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MODELACION Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE
UtilizandoCYBERNET -WaterCAD
de Haestad Methods
CONCEPTOS BASICOS DE HIDRAULICA
ING. JORGE RAMIREZ
CONCEPTOS BASICOS DE HIDRAULICA
Principios básicosFlujoVelocidadPresiónPérdida de cargaPérdida MenoresProblemas típicos en tuberías
ING. JORGE RAMIREZ
PROPIEDADES DEL AGUA
Peso Especifico.- Es el peso de la unidad de volumen de agua, que a la temperatura de 4 C a presión atmosférica y para un valor de la aceleración de la gravedad de 9.81 m/s2 es de 9810 N/m3.
Densidad.- Es la masa por unidad de volumen de agua para la temperatura de 4 C y la presión atmosférica vale 1000 kg/m3
ING. JORGE RAMIREZ
FLUJO(caudal)
Q=Volumen / tiempo
Unidades:– M3/s Metros cubicos / segundos– l/s Litros / segundo– M3/h Metros cubicos / hora– Gpm Galones / minuto
ING. JORGE RAMIREZ
FLUJO
FLUJO UNIFORME.- En el flujo uniforme las características del flujo (presión y velocidad) permanecen constantes en el espacio y en el tiempo. Por consiguiente, es el tipo de flujo que se utiliza para el diseño de tuberías.
FLUJO TURBULENTO.- La configuración de las líneas de flujo no es idéntica de un instante a otro. Aparece perturbada, hay vórtices, remolinos en una palabra turbulencia.
ING. JORGE RAMIREZ
VELOCIDAD
Velocidad= Flujo / Area– V=Q/A
Unidades comunes:– m/s metros por segundo– Fps pies por segundo
Rango de valores en sistemas de distribución:– Típico: 0.6 – 1.2 m/s– Alto: 1.5 – 2.5 m/s– Muy alto: > 3 m/s
ING. JORGE RAMIREZ
PRESION
Presión.- P=F/A Es la fuerza ejercida por unidad de área o también la relación entre la fuerza y el área sobre el cual actúa.
Uidades comunes:– Psi Libras/pulgadas cuadradas– Newton/m2– kPa kilo Pascal– Bar 100 kPa– Atm Atmósfera (14.7 psi o 10.33 mca)
ING. JORGE RAMIREZ
PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA - ABSOLUTA
Presión Atmosférica.- A nivel del mar la presión atmosférica equivale a una columna de mercurio de 76 cm de altura lo que se conoce como una atmósfera.
1 atm=760 mm c Hg =10.33 mca=1.033 kg/cm2=14.7 psi (lbs/pulg2)
ING. JORGE RAMIREZ
PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA -
ABSOLUTA
Presión hidrostática.- La presión hidrostática sobre un punto situado en el interior de un liquido es proporcional a la profundidad y al peso específico del líquido.
– P=H*γ– P=presión– H=profundidad del punto– γ=peso específico
ING. JORGE RAMIREZ
PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA - ABSOLUTA
Presión absoluta.- Es la presión total que existe en un punto debido a todas las causas que están influyendo para producirla.
P absoluta =P atmosférica + P manometrica
En unos casos es necesario considerar la presión manometrica(P. Relativa) y en otros la absoluta, por ejemplo en el caso de bombeo con succión negativa, teóricamente el tubo de la succión de la bomba podrá tener una longitud de 10.33 m al nivel del mar.
ING. JORGE RAMIREZ
ESTANDARES DE PRESION (En redes de distribucion)
Minimo:– 15 mca
Maximo:– 40 a 60 mca
ING. JORGE RAMIREZ
GRADIENTE HIDRAULICO (HGL)
Z Z P V g hL1 2 2 22 2= + + +/ /γ
TUBO PITOTPIEZOMETRO
ING. JORGE RAMIREZ
GRADIENTE HIDRAULICO (HGL)
La línea que une las lecturas en los piezómetros es una recta inclinada llamada LINEA PIEZOMETRICA (HGL)
La línea que une las lecturas en los tubos PITOT es una recta inclinada que es paralela a la línea piezométrica y se conoce como LINEA DE VELOCIDAD
– Por razones prácticas para los cálculos considera solamente la línea piezométrica.
