Unidad 7. Obras de Distribución 2

8/17/2019 Unidad 7. Obras de Distribución 2

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INTRODUCCIÓN.

El agua es un elemento esencial para la vida, con el pasar de los años losavances técnicos le permitieron al hombre transportar y almacenar el agua, asícomo extraerla del subsuelo, por lo cual los asentamientos humanos se hanesparcido lejos de ríos y de otras fuentes superficiales de agua.

Actualmente, su uso en las poblaciones es diverso, como lo es para consumohumano, en el aseo personal, y en actividades como la limpieza doméstica y en lacocción de los alimentos. De la misma forma que ha evolucionado el uso del agua,lo ha hecho el término "abastecimiento de agua" que en nuestros días conlleva elproveer a las localidades un volumen suficiente de agua, con una calidad

requerida y a una presión adecuada.

Un sistema moderno de abastecimiento de agua se compone de instalacionespara la captación, almacenamiento, conducción, bombeo, tratamiento ydistribución. Este último se refiere a dotar de agua al usuario para su consumo.

Este documento tiene como objetivo el presentar los conceptos básicos de redesde distribución de agua, así como la metodología y recomendaciones para sudiseño.


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UNIDAD 7: OBRAS DE DISTRIBUCIÓN.

7.1 TRAZO DE LA RED.

Una red de distribución (que se denominará en lo sucesivo red) es el conjunto detuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua desde tanques deservicio o de distribución hasta las tomas domiciliarias o hidrantes públicos. Sufinalidad es proporcionar agua a los usuarios para consumo doméstico, público,comercial, industrial y para condiciones extraordinarias como el extinguirincendios. La red debe proporcionar este servicio todo el tiempo, en cantidadsuficiente, con la calidad requerida y a una presión adecuada. Los límites decalidad del agua, para que pueda ser considerada como potable se establecen enla Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1 vigente.

El primer paso en el diseño de la Red de Distribución de Agua Potable es ladefinición de su trazado en planta, para lo cual es necesario estudiar lascaracterísticas de la vialidad, de la topografía y de la ubicación de los puntos dealimentación y estanques.

PROYECTOS NUEVOS.

No es posible dar lineamentos concretos sobre el trazado de las líneas principalesy secundarias de una red, tanto si es ramificada como cerrada, pues ello dependeesencialmente de la configuración de la red y de las características de las zonas aservir. No obstante, se pueden dar las siguientes recomendaciones:

Las tuberías principales han de trazarse buscando el camino más corto hacia laszonas de gravedad hidráulica, es decir, de mayor consumo, con objeto de que alser servidas directamente por esas líneas, cuyos diámetros tienen grandescapacidades de conducción, se descarguen las secundarias con la consiguienteeconomía de diámetros en éstas y, por tanto, del costo de la red.

Las tuberías secundarias han de trazarse buscando abastecer lo más

directamente posible los predios. No deben permitir el paso de volúmenes haciaotros predios sino sólo a los propios, lo que se debe traducir en menoresdiámetros de las tuberías.

Es preferible trazar las líneas principales a través de las partes altas de lapoblación y siguiendo la pendiente del terreno, lo último se refiere también a laslíneas secundarias, (figuras 7.7 y 7.8).


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En caso de poblaciones lineales y estrechas en plano, es decir, que se desarrollana lo largo de una vía principal, no cabe duda de que dicha vía es el lugaradecuado de trazo de la línea principal, sobre todo si el sistema es ramificado(figura 7.9). Si algunos núcleos laterales tienen importancia se realizará laderivación de unas líneas secundarias, buscando el centro de gravedad hidráulica

de cada uno de estos núcleos.

Si la anchura de la población lineal fuera importante, puede ser recomendable, enlugar de una única línea principal, disponer de dos paralelas (figura 7.10), a losdos lados del eje longitudinal, dejando en dicho eje una línea secundaria.


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Si la población se desarrolla en una ladera (figura 7.11), la solución lógica es de

ubicar la entrada del agua en el centro. De este punto salen dos ramashorizontales, de las que se derivarán otras líneas que se dirigirán a los centros deconsumo para servir a las líneas secundarias que se presentan dada laconfiguración y densidad de población urbana.

En caso de ciudades de forma ancha serán preferibles las redes cerradas (figura7.12) con circuitos principales de diámetro relativamente uniforme en los que eldiámetro sea tal que asegure una alimentación suficiente en caso de interrupciónen algún punto del circuito.


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Si la ciudad es grande y se prevé su rápido crecimiento fuera de la línea de suanillo periférico, la solución más recomendada sería la de la figura 7.13, con doblelínea principal circular cuyos dos circuitos se unen por algunas tuberías primarias.


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En vialidades con más de 15 m de sección transversal se puede proyectar unalínea primaria al centro, con doble línea secundaria, una en cada banqueta. Si enestas vías se prevén hidrantes o cajas contra incendio, éstos se ubican de un ladode la calle, conectados mediante una derivación a la línea primaria.

El trazo de la red sobre el plano urbanístico se inicia en el punto de entrega deagua. Se trazan los ejes de las tuberías por las calles formando redes y se midenlas longitudes de cada tramo, o sea entre cruceros y entre uniones de tramos concaracterísticas diferentes. Los circuitos de la red primaria se trazan envolviendomanzanas; se recomienda que las longitudes de los tramos de esos circuitos seande 400 a 600 m.

Después de trazar los circuitos, se dibujan las tuberías de la red secundaria o derelleno en las calles intermedias. Estas tuberías deben ser capaces de conducirlos gastos de diseño, pero, como generalmente resultan muy pequeños se utilizan

tuberías con el diámetro mínimo.

Proyectos de rehabilitación.

