“DISEÑO DEL SISTEMA DE LA RED DE AGUA
POTABLE”
AUTORES :
ALVA VELASQUEZ GIANPABLO
BENDEZU CARRANZA ROBERTO
MIRANDA BLAS PAUL
QUEZADA MORILLO SAIN
VASQUEZ HERNANDEZ LUIS
DOCENTE :
ING. EDGAR SPARROW ALAMO
CURSO :
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
CICLO:
“VII”
NUEVO CHIMBOTE - PERU
2012
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍAE.AP. INGENIERÍA CIVIL 2012-II
DISEÑO DEL SISTEMA DE LA RED DE AGUA POTABLE
I. OBJETIVOS
Hallar las presiones en cada nudo del sistema.
Verificar en el sistema que se cumpla las velocidades y presiones admisibles
según el R.N.E.
II. MARCO TEÓRICO
REDES DE DISTRIBUCIÓN.- Es el conjunto de tuberías que conduce y distribuye el
agua a los usuarios del sistema y pueden identificarse sus componentes como:
REDES MATRICES.- Las tuberías principales que conforman circuitos cerrados para
establecer un flujo uniforme del agua hacia todo el sistema.
B) REDES DE RELLENOS.- Tuberías complementarias, tributaria de las
anteriores, que llevan el agua hasta las conexiones domiciliarías de los usuarios.
ACCESORIOS.- Conformados por unidades de empalme, válvulas de aislamiento,
grifos contra incendio y conexiones domiciliarías, ocasionalmente válvulas reguladoras
de presión y/o controladores de flujo.
TIPO DE TUBERÍA
Las tuberías son elementos importantes para el sistema, por ello la selección del
material debe hacerse atendiendo a diversos factores que permitan lograr el mejor
diseño. El acontecimiento del material implica su posibilidad de utilización de acuerdo a
sus propiedades y a los riesgos que se soportaría.
Un diseño ventajoso es aquel que logra la utilización del material apropiado,
aprovechando al máximo sus características.
El R.N.E. estipula que de usarse la formula de HAZEN Y WILLIANS para el diseño de
red de distribución se tendría en cuenta los coeficientes de flujo que se establecen en
el siguiente cuadro de acuerdo al tipo de tubería:
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COEFICIENTES DE FRICCIÓN “C” EN LA FORMULA DE HAZEN Y WILLIAN
Siendo la tubería un elemento sujeto a soportar presiones internas, hidrostáticas e
hidrodinámicas, resulta conveniente clasificar las distintas clases de tuberías en
función de la presión de trabajo.
De acuerdo al material empleado en su fabricación, las tuberías frecuentemente
utilizadas para la construcción de sistemas de abastecimiento de agua son:
Tuberías de Asbesto – Cemento. (No recomendado)
Tubería de Policloruro de Vinilo (P.V.C.) (Utilizado en nuestro diseño)
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TIPO DE TUBERÍA C
Asbesto – cemento 140
Policloruro de Vinilo (PVC) 140
Acero sin costura 120
Acero soldado en aspiral 100
Fierro fundido 100
Fierro galvanizado 100
Concreto 110
Plástico (PVC) 140
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a) Las Tuberías de Asbesto–Cemento.-
Presentan interiormente una superficie muy lisa lo cual permite usar coeficientes
de rugosidad menores y consecuentemente mayor capacidad de transporte.
Por otra parte es un material inerte a la corrosión por lo cual su utilización no se ve
afectada por la calidad del agua.
Hay que tener en cuenta que se trata de tuberías pesadas y a la vez frágiles
debiendo tener mucho cuidado en su manipulación (carga, descarga, colocación y
transporte), por lo que en situaciones de acceso difícil para el trazado de una línea
se imponen costos de transportes e instalaciones muy elevadas.
b) Tubería de Poli Cloruro de Vinilo (P.V.C.).-
Las tuberías de material plástico al igual que la de asbesto – Cemento es un
material inerte a la corrosión y presenta interiormente una superficie muy lisa. Sin
embargo es resaltante la característica más importante que es su considerable
menor peso respecto a cualquier otra; lo cual reduce enormemente los costos de
transporte e instalación cuando existen situaciones de acceso difícil.
Cabe resaltar que la experiencia en la utilización de tuberías plásticas en los
abastecimientos de agua es muy reciente y solo se refiere a la tubería de P.V.C.
en diámetros pequeños.
De acuerdo al análisis de la información adquirida y por la topografía del terreno se
ha optado por la tubería de ASBESTO – CEMENTO, con un coeficiente de fricción
de C =140.
PRESIONES DE SERVICIO
El R.N.E. nos dice que las presiones máximas y mínimas en la red de distribución
serán de 50 y 15 mca respectivamente en casos debidamente justificados.
Es importante seleccionar la presión mínima teniendo en cuenta las alturas de las
edificaciones que serán servidas. El ing. Bernardo Gómez nos presenta una formula
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empírica que nos permite determinar las presiones mínimas de acuerdo al n° de pisos
de las edificaciones servidas.