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA
Cuando un líquido circula por un tubo sufre pérdidas de energía, estas pérdidas se deben a las siguientes causas:
– Pérdidas por rozamiento– Pérdidas por entrada– Pérdidas por salida– Pérdidas por ensanchamiento del tubo– Pérdidas por la súbita contracción del tubo– Pérdidas por obstrucciones en el tubo (válvulas, etc.)– Pérdidas por cambio de dirección en la circulación
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA
Pérdidas por rozamiento
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA
Generalmente la pérdida más importante es debida a la fricción por lo que se llama
pérdidas principales y a las otras por tener valores pequeños
pérdidas secundarias. Dependiendo de cada caso se debe considerar o no estas pérdidas
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES
Cuando la tubería es de gran longitud, esta pérdida es la principal y llega a ser tan grande que las pérdidas secundarias pueden ser despreciadas.
La perdida de carga se representa por y dependede:
– El material que está construido el tubo– El estado de la tubería– La longitud de la tubería– El diámetro– La velocidad de circulación
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(DARCY-WEISBACH)
La ecuación de Darcy no tiene ningún tipo de restricciones
hf = pérdida de carga (ft,m)f =factor de fricciónd =diámetro de la tubería (ft,m)L =longitud de la tubería (ft,m)V =velocidad (ft/s, m/s)g =aceleración de la gravedad
gdVL
f fh *2** 2=
ING. JORGE RAMIREZ
Factor de fricción(Colebrook)
COLEBROOK propuso una ecuación semi- empírica para el caso de los tubos que están entre los tubos lisos y la zona de turbulencia.
El factor de fricción f es una función implícita del número de Reynolds y de la rugosidad relativa tal como lo estableció en la ecuación Collebrook- Whitecuya fórmula es:
ING. JORGE RAMIREZ
f=factor de fricciónd=diámetro de la tubería Ks=Rugosidad absolutaRe=Número de Reynols
( )110 3 7
2 512fkd fs= − +log .
.Re
Factor de fricción(Colebrook)
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(HAZEN-WILLIAMS)
v=velocidad (m/s)R=radio hidráulico (m)S=pérdida de energía
(m/m)C=coeficiente de
rugosidad de la tubería
54.063.0849.0 SRCv HW=
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES
la ecuación de Hazen-Williams tiene que estar limitado a ciertas características del fluido y del flujo.
– Los límites, establecidos por los investigadores son los siguientes:
El fluido debe ser agua a temperaturas normalesEl diámetro debe ser superior o igual a 2”La velocidad en las tuberías se debe limitar a 3 m/s-
La ecuación que no cumpla los rangos de validez tiende a sobrestimar los diámetros requeridos.
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(HAZEN-WILLIAMS)
Ks (ft)Ks (mm)
.0030.9100-110ACERO
0.00050.15120Hierro galvanizado
0.0000050.0015140-150PVC
0.0000050.0015140Asbesto cemento
Darcy-WeisbachHAZEN-WILLIAMS “C”
MATERIAL
ING. JORGE RAMIREZ
COMPARACION DE ECUACIONES DE FRICCION
Usada comúnmente en USANo es usada comúnmente en USA
Fácil obtener fDifícil obtener f
Solamente aguaTodos los fluidos
HAZEN-WILLIAMS “C”DARCY-WEISBACH
ING. JORGE RAMIREZ
PERDIDA MENORES
– Km= Coeficiente de perdidas menores– Hf= perdida de carga causada por perdidas menores– V= velocidad– g= aceleración de la gravedad
gV
f Kmh 22=
Perdidas localizadas causadas por:– Accesorios– Codos– Válvulas
Ecuación:
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PERDIDA MENORES (por longitud equivalente)
– L=Longitud añadida– D= Diametro de tuberia– F= Factor de Friccion
DL
f fh =
Comunmente utilizado en Diseño de Instalaciones interiores
Ecuación:
ING. JORGE RAMIREZ
PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS
Cálculo de la pérdida de carga y de la variación de presión a partir de la variación de flujo y de las características de la tubería.