Las tuberías que ya existen definen en gran medida el trazo de una red que senecesita rehabilitar.

Se trazan nuevas líneas fundamentalmente en los siguientes casos:

a. Para reforzar líneas que ya existen.b. Para alimentar la red con nuevos puntos de entrada de agua.c. Nuevas líneas que tienen el propósito de reducir las pérdidas de carga en la

red mediante una redistribución de los gastos en los circuitos.d. Para dar servicio a nuevas partes de la población.


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7.2 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO.

Consideraciones de Diseño de la Red.

Diseño geométrico de la red. Se deben plantear redes conformadas por circuitoscerrados, salvo en aquellos casos en que la traza o condiciones topográficas delfraccionamiento no lo permita. Esto último quedará a criterio del personal técnicodel Organismo Operador. En todas las calles se deberá instalar doble líneaalimentadora para agua potable, una por cada banqueta, en caso de que seanandadores angostos menores de 6.00 m, se aceptará una sola línea, en casosespeciales deberá consultar al personal técnico del Organismo Operador. El trazode los tramos de tubería que conformen la red, deben diseñarse en forma rectaentre crucero y crucero, sin sobrepasar la deflexión que soporte la tubería.

Para determinar la Población de proyecto en fraccionamientos, deberáconsiderarse el cien por ciento de la ocupación de los lotes, de acuerdo a losplanos de lotificación y traza autorizados por la Dirección de Desarrollo UrbanoMunicipal, aplicando la densidad de población asignada a cada tipo defraccionamiento de acuerdo a la siguiente tabla.

La Dotación de agua potable se asignara a cada tipo de fraccionamiento deacuerdo a la siguiente tabla.

Los coeficientes de variación que se utilizarán para el cálculo de los gastos dediseño son los estipulados por la Comisión Nacional del Agua:

Coeficiente de variación diaria:1.40 Coeficiente de variación horaria: 1.55


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7.3 Cálculo hidráulico de redes abiertas y cerradas

Las redes de tuberías abiertas y cerradas están constituidas por sistemas detuberías, que se entienden como un conjunto de tuberías que operan bajo lasmismas condiciones hidráulicas; ejemplos de estos sistemas son las tuberías en

serie y paralelo que a pesar de ser simples, pueden presentarse en algunos casosde diseño o ampliación de redes de distribución de agua potable.Tuberías en Serie: Son dos o más tuberías diferentes colocadas una acontinuación de la otra, las cuales pueden diferenciarse en los diámetros o en lasrugosidades (es decir estar hechas de materiales diferentes) o bien en ambascaracterísticas físicas.

Tuberías en paralelo: Son un conjunto de tuberías que parten de un nodo común yllegan a otro nodo también común. En estos nodos, los gastos que pasan por cada

una de estas tuberías se unen. En general, los sistemas en paralelo estánlimitados a 3 o 4 tuberías. Sin embargo, es más común que estén compuestos pordos tuberías. Estas pueden tener longitudes, diámetros y accesorios diferentes ala vez de estar elaboradas en materiales muy distintos.


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En la práctica de la ingeniería hidráulica las redes de tuberías son sistemas muchomás complejos que las tuberías en serie y paralelo. Ahora iniciaremos con elanálisis de redes de tuberías, el cual estará basado en las ecuaciones deconservación del momentum lineal y de conservación de la masa que gobiernan elflujo en estos sistemas, tomando en consideración las pérdidas por fricción y

locales. Las redes se clasifican, de acuerdo con sus configuraciones básicas, enredes abiertas y cerradas.Las redes de distribución de agua potable de una ciudad usualmente estáncompuestas de dos partes. La primera de ellas encargada de conducir el aguadesde la planta de tratamiento hasta los diferentes tanques de almacenamiento yregularización localizados aguas arriba de los diferentes sectores delabastecimiento. La segunda parte está conformada por las redes de distribución através de las cuales el agua potable se mueve desde tanques de almacenamientohasta la acometida del usuario final. En general las redes que van de las plantasde tratamiento a los tanques de regularización o almacenamiento son redesabiertas, y las redes de distribución son redes cerradas en el sentido que estánconformadas por circuitos. Sin embargo, puede haber casos en que las redes dedistribución sean abiertas.

REDES ABIERTAS

Se caracterizan por no tener ningún circuito cerrado en el sistema es decir cuandolas conducciones que las componen se ramifican, sucesivamente, sinintersectarse después para formar circuitos. Los extremos finales de lasramificaciones pueden terminar en un recipiente o descargar libremente a laatmósfera, los ejemplos típicos de este grupo de redes son las redes de tubosmadres o líneas de distribución de agua potable. Otros ejemplos de redes abiertasson un sistema de tuberías que une una batería de pozos de agua con un tanquede abastecimiento, la red contra incendios en el interior de una edificación.

De acuerdo a los niveles de los distintos depósitos y la longitud de los tubos, sedeberá conocer o suponer la dirección del gasto en los diferentes tramos.


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De la ecuación de la energía, entre el recipiente superior y los extremos de lostubos resulta entonces:

− (

) ∑ ℎ= (1.1)

Donde es el nivel de la superficie libre del agua si el tubo descarga a undepósito o bien, el nivel del centro de gravedad de la sección final, si el tubodescarga a la atmósfera; el subíndice j corresponde a las característicashidráulicas en el punto j. El término ∑ ℎ= es la suma de las pérdidas de energíade los tubos que se encuentran en el recorrido, desde el punto 1 hasta el extremo

j; toma signo positivo para aquellos elementos en que la dirección del gastocoincide con la del recorrido. Además, en cada punto de ramificación (nodo) sesatisface la ecuación de continuidad siguiente:∑ 0 (1.2)

Y se establece como convención que los gastos que lleguen al nodo tengan signonegativo; y positivo los que salgan del nodo.