P = 1.2 ( 3N + 6 )
Dónde: P = Presión mínima (m)
N = Número de pisos
Considerando edificaciones de dos pisos, para el presente trabajo se considera una
presión mínima de 15 m.c.a. y una presión máxima de 75 m.c.a. por trabajar con una
tubería de clase 7.5
ESTIMACIÓN DE DIÁMETRO
Una vez especificado o asignado los caudales a circular por cada tramo se adoptará
algunos valores referenciales de diámetros, en función de las velocidades
reglamentarias y caudales.
Se recomienda los siguientes valores.
DIÁMETRO V = 0.60 m/s V = 1.1 m/s V = 1.8 m/s
4’’
6’’
8’’
10’’
12’’
14’’
16’’
4.86
10.92
19.44
30.42
43.74
59.98
77.82
8.92
20.07
35.67
55.74
80.26
109.25
142.69
14.58
32.76
58.32
91.26
131.74
178.74
233.46
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VELOCIDAD DE DISEÑO
Las velocidades no deben ser mayores de 5 m/s, (Para el proyecto se empleará
material de PVC) porque producirían deterioro en la red, ni menores de 0.60 m/s
porque producirían sedimentación en la tuberías.
CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN
Esto es:
DISEÑO DE LA RED DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
El cálculo de la red de distribución de agua potable se realizará teniendo en cuenta los
siguientes criterios:
a) Caudal de Diseño
De acuerdo con el Reglamento Nacional de Construcciones para calcular las
tuberías que trabajan a presión se debe a la formula HAZEN Y WILLIANS con los
siguientes coeficientes de rugosidad y de devoluciones (mts / seg).
* Material empleado para el proyecto: PVC
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MATERIALC Vmin Vmax
Fierro fundido
Concreto
Acero
Asbesto cemento y PVC
100
110
120
140
0.6
0.6
0.6
0.6
5
3
5
5
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Asimismo recordamos que para seleccionar la dotación se debe tener en cuenta la
siguiente tabla que relaciona las variables de CLIMA (templado) y POBLACIÓN
(4669 hab)
Conocida nuestra Pf y la Dotación se procede a calcular el caudal Promedio (Qp) y
con los factores de variación de consumo (RCN: 3-II-II-4), K1 y K2, se proceden a
hallar los caudales máximo horario y el máximo diario.
Donde:
K1: Coeficiente de variación diaria:
Urbano de 1.3 a 1.8 Recomendable: 1.3
Rural de 1.2 a 1.5
K2: Coeficiente de variación Horaria:
Pob. de 2000 a 10000 = 2.5
Pob. mayores de 10000 = 1.8
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POBLACIÓN
Hab.
FRIO CLIMA
TEMPLADO-CALIDO
De 2000 a 10000
De 10000 a 50000
Más de 50000
120
150
200
150
200
250
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b) C álculo de la Población Actual
P = 667 Lotes x 7 hab./lote = 4669 Hab.
Cálculo de los caudales para cada área tributaria de nodo .
TUBERIAS:
a) Tipo de Tubería y accesorio.-
El tipo de tubería a emplear para éste proyecto será de PVC, clase 10.
b) Presiones.-
Las presiones a someter las tuberías será a las normas constructivas que emplean
los fabricantes de las tuberías, siendo parámetros rígidos establecidos en el RNC.
c) Sistemas de Distribución.-
La red se encuentra dividida en tres partes básicas (RNC: 3-II-V-I):
Líneas de alimentación.
Tubería Troncal y Tuberías de Servicio.
Línea de Alimentación.-
Constituida por el tramo de tubería que va desde el Reservorio hasta la zona de
servicio. En nuestro caso ésta tubería tiene una longitud de 1000 mts y un
diámetro de 10’’.
Tuberías Troncal.-
Conforman la red principal de distribución debiendo en lo posible formar
circuitos cerrados.
Tuberías de Servicio.-
Son aquellas que se encuentran conectadas a los troncales y dan servicio a los
predios, conformando la malla del sistema de distribución.
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El diámetro mínimo de tubería de servicio será de 75 mm en condiciones
“normales”, en condiciones “precarias” se podrá considerar un diámetro de 50 mm.
Cálculo de las Tuberías Troncales:
Para el cálculo de las tuberías se empleará el Método de Cross, mediante la utilización
del programa "Loop" que a continuación detallamos.
Para comenzar éste cálculo se debe observar que la red se encuentre conformada por
circuitos cerrados, se debe principiar por el cálculo del Área Tributaria de cada tramo
de la red que viene a ser el área de influencia del tramo de la tubería para una
determinada superficie de terreno, se empleará el Método de la Bisectriz de cada uno
de los ángulos determinados en los nudos de la red.
Cálculo Hidráulico Red en malla
Existe diferentes métodos para el cálculo hidráulico de un Sistema de Abastecimiento
de Agua, los cuales son particularmente útiles para el proceso de cálculo; pero por
considerar que su aplicación generalizada casi ha descartado a otros emplearemos el
método de Hardy Cross. Este método de cálculo supone que se han seleccionado
previamente los caudales iniciales y los diámetros en los diferentes tramos de la red,
es evidente que ella implica a la selección de datos que podría conducirnos a infinitas
soluciones satisfaciendo las condiciones preestablecidas. Para la solución más
convincente privarán criterios más que métodos que nos inducirían a ella.