Cálculo de la variación del flujo a partir de las características de la tubería y de la carga que lo produce.
Cálculo del diámetro requerido por la tubería para dar paso a un flujo dada entre dos puntos con diferencia de presión.
ING. JORGE RAMIREZ
PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS
he = pérdida por entradahf = pérdida por rozamientoHs = pérdida por salida
LE=Línea de energíaLG=Línea de gradiente
hidráulico (piezométrica)
H=he+hf+hs
H fVg
LdVg
Vg= + +05
2 2 2
2 2 2. *
ING. JORGE RAMIREZ
PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS
Las pérdidas menores en las tuberías de longitud apreciable es pequeño y por lo tanto se puede despreciar, entonces el problema se simplifica obteniendo el siguiente gráfico:
ING. JORGE RAMIREZ
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMAS A GRAVEDAD:La energía H se gasta en:
he = pérdida por entradahf = pérdida por fricciónV2/2g= energía por velocidad
ING. JORGE RAMIREZ
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMAS A GRAVEDAD:Para mantener el mismo caudal
que en el caso anterior aunque la diferencia de nivel se aumentó de h a h1, una cantidad de energía HL debe destruirse por medio de un orificio o válvula.
ING. JORGE RAMIREZ
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMAS A GRAVEDAD:Cuando el caudal real de
conducción es MENOR al caudal de diseño en líneas de conducción, en la parte superior ingresa aire al sistema, trabajando un tramo de la conducción como canal abierto, y la línea piezométrica real es la que se representa en el siguiente gráfico.
ING. JORGE RAMIREZ
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMAS A GRAVEDAD:En el siguiente gráfico, se observa
que toda la tubería trabaja como canal, esto sucede cuando la pendiente es más o menos uniforme, la capacidad máxima de conducción es superior al caudal real disponible en la fuente, y la sumergencia es insuficiente..
ING. JORGE RAMIREZ
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMAS A GRAVEDAD:En el caso de que la capacidad de
conducción sea IGUAL al caudal de diseño, toda la tubería trabaja a presión.
MODIFICACION DE LA LINEA DE ENERGIA , POR LA ACUMULACION DE “AIRE”
LINEA DE ALTURA TOTAL
LINEA DE ALTURA MODIFICADAPor la Existencia de “AIRE” en la Tubería
hLa PERDIDA LOCALIZADA DE ENERGIAPor la Acumulación de “AIRE” en el pto.. alto
Qa < Qo
SISTEMA POR GRAVEDAD
A´B ´
AB
hLa
AIRE
AIRE
Flujo a superficie libreP > P atm
ING. JORGE RAMIREZ
LINEAS DE GRADIENTE HIDRÁULICO Y ENERGIA TOTAL EN SISTEMAS DE BOMBEO
REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO
SISTEMA POR BOMBEO
H B
H B : ALTURA PIEZOMETRICA PREVISTA
Aire atrapado a Presión
H B ´
H
H B ´ : ALTURA PIEZOMETRICA RESULTANTE Q = 0
H
PARAMETROS DE DISEÑO
ING. JORGE RAMIREZ
PERIODO DE DISEÑO
En la fijación de ese período de diseño influyen entre otros factores los siguientes:
Vida probable del equipo
Facilidad de ampliación de acuerdo con las condiciones locales
Posibilidad de perfeccionamiento próximo de equipos, etc.