Si el problema es de revisión, el resultado será un sistema de tantas ecuaciones,del tipo (1.1) como extremos finales tenga la red; y de tantas ecuaciones del tipo(1.2) como nudos existan.Debemos tomar en cuenta para el diseño de tuberías que una vez que se fija unaaltura piezométrica en alguno de sus nodos, el diseño resultante quedacondicionado a dicha suposición. Por consiguiente para el diseño de sistemas detuberías no se debe fijar nunca una altura sin hacer uso de una función deoptimización. El no tener una función objetivo de este tipo puede llevar a diseños

que cumplan con las restricciones hidráulicas pero que no sean o estén cerca deóptimos económicos.También con el fin de llegar a un diseño óptimo de una red abierta, que es aquélde costo mínimo en valor presente neto teniendo en cuenta tanto los costos deinversión inicial como los de operación y mantenimiento a lo largo del período dediseño del proyecto, se debe utilizar una función objetivo. Se debe tener cuidadoen el diseño de redes abiertas, debido a que en los extremos de sus ramas sepueden formar puntos de estancamiento, donde se puede producir crecimientobacteriano y sedimentación. Además de que en caso de ser necesaria algún tipode reparación, los usuarios que se encuentren aguas abajo de la red se quedaránsin servicio mientras dure la reparación, sin posibilidad de abastecimiento por otro

punto de la red.BOMBAS EN REDES ABIERTAS

Una forma de aumentar la capacidad de una red abierta es colocar una bomba enalguna de sus tuberías, aprovechando el hecho de que los gastos en lasconducciones principales pueden ser tratados como constantes; es decir, en


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tuberías principales el gasto debe corresponder a un flujo permanente, con unamagnitud igual al gasto medio diario de consumo.

REDES CERRADAS

Se conoce como red cerrada a aquella en la cual los conductos que la componense cierran formando circuitos. El objetivo es tener un sistema redundante detuberías, es decir, cualquier zona dentro del área cubierta por el sistema puede seralcanzada simultáneamente por más de una tubería, aumentando así la calidaddel abastecimiento, ya que el agua puede llegar por más de una tubería al mismonodo. Es este el tipo de red que usualmente conforma el sistema de distribuciónde agua potable en una ciudad.

La solución de una red cerrada se basa en 2 tipos de ecuaciones: la de nodo y lade pérdida de energía.

a) Ecuación de nodo: Por razones de continuidad de acuerdo a la ecuación 1.2 encada nodo se debe satisfacer que:

∑ 0 1, … , ℇ (1.3)Donde:Qij es el gasto que va del nudo j al nodo i (negativo si llega al nudo i positivo sisale);Qi es el gasto que sale o entra al nodo i (con la misma convención de signos).El símbolo j ε i se lee: “Para todos los nodos j conectados al i a través de un tubo”

b) Ecuación de pérdida: La pérdida por fricción en cada tramo está dada por la

fórmula de fricción correspondiente, donde al substituir la velocidad expresada porla ecuación:

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Resulta:ℎ (1.4)

Donde es una constante del tramo ij. Por ejemplo si la fórmula de fricciónusada es la de Darcy-Weisbach, se tiene:

ℎ 85

Esto es N=2 y

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7.3.1 MÉTODO DE HARDY-CROSS CON CORRECCIÓN DE GASTOS

El método original se basa en suponer los caudales en cada uno de los tubos de lared e ir corrigiendo esta suposición. Dado que se conocen todas las características

de la tubería, el método es un proceso de comprobación de diseño.Este método intenta resolver el sistema de ecuaciones ∆ basándose en lossiguientes principios:A. Sólo se considera la ecuación de un circuito a la vez.B. El efecto de los circuitos adyacentes es despreciado, por lo que cada ecuacióncontiene una sola incógnita.

C. Cada término de la ecuación ∆ modificada es expandido a través de series deTaylor. Se considera únicamente a los términos lineales, y los no lineales sondespreciados.

En una red cerrada cualquiera, se eligen circuitos elementales en los cuáles se

conocen los gastos , , … , que entran o salen de cada nodo.En cada nodo se satisface la Ecuación (1.3); además, la pérdida de energía entre2 nudos de la red (cualquiera que sea el recorrido que se elige para llegar de unoa otro) es la suma algebraica de las pérdidas en cada tramo (calculadas con laecuación 1.4). Para ello, es necesario también establecer una convención designos, por ejemplo: la pérdida en un determinado tramo tiene signo positivo si ladirección del gasto en el tramo coincide con la del recorrido; y negativo en casocontrario.

El recorrido completo en cada circuito elemental (partiendo y llegando al mismonudo) implica que:

∑ ℎ= 0 (1.5)Donde k es el número de tramos que forma el circuito elemental. Para el recorridode cada circuito es necesario especificar que sea siempre con el mismo sentido.La ecuación 1.5 es llamada ecuación de circuito y vale para todos los circuitos dela red.