CALCULO HIDRÁULICO
Existen diferentes métodos para el cálculo hidráulico de un Sistema de Abastecimiento
de Agua, los cuales son particularmente útiles para el proceso de cálculo. Pero al igual
que otros problemas de ingeniería, la utilización de las computadoras ha encontrado la
aplicación práctica que permite la realización de los cálculos con gran rapidez y
despreciables posibilidades de error.
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A la fecha en base al tradicional método desarrollado por Hardy - Cross, por considerar
que su aplicación generalizada casi ha descartado a otros, existen programas como el
Loop del Banco Mundial para el Cálculo de Redes, siendo uno de los más avanzados
en éste tema. El cálculo Hidráulico de la Red planteada se realizará por dicho método.
PROGRAMA LOOP
El Loop simula las características hidráulicas de un circuito cerrado de redes de
distribución de agua. Hasta con el ingreso de 15 nudos de entradas conociéndose ya
sea la elevación del terreno o el flujo de entrada del nudo a la red (generalmente del
terreno o el flujo de entrada del nudo a la red (generalmente reservorios).
La red se caracteriza por tramos de tuberías y nudos (son los puntos de salida de
demanda y unión de tramos de tuberías.
Los datos requeridos para la ejecución del Loop incluye la descripción de los
elementos de la red, tal como longitud de tuberías, diámetros, coeficientes de fricción,
demandas, y elevación del terreno en los nudos y descripción de la geometría de la
red.
El Loop utiliza el algoritmo de HARDY -CROSS para determinar las correcciones de
flujo, que son asumidos inicialmente en los tramos de las tuberías. La corrección del
flujo se basa en el concepto de mantenimiento de continuidad del flujo en cada nudo,
Siendo la suma de las pérdidas de carga hidráulica en cada circuito cerrado de igual a
cero. Una vez que los flujos son directamente, las elevaciones o cotas de nivel de agua
en cada nudo son calculadas.
La ocasión de Hazen y Willians es usado en éste programa para calcular pérdidas de
cargas.
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a) Preparación del Esquema Hidráulico
Determinación de los Circuitos de la Red.
Normalmente, se consideran las tuberías matrices o troncales principales y a las
que sirvan a las que sirvan a las zonas más densas y críticas.
Numeración de Nudos:
La fuente aductora que puede ser un pozo, un reservorio o un punto de empalme a
una tubería de aducción, llevará números que terminen en ceros, a efectos de
distinguirlos de los nudos.
Los demás nudos se numeraran correlativamente partiendo del número "1" que es
el punto de ingreso a la Red. Deberá tomarse siempre debe tener un nudo anterior
ya numerado.
El número de nudo es 57.
Numeración de Tramos:
El tramo Nº 1 es el que está comprendiendo entre la fuente y el punto de ingreso;
para numerar los demás tramos se supone un sentido para el flujo y se enumera
secuencialmente, teniendo en cuenta que siempre debe existir un tramo anterior
ya numerado.
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Determinación del Caudal de Consumo en el Tramo (Qc).
Se puede determinar de dos formas, una de ellas es dividiendo el caudal de
ingreso entre a longitud total y obtendremos como resultado un caudal unitario
longitudinal (L.P.S. / ML.), si multiplicamos el caudal unitario por la longitud del
tramo, encontraremos el caudal de consumo en el tramo; la otra forma es
considerando el área de influencia correspondiente a cada tramo, empleando el
método de la bisectriz.
La sumatoria de caudales de todos los tramos deberá ser igual al caudal de
ingreso en el nudo.
Caudales de Salida en el Nudo (Qs)
El caudal de salida es igual a la sumatoria de los caudales de los tramos que
ingresan al nudo.
Cotas Topográficas de Nudos
En el esquema hidráulico deberá indicarse las cotas topográficas para cada nudo,
además de diámetros y longitudes en cada tramo.
b) Ordenamiento de Datos para el Programa y Resultados:
b.1) Con los datos del inventario y del esquema hidráulico, se elaborará, los
cuadros que determinan los caudales, los diámetros y las pérdidas de carga.
b.2) Evaluando las presiones en la Red Troncal:
De Hardy Cross obtenemos los caudales , y hf.
Del análisis de la tubería de Aducción la cota de la línea estática en iiiiiel
punto de ingreso. Para dicha evaluación tabulamos del sgte. modo:
. PD = Presión dinámica = PE - CP
. PE = Presión estática:
. CP = Cota piezometrico:
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MEMORIA DE CALCULO
DISEÑO DE LA RED DE AGUA POTABLE CON EL PROGRAMA LOOP
DATOS DEL PROYECTO
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA RED
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ING. EDGAR SPARROW ALAMO
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ING. EDGAR SPARROW ALAMO
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ING. EDGAR SPARROW ALAMO
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DATOS ANALIZADOS POR EL PROGRAMA LOOP
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