Con relación a la vida útil para los elementos que conforman un sistema de agua potable se sugieren los siguientes:
ING. JORGE RAMIREZ
PERIODO DE DISEÑO
Obras de captación 25 a 50Conducciones 20 a 30Plantas de tratamiento 20 a 30Tanques de almacenamiento 30 a 40
Redes de distribución 20 a 25
ING. JORGE RAMIREZ
ESTIMACION DE LA POBLACIÓN FUTURA
Con relación a este tema, existen varios métodos como son:
Método aritméticoMétodo geométricoMétodo logarítmicoMétodo logístico
ING. JORGE RAMIREZ
ESTIMACION DE LA POBLACIÓN FUTURA
ING. JORGE RAMIREZ
ESTIMACION DE LA DEMANDA
El consumo de agua se expresa en l/hab/dia(DOTACIÓN), Estos consumos se conforman de diversas clases:
DomésticoComercial e IndustrialPúblicoDesperdicios y Fugas
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ESTIMACION DE LA DEMANDA
50.834,1Total agua no facturada
7,66,9Otros
17.114,3Fugas en la red
9.84,9Conexiones no registradas
16.38,0Consumo en exceso de facturación estimada
49.265,9Volumen facturado
100.0100,0Total volumen producido
Parroquias
%
Quito%
Descripción
ING. JORGE RAMIREZ
ESTIMACION DE LA DEMANDA
Facturación en Quito por categorías de consumoDotación neta actual
369 308Total bruto50.8%34%ANF %
182203Total neto623Institucional
2.1819Comercial4.187Industrial
169154DomésticoParroquiasQuitoConsumo
(lppd)DotaciónCategoría de
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VARIACION DE LA DEMANDA
La demanda NO es constante
Factores máximos, diario y horario
El factor de demanda máxima diaria es deFMaxD= 1,3 y el factor de la demanda máxima horaria es: FMH = 2,25
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VARIACION DE LA DEMANDA
PATRONES ESCALONADOS O CONTINUOS
TANQUES DE RESERVA
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CUALES SON LOS CUALES SON LOS OBJETIVOS DE OBJETIVOS DE UN TANQUE ?UN TANQUE ?
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CUBRIR LAS VARIACIONES HORARIAS
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CUBRIR UN EVENTUAL INCENDIO
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MANTENIMIENTO DE LA RED
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TANQUES DE RESERVA
Cubrir las variaciones horariasdemanda un incendioreparación
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COMO SE CALCULA EL COMO SE CALCULA EL VOLUMEN DE UN VOLUMEN DE UN
TANQUE?TANQUE?
TANQUES DE RESERVA
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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)
METODO:a) GRAFICA DE AREAS
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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)
METODO:a) METODO DE LAS CURVAS ACUMULADAS
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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)
RESERVA PARA INCENDIOS
– Para poblaciones menores de 3000 Hab no se considera almacenamiento para incendio
V Pi = 50 *– Para poblaciones mayores,se aplicar la
fórmula:
V Pi = 100*P=Poblacion en milesV=Volumen m3
- Para poblaciones de hasta 20000 Hab. Se aplicará la fórmula
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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)
RESERVA PARA EMERGENCIAS:
Se considera que para fallas rutinarias una reserva equivalente a la demanda promedio durante 4 horas, o sea el 16 % de la demanda diaria promedio.
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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)
RESERVA TOTAL:
Suma de los volúmenes para regulación del consumo, para cubrir incendios y de emergencia.
El criterio que utiliza la EMAAP-Q es el Volumen que resulte de la suma de los tres criterios anteriores o del 30% de la demanda máxima diaria
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(LOCALIZACION Y ALTURA DE LOS
TANQUES)
ES FUNCION DE:
Suma de los volúmenes para regulación del consumo, para cubrir incendios y de emergencia.
El criterio que utiliza la EMAAP-Q es el Volumen que resulte de la suma de los tres criterios anteriores o del 30% de la demanda máxima diaria
ING. JORGE RAMIREZ
DONDE SE UBICAN LOS DONDE SE UBICAN LOS TANQUES ?TANQUES ?