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Para proceder a la solución, primero se estiman los gastos de los tramos,haciendo que se satisfaga la ecuación de nodo con los valores estimados y los yaconocidos. Si ∆ es una corrección atribuible a todos los tramos de un mismocircuito elemental (figura 1.5), al recorrer éste en el sentido de las manecillas del

reloj la ecuación (1.5) implica que:ℎ7 ℎ57 − ℎ53 − ℎ3 77 ∆ 5757 ∆ − 5353 ∆ − 33 ∆ 0

Desarrollando el binomio y en el caso general tenemos:

∆ − ∑+∑ ∑∑

(1.6)

Donde el gasto y la corrección ∆ son positivos cuando su sentido coincidecon el del recorrido del circuito en el sentido de las manecillas del reloj, o negativoen caso contrario. La iteración se realiza hasta que satisfaga la ecuación del

circuito. La rapidez en la convergencia del método es muy diversa y depende,tanto de la estimación de los valores iniciales como del tipo y tamaño de la red,pero especialmente del número de tramos que se unen en cada nodo. Mientrasque en redes pequeñas se alcanza una buena aproximación con 3 o 4 iteraciones,en redes grandes se pueden necesitar de 30 a 50. La computadora hacerápidamente el cálculo.Para el análisis de una red de distribución según el método de Hardy-Cross sedeben seguir los siguientes pasos:

1. Se define claramente la geometría de la red, identificando en forma coherentelos nodos y los circuitos.

2. Si existe más de un nodo con altura piezométrica constante (tanque en la red oembalse), es necesario conectarlos en pares por medio de tuberías hipotéticasque pueden representarse mediante líneas punteadas. En estas tuberíashipotéticas se deben suponer diámetros, longitudes y rugosidades absolutas, detal manera que se pueda calcular el caudal correspondiente a las diferencias denivel entre los diferentes pares de embalses o tanques. En las correcciones degastos no deben incluirse los tubos hipotéticos, lo cual si debe incluirse en elcálculo de las pérdidas de altura piezométrica (por fricción y por accesorios).3. Se suponen todos los diámetros de la tubería que conforman la red. Tal pasoconvierte este método en un proceso de comprobación de diseño.4. Se supone que la red está compuesta por circuitos cerrados en cualquier orden.Con el fin de acelerar la convergencia se pueden suponer que los tubos dediámetros grandes forman circuitos independientes. Se deben utilizar tantoscircuitos como sea necesario para asegurar que todos los tubos queden incluidospor lo menos en un circuito.5. Se supone el gasto a partir de cualquiera de las tuberías de la red. Luego seprocede alrededor del circuito que contiene esta tubería para calcular los gastosen las demás tuberías que conforman el circuito teniendo en cuenta los gastos que


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salen de las uniones (caudales negativos) y los que entran a ellas (caudalespositivos). Si los flujos hacia o desde otro circuito son desconocidos, se debensuponer los gastos correspondientes. Esto significa que se deben hacer tantassuposiciones de gastos como circuitos existan en la red que se está analizando.Cuanto mejores sean estas suposiciones, más rápidamente convergerá el método

6. Se calcula la pérdida de altura piezométrica en cada tubería de la red utilizandola siguiente ecuación ( de Darcy- Weisbach), si bien se podría emplearse cualquierecuación de resistencia fluida, como la de Hazen-Williams

ℎ ∑ ℎ

∑ (1.7)

7. Se calcula la pérdida neta de altura piezométrica alrededor del circuito, es decir,se suman las pérdidas de altura piezométrica y se restan las “adiciones” de alturapiezométrica siempre medidas en el sentido de las manecillas del reloj. Si lapérdida neta de altura piezométrica no es cero, se procede a corregir los gastos decada una de las tuberías del circuito mediante la ecuación 1.68. Si en alguna de las tuberías del circuito existe una bomba centrífuga, se deberestar la altura piezométrica generada por ésta de las pérdidas en la tubería antesde hacer el cálculo de la corrección de gastos.9. Los pasos 5 a 8 se repiten para todos los circuitos teniendo en cuenta losgastos corregidos en los circuitos calculados previamente.

10. Los pasos 5 a 9 se repiten hasta que el balance de alturas piezométricasalrededor de todos los circuitos (ecuación de conservación de la energía) llegue avalores razonablemente cercanos a cero.

7.3.2 METODO DE LAS LONGITUDES EQUIVALENTES

Un método no completamente exacto pero válido a efectos de estimar las pérdidasde carga localizadas, consiste en expresarlas en forma de longitud equivalente(Le), es decir, valorar cuántos metros de tubería recta del mismo diámetroproducen una pérdida de carga continua que equivale a la pérdida que se produceen el punto singular, así cada codo, medidor de caudal, válvula, etc., se sustituirápor una longitud de tubería equivalente.

En términos básicos, el concepto de Longitud Equivalente consiste en definir, para

cada accesorio en el sistema a estudiar, una longitud virtual de tubería recta que,al utilizarse con la ecuación de pérdida por fricción (hc), genere la misma pérdidaasociada a la pérdida localizada (hs) del referido accesorio.

Por tanto, la longitud equivalente de una singularidad puede determinarseigualando las fórmulas para el cálculo de hs y hc:


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ℎ

2

ℎ 2

ℎ ℎ

2

2

L= LE =

La pérdida de carga total en una tubería de longitud L con i singularidades delongitud equivalente LEi cada una de ellas, será la que produce una tubería del

mismo diámetro pero con una longitud total L Σ Igualmente, para el método de la Longitud Equivalente, se requiere recurrir atablas o Nomogramas en los que se determine, de acuerdo a las características dela pieza (tipo y diámetro), la Longitud Equivalente a introducir en la ecuación depérdida por fricción que estemos utilizando.

Si utilizamos la ecuación de Hazen-Williams tendríamos lo siguiente:

Concepto-Longitud-Equivalente-Perdida-Localizada

Donde hl es la pérdida localizada que genera determinada pieza especial dediámetro “D” y con una Longitud Equivalente igual a “LE”.

