desborde con el diámetro calculado. El diámetro de la cañería de desborde será aquel que la diferencia entre los f (entre adoptado y calculado) sea mínima Se encontró el valor de f = 0,0256

Entonces:

Adopto cañería de desborde D = 3” (7,62 cm)

Cálculo del Embudo

Adopto 6” = 15,24 cm Se trabajó una carga de agua máxima de 15 cm para el cálculo del embudo.

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Hoja 11

Cañería de Limpieza Consideraremos para el cálculo que a la mitad del volumen del tanque lo vaciaremos en un tiempo máximo de 2 horas.

Tiempo de desagote: t = 2 horas

Volumen a desagotar:

Caudal de Limpieza:

Cálculo de la Cañería La Longitud de la cañería de limpieza es de 21 m Rugosidad del hierro galvanizado: = 0,15 mm Viscosidad cinemática del agua (a 25 ºC): 8,9710-7 m2/seg

Suponemos una pérdida de carga igual a la altura del fuste más la altura de carga de la cuba completa, dando una altura total de 19,45 m Determinaremos el diámetro de la cañería de limpieza usando la ecuación de Colebrook y White:



Luego se calcula el f que corresponde a la cañería de limpieza con el Diámetro calculado. Se encontró el valor de f = 0,0162

Entonces:

Adopto cañería de limpieza D = 6” (15,24 cm)

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Hoja 12

Cañería de Alimentación a la Red (Bajada)

Cálculo del Embudo

Adopto 2” = 5,08 cm

Calculo de la Cañería Longitud: L = 20 m hf 0,20 m (Condición de Diseño) Material de la conducción: Hierro Galvanizado Rugosidad de la tubería: = 0,15 mm Caudal Máximo Horario a 20 años: QM20 = 11,62 lts/seg

Determinaremos el diámetro de la cañería de bajada usando la ecuación de Colebrook y White:



Luego se calcula el f que corresponde a la cañería de bajada con el Diámetro calculado. Se encontró el valor de f = 0,02265

Entonces:

Adopto cañería de bajada de D = 6” (15,24cm)

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