De esta forma, tanto las Pérdidas por Fricción como las Pérdidas Localizadas,

para cada diámetro en el sistema, serán evaluadas con la misma ecuación dePérdidas por Fricción para obtener la Pérdida Total (ht) del sistema, sólo que a lalongitud de tubería real (Lr) se le adicionará la suma de la Longitud Equivalente decada accesorio, para tener así una longitud de cálculo:


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Introduciendo-Longitud-Equivalente-en-Ecuacion-de-Friccion

Igualmente, para el método de la Longitud Equivalente, se requiere recurrir atablas o Nomogramas en los que se determine, de acuerdo a las características dela pieza (tipo y diámetro), la Longitud Equivalente a introducir en la ecuación depérdida por fricción que estemos utilizando.

Ejemplo: aplicación del método de la Longitud Equivalente en el cálculo depérdidas en un sistema.

Determinar las pérdidas totales en una tubería de PVC de 350 m de longitud y 300mm de diámetro (12”), cuando por ella se conducen 112 l/s y en la que se

encuentran instalados los siguientes accesorios, con los mismos diámetros que latubería:

En este ejemplo tenemos, para todas las piezas, el mismo diámetro que latubería, así que podremos agrupar el cálculo de las Pérdidas Totales (queincluyen Pérdidas por Fricción y Pérdidas Localizadas) con una sola ecuación:

Para conocer la Longitud de Cálculo (Lc), utilizamos el Nomograma, yobtenemos para cada accesorio la Longitud Equivalente:

Descripción Cantidad

Codos de radio largo a 90°2

Válvula de retención (Check)1

Llave de Compuerta 100% abierta 1

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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Descripción Cantidad

LongitudEquivalente

(m)

Codos de radio largo a 90° 2 2×6 = 12

Válvula de retención (Check) 1 26

Llave de Compuerta 100% abierta 1 2,25

Total (m) = 40,25

Con esto, sustituimos para obtener la pérdida total en este sistema:


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Si en el ejemplo anterior, determinamos el porcentaje de incremento querepresenta la Longitud de Cálculo determinada (la cual incluye a la LongitudEquivalente) con respecto a la longitud de Tubería Real, tendremos:

Lo que significa que incrementando, en este caso, el valor de longitud real en un11,5% estaríamos considerando a las pérdidas localizadas en nuestro cálculo.

Este procedimiento es la justificación de una simplificación muy común en eldiseño de Sistemas de Abastecimiento de Agua: el de suponer un factor (FM), enforma de porcentaje de incremento para la Longitud Real (de Tubería Recta) y conel cual tendremos la Longitud de Cálculo a utilizar en la ecuación de pérdidas porfricción:

Generalmente este porcentaje de incremento, de acuerdo al tipo de aplicación,oscila entre el 5 y el 50%, dependiendo su selección de la relación existente entreel número de piezas y la longitud de tubería recta en el sistema bajo estudio. Porejemplo:

En Sistemas donde predominen tramos extensos de Tubería con media a bajadensidad de accesorios, como en el caso de Conducciones (Aducciones) expresaso redes de distribución, podemos utilizar entre el 5 y el 25%

En Sistemas caracterizados por tramos cortos de tubería, en los que sonnecesarias una cantidad significativa de accesorios, como en el caso de

Instalaciones Sanitarias en Edificaciones, deberíamos pensar en valores mayores:entre 25 y 50%.


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Tabla. Pérdidas por fricción de accesorios.

Accesor ios Longitud de Tuberíaequivalentes en

relación con diámetros detubería en metros

Codos a 90º, radios normales. 32

Codos a 90º, radios medios. 26

Codos a 90º gran curvatura. 20

Codos a 90º en escuadra. 60

Curvas de retorno 180º cerradas 75

Curvas de retorno 180º radiomedio 50

Piezas T 75

Acoplamientos Despreciables

Uniones Despreciables

Válvula de compuerta abierta 8

Válvula de asiento esféricoabierta 300

Válvula de ángulo abierta 150

Contadores de agua de disco 400

Contadores de agua a pistón 600

Contador de agua a rodete. 300


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7.3.3 Modelo matemático epanet 2.

EPANET es un programa orientado al análisis del comportamiento de los sistemasde distribución de agua y el seguimiento de la calidad del agua en los mismos, queha tenido una gran aceptación en España, y en todos los países de habla hispana,

desde su lanzamiento en Europa en Septiembre de 1993.

EPANET es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodosprolongados del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes desuministro a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (unionesde tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses.EPANET efectúa un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías,las presiones en los nudos, los niveles en los depósitos, y la concentración de lasespecies químicas presentes en el agua, a lo largo del periodo de simulacióndiscretizado en múltiples intervalos de tiempo. Además de la concentración de las

distintas especies, puede también simular el envejecimiento del agua en la red (otiempo de permanencia) y su procedencia desde las diversas fuentes desuministro.

Al objeto de facilitar el trazado gráfico de la red, y también con fines orientativos,es posible cargar un fondo sobre el área de dibujo, bien en formato mapa debits o en formato vectorial, recomendándose este último. Dicho fondo puedeajustarse al trazado de la red, redimensionando el área de trazado si fueranecesario, y almacenarlo como parte del proyecto. En definitiva, la nueva versiónpermite trazar la red sobre un fichero de fondo importado, por ejemplo, desde

AutoCad (no permite, sin embargo, leer directamente el trazado de una redpreviamente dibujada en AutoCad).

EPANET 2 incorpora una base de datos interna en la cual se almacenan todoslos elementos, propiedades y parámetros que configuran el escenario actual.Dicha base es el elemento de conexión entre el editor gráfico y las utilidades parala lectura, grabación, exportación e importación de los datos, y puede consultarseo editarse directamente desde la nueva ventana del visor. La nueva estructurade datos es compatible con los ficheros de la versión anterior, los cualespueden todavía leerse directamente.

Entre las innumerables aplicaciones que pueden llevarse a cabo con EPANET 2,cabe destacar las siguientes: la planificación de mejoras en la red, el diseño yselección de nuevos elementos, la detección de los ‘cuellos de botella’ del

sistema de distribución, la evaluación de la calidad y garantía de suministro a losabonados, la regulación de las presiones en la red, la reducción de los costesenergéticos de operación, la mejora de la calidad del agua suministrada


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mediante la planificación de descargas puntuales, la regulación de los depósitospara reducir el tiempo de permanencia del agua en los mismos o la instalación deestaciones recloradoras, la previsión de cómo la red se verá afectada ante futurasdemandas o ante la posible clausura de ciertas fuentes de suministro, laplanificación de actuaciones de emergencia en caso de avería o de entrada de

un contaminante en la red, la valoración y localización de las fugas, lasectorización de la red para tener un mayor control sobre los caudales, etc, etc.En definitiva, los modelos deberán estar siempre presentes en el futuro para latoma de decisiones, en los niveles técnicos de las empresas encargadas degestionar los servicios de abastecimiento de agua potable.

EPANET se ha concebido como una herramienta de investigación para mejorarnuestro conocimiento sobre el avance y destino final de las diversas sustanciastransportadas por el agua, cuando ésta discurre por una red de distribución. Entrelas diferentes aplicaciones orientadas al análisis de la redes de distribución, puede

citarse el diseño de programas de muestreo, la calibración de un modelohidráulico, el análisis del cloro residual, o la evaluación de las dosis ingeridas porun abonado. EPANET puede resultar también de ayuda para evaluar diferentesestrategias de gestión dirigidas a mejorar la calidad del agua a lo largo delsistema. Entre estas pueden citarse:

• Modificación de los volúmenes de agua tomados desde cada punto, en el caso

de redes con varias fuentes de suministro

• Modificación del régimen de bombeo, o de llenado y vaciado de los depósitos

• Utilización de estaciones de tratamiento secundarias, tales como estaciones de

recloración o depósitos intermedios

• Establecimiento de planes de limpieza y reposición de tuberías.

EPANET proporciona un entorno integrado bajo Windows, para la edición de losdatos de entrada a la red, la realización de simulaciones hidráulicas y de lacalidad del agua, y la visualización de resultados en una amplia variedad de

formatos. Entre éstos se incluyen mapas de la red codificados por colores, tablasnuméricas, gráficas de evolución y mapas de isolíneas.


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Componentes físicos

EPANET modeliza un sistema dedistribución de agua como un conjuntode líneas conectadas a los nudos. Las

líneas representan tuberías, bombas, oválvulas de control. Los nudosrepresentan puntos de conexión entretuberías o extremos de las mismas, con osin demandas (en adelante losdenominaremos en general Nudos deCaudal), y también depósitos o embalses.

7.4 válvulas y piezas especiales.

VálvulasLas válvulas son dispositivos mecánicos que son empleados para detener, iniciaro controlar las características del flujo en conductos a presión. Pueden seraccionadas manualmente o por medios automáticos o semiautomáticos. Así,existen accionadores eléctricos, hidráulicos o neumáticos, los cuales se usan enplantas de tratamiento o en instalaciones donde se requiere operarfrecuentemente las válvulas. En redes de distribución son más usuales lasválvulas que se operan manualmente mediante palancas, volantes y engranes,debido a que los cierres y aperturas son ocasionales. Suelen colocarse dentro de

cajas de concreto o mampostería, llamadas cajas de operación.Las válvulas se dividen en dos clases según su función:

Aislamiento o seccionamiento. Según su tipo las válvulas de aislamiento

pueden ser: de compuerta, de mariposa, o de asiento (cilíndrico, cónico o

esférico). Las válvulas de asiento pueden realizar ambas funciones.

Control. las válvulas de control pueden ser: de altitud, de admisión y

expulsión de aire, controladoras de presión, de globo, de retención (check),

o de vaciado (de desagüe).

En redes de distribución las válvulas de compuerta son las más empleadas paraaislar tramos de tubería, ya sea para su revisión o reparación, debido a su bajocosto, amplia disponibilidad y baja pérdida de carga cuando están completamenteabiertas.

Embalse Depósito

Bomba

Válvula

Tubería


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Válvula de

Válvula de mariposa

En general, dentro de las válvulas utilizadas en redes de distribución se puedenidentificar:

Válvulas de compuerta. Este tipo de

válvula funciona con una placa que se

mueve verticalmente a través del cuerpo

de la válvula en forma perpendicular al

flujo. El tipo de válvula de compuerta

más empleado es la de vástago saliente.

Tiene la ventaja de que el operador

puede saber con facilidad si la válvula

está abierta o cerrada. Es importante

señalar que la válvula de compuerta estádestinada propiamente para ser operada

cuando se requiera un cierre o apertura total, y no se recomienda para ser

usada como reguladora de gasto debido a que provoca altas pérdidas de

carga y porque puede cavitar. En válvulas de compuerta con diámetros

mayores a 400 mm (16") se recomienda el uso de una válvula de paso

(bypass), lo cual permite igualar las presiones a ambos lados de la válvula

haciéndola más fácil de abrir o cerrar.

Válvulas de mariposa. Estas válvulas

se operan por medio de una flecha que

acciona un disco y lo hace girar centrado en

el cuerpo de la válvula. Se identifican por su

cuerpo sumamente corto. El diseño

hidrodinámico de esta válvula permite

emplearla como reguladora de gasto en

condiciones de gastos y presiones bajos,

así como para estrangular la descarga de


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una bomba en ciertos casos. La válvula de mariposa puede sustituir a la de

compuerta cuando se tienen diámetros grandes y presiones bajas en la

línea. Tienen la ventaja de ser más ligeras, de menor tamaño y más barato.

Válvulas de altitud. Las válvulas de altitud se emplean para controlar el nivel

del agua en un tanque en sistemas de distribución con excedencias a

tanques. Existen de dos tipos generales: una sola acción y doble acción.

También se les denomina de un solo sentido o de dos sentidos de flujo. La

válvula de una sola acción permite el llenado del tanque hasta un nivel

determinado. El tanque

abastece a la red por medio de

una tubería de paso con una

válvula de retención. La válvulade retención se abre cuando la

presión en la red es menor a la

provista por el tanque. La

válvula de doble acción realiza

el proceso anterior sin tener

una tubería de paso (bypass).

Notase que la diferencia esencial entre ambas válvulas es el mecanismo de

control, no la válvula en sí.

Válvulas de globo. Constan de un disco horizontal que se acciona mediante

un vástago que abre o cierra un orificio por donde circula el agua (figuras

2.19a y 2.19b). Este mecanismo se encuentra dentro de una caja de hierro

fundido con extremos de brida para los diámetros grandes y de rosca para

los pequeños. Son voluminosas y presentan una alta resistencia al paso del

agua, por lo que se emplean generalmente, en tuberías de diámetros

pequeños (domésticas).También pueden ser usadas para drenar o vaciar

tuberías. h) Válvulas de retención.


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7.5 Piezas especiales

Se les llama piezas especiales a todos aquellos accesorios de la tubería quepermiten formar cambios de dirección, ramificaciones e intersecciones, así comoconexiones incluso entre tuberías de diferentes materiales y diámetros. También

permiten la inserción de válvulas y la conexión con estaciones de bombeo y otrasinstalaciones hidráulicas. En general, se dispone de piezas especiales fabricadasde: hierro fundido (con bridas, extremos lisos, campana-espiga), fibrocemento,PVC, polietileno, concreto presforzado y acero. También se dispone de accesorioscomplementarios empleados para formar uniones como: juntas mecánicas(Gibault, universal, etc.), empaques y tornillos de acero con cabeza y tuercahexagonal estándar.


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Las piezas especiales de hierro fundido son las más empleadas y se fabrican paratodos los diámetros de las tuberías. Se conectan entre sí o con válvulas mediantebridas con tornillos y un empaque intermedio, y pueden unirse a tuberías defibrocemento utilizando juntas Gibault. También se fabrican bajo pedido piezasespeciales de fibrocemento hasta usualmente 150 mm (6") ya que su resistencia

mecánica es baja en diámetros mayores. Los fabricantes de tuberías ofrecen entresus líneas de productos adaptadores para tuberías de otros materiales, otrossistemas de unión o incluso tubos lisos que pueden ser unidos mediante juntasmecánicasDisposición y manejo de válvuas y piezas especiales Se entenderá porinstalación de válvulas y piezas especiales, el conjunto de operaciones que deberárealizar el contratista para colocar según el proyecto y/o las órdenes del ingeniero,las válvulas y piezas especiales que formen parte de las redes de distribución deagua potable.

La CONAGUA proporcionará al contratista las válvulas y piezas especiales que se

requieran, salvo que a la celebración del contrato se pacte en otro sentido, encuyo caso el suministro deberá de ser hecho por el contratista.

Las juntas, válvulas, cajas de agua, campana y piezas especiales seránmanejadas cuidadosamente por el contratista a fin de evitar su deterioro.Previamente a su instalación el ingeniero inspeccionará cada unidad para eliminarlas que presenten algún defecto en su manufactura.

Antes de su instalación las piezas especiales deberán ser limpiadas de tierra,exceso de pintura, aceite, polvo o cualquiera otro material que se encuentre en su

interior o en las juntas.

Las válvulas que se encuentren localizadas en tubería al descubierto deberánanclarse con concreto si son mayores 12” de diámetro.

Durante la instalación de válvulas o piezas especiales dotadas de bridas, secomprobara que el empaque de plomo o neopreno o de hule que trabajara comosello en las uniones de las bridas, sea del diámetro adecuado a las bridas, sin quesobresalgan invadiendo el espacio del diámetro interior de las piezas.

Entre otros cuidados y acciones que deben de tomarse en cuenta según el sano

juicio del ejecutor de la obra de distribución y en general del sistema deabastecimiento de agua potable de cualquier localidad.

Conexiones domiciliarias

Es la instalación que se deriva de la tubería de la red de distribución de agua ytermina dentro del predio del usuario, constituida por dos elementos básicos: elramal y el cuadro.


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El ramal. Es la parte de la toma domiciliaria cuya función es la conducción delagua de la tubería de la red de distribución, hacia la instalación hidráulicaintradomiciliaria. Da inicio en el acoplamiento con la tubería de la red y concluyeen el codo inferior del primer tubo vertical del cuadro. Para su instalación,conexión y operación, esta parte de la toma domiciliaria está, conformada por las

piezas que a continuación se describen:

Abrazadera: Corresponde a la pieza que se coloca en la tubería de

distribución, proporcionando el medio de sujeción, adecuado para recibir al

insertor (llave de inserción o adaptador). Su selección depende del tipo de

material empleado en la red de distribución y en el ramal. Se emplean

abrazaderas en redes de policloruro de vinilo (PVC), asbesto-cemento y

fierro fundido (Fo. Fo. ), para el caso de redes de polietileno de alta

densidad (PEAD) se utiliza silletas con sistema de unión por termofusión.Los materiales más utilizados en las abrazaderas son el fierro fundido (Fo.

Fo.) y el PVC. La abrazadera es la Parte de la toma domiciliaria que hace

hermética la perforación de la tubería de la red y mediante una salida

llamada derivación, permite la interconexión con la tubería del ramal.

Insertor: Es la pieza que permite unir la abrazadera con la tubería el ramal,

roscándose en ésta y con salidas adaptables para diferentes tipos de

tubería flexibles; se fabrican en bronce y en PVC. Tubería flexible: Corresponde a la parte del ramal cuya función es absorber

un posible desplazamiento diferencial del terreno entre la red de distribución

y la toma domiciliaria, para lo cual se realiza una deflexión a la tubería

flexible, conocida como "cuello de ganso" durante su instalación (Figura

1.1). El material que se debe utilizar puede ser cobré flexible (Tipo "L") o

PEAD.

Llave de banqueta: Es un elemento fabricado generalmente con bronce,

que permite el corte del flujo o cierre de la toma, para realizar reparaciones

o limitar el servicio, sin necesidad de excavar el terreno del lugar en donde

se encuentra la toma, ya que se tiene acceso desde el exterior a través de

la caja de banqueta. Sus elementos de conexión varían dependiendo de los

diferentes tipos de tubería que se utilicen en el ramal de la toma. La unión


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de una llave de banqueta con la tubería de PEAD, se debe realizar

mediante un conector que funcione a base del sistema de compresión.

Tubería rígida: Este elemento se localiza entre la llave de banqueta y él

codo inferior del vertical, el material que se utiliza es cobre rígido (Tipo "M")

o el Fo.Go. Su instalación es opcional ya que se puede continuar con la

tubería flexible.

Codo inferior del cuadro: Tiene como función unir la tubería del ramal con el

cuadro de la toma, dependiendo de los materiales de la toma, el codo

puede ser de Fo.Go, cobre o bronce.

Conectores y niples: Son generalmente de bronce o PVC, permiten la unión

entre las piezas que integran el ramal; se utilizan principalmente para la

unión de la tubería con: el insertor, la llave de banqueta y del codo que uneel ramal con el cuadro.

El cuadro. Es la parte de la toma domiciliaria que permite la instalación de: elmedidor, la válvula de globo y la llave de manguera. El tipo de material con que seforma el cuadro es Fo.Go. O cobre rígido. Las dimensiones promedio son: 0.60 mde altura a partir del nivel del piso, que permite tomar las lecturas medidor y 0.50m de largo, aproximadamente para colocar el medidor y los accesorios que serequieran. El cuadro está formado por las partes siguientes:

Tubos rígidos colocados en posición horizontal y vertical de Fo.Go. o cobre

tipo “M”

Codos de bronce, cobre o Fo.Go.

Medidor; su selección depende básicamente de tres aspectos: calidad del

agua, régimen de operación del sistema y del consumó por registrar.

Adaptadores; sirven para ajustar cuando se requiera las dimensiones del

cuadro; o de conexión temporal cuando la instalación del medidor se

posponga. Válvula de globo. Sirve para interrumpir el flujo del agua cuando se efectúa

una reparación en el cuadro de la toma, se instala antes del medidor si el

cuadro no cuenta con llave de banqueta, en caso contrario se instala

después del mismo.


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“Tee" para derivar el agua hacia la llave de manguera.

Llave de manguera; es la primera llave de uso para el propietario del

inmueble además sirve para: toma de muestras de agua para verificar su

calidad, probar el funcionamiento del medidor y medir la presión disponible

en la toma.

Tapón al final de la toma; se utiliza en forma provisional para el cierre de la

toma al final del cuadro, y se elimina cuando la toma domiciliaria se conecta

a la instalación hidráulica intradomiciliaria.

Tomas domiciliarias tipo

Por tipo de tubería: Los tipos de tomas comúnmente usadas se dividen en:

urbana y rural, la diferencia entre ellas es el número y tipo dé componentes

que las integran como: la llave de banqueta, la de inserción y el medidor de

agua. Por el tipo de material de la tubería del ramal, las tomas domiciliarias

pueden ser de: PEAD, Fo.Go. Cobre o combinadas. En todos los casos se

necesita contar con las conexiones apropiadas para cada tipo de tubería. El


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material (plástico o metálico) de la abrazadera y el de la red de distribución

deben ser compatibles.

Instalación de toma domiciliaria

De la tubería de distribución pueden derivarse la toma domiciliaria directamente,con abrazadera o silletas.

Derivación directa: Es la que se hace

conectando el insertor o la válvula de

inserción en una perforación con

cuerda hecha a la tubería.

Derivación con abrazadera:

Derivación con abrazadera permitederivaciones de mayor diámetro en

comparación con las derivaciones

directas. Pueden instalarse con la

tubería vacía o trabajando a presión;

en el primer caso se perfora la

tubería antes de colocarse la

abrazadera usando un taladro común

o berbiquí con la broca adecuada

para cada tipo de material; en el

segundo caso con la abrazadera y la válvula de inserción colocadas y

perforando a través de ella, cuidando que el diámetro de la broca sea igual

al interior de la inserción


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Conclusión:

El agua es un recurso muy importante que no podría ser distribuida si nofuera por la red de distribución ya que juega un papel muy importante en la

distribución de esta ya que es la encargada de llevarla a cada una de lastomas domiciliarias. Está compuesta por un conjunto de redes que puedenser abiertas o cerradas según sea el caso que se presente estas a su vezcompuestas por un sistema de tuberías del mismo o diferente material asícomo diferentes diámetros.Su construcción requiere de muchos factores como la topografía ya que enmuchos casos es necesario un sistema de bombeo por lo cual debemoshacer conciencia de lo complicado que se torna esto y así realizar los pagoscorrespondientes por el beneficio que aporta este servicio ya que no es tanfácil abrir la llave y tomar el líquido.

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Unidad 7. Obras de Distribución 2