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(UBICACION)
Esta en funcion de:
características topográficaszonas futuras de crecimientolocalización de la fuente de abastecimiento
El tanque deberá situarse teóricamente en el baricentro de la zona servida v
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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)
Alimentación simple por gravedad :
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(UBICACION)
Alimentación doble por gravedad :
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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)
Bombeo directo a la red :
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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)
Bombeo a la red y tanque de equilibrio :
ING. JORGE RAMIREZ
QUE FORMA TIENE LOS QUE FORMA TIENE LOS TANQUES ?TANQUES ?
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(FORMA)
Dos requisitos fundamentales:ser funcionales y económicas posible
Las formas mas utilizadas son la rectangular y la circular
Para depósito pequeños y medianos no ampliables, la forma más conveniente y económica es la circular
La forma más conveniente es la rectangular. En este caso, la relación de lados más económica es la de 3:4
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)
PLANTA
CORTE
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)
PLANTA CORTE
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(EQUIPAMIENTO)
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CAMARA DE VALVULAS)
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(CAMARA DE VALVULAS)
ING. JORGE RAMIREZ
TANQUES DE RESERVA(EQUIPAMIENTO)
VALVULAS DE CONTROL
REDES DE DISTRIBUCION
ING. JORGE RAMIREZ
CUALES SON LOS CUALES SON LOS OBJETIVOS DE OBJETIVOS DE LAS REDES ?LAS REDES ?
ING. JORGE RAMIREZ
CUBRIR LA DEMANDA MAXIMA HORARIA
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCION
Suministro continuo de agua en caudal suficiente, para atender a la demanda máxima horaria
Mantener las presiones dentro de límites convenientes
Ofrecer caudales suficientes para el servicio contra incendios,
OBJETIVO
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCION
Sistemas principales
Sistemas secundarios
Sistemas limitados al servicio de grifos públicos
CLASIFICACION:
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCION
Sistema ramificadoFORMAS
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONFORMAS
Sistema ramificado
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONFORMAS
Sistema de malla
ING. JORGE RAMIREZ
CUALES SON LOS CUALES SON LOS PARAMETROS DEPARAMETROS DE
DISEÑO ?DISEÑO ?
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONCAPACIDAD Y PRESION
Demanda máxima diaria más caudal para incendiosDemanda máxima horariaPresión mínima 10-15 mcaPresión máxima 30-60 mcaVelocidad mínima 0.25 m/sVelocidad máxima 3.0 m/s
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONCAPACIDAD Y PRESION
Caudales de incendios:
2 en C + 2 en P4x24>1202 en C + 1 en P3x2460- 120
1 en C + 1 en periferia
2x22440- 601 en el centro2420- 401 en el centro1210- 20
No. DE INCENDIOS
CAUDAL (L/S)POBLACION (MILES)
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONLOCALIZACION Y ACCESORIOS
Se ubica a 1.0 m del bordilloLas tuberías principales deben instalarse preferentemente en las vías en que pueda anticiparse un mayor consumo Los elementos principales son: válvulas de compuerta e hidrantes
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONLOCALIZACION Y ACCESORIOS
La localización de tuberías se hará en los costados NORTE Y ESTE de las calzadas
Espaciamiento entre hidrantes varia entre 120 m. a 240 m
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONSECTORIZACION
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONSECTORIZACION
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONSelección inicial de diámetros
Diámetro mínimo 4” para la red principal.
En proyectos más grandes se recomienda 6" como mínimo
Ubicar los hidrantes en tuberías de diámetro mínimo 4" o en casos extremos en 3".
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONSelección inicial de diámetros
Se puede partir también de la formula empírica en la que D es el diámetro en pulgadas y q el gasto en litros/seg. fórmula que está asociada a velocidades de 1,10 m/seg.
D q= 135.
ING. JORGE RAMIREZ
QUE MATERIALES QUE MATERIALES YY
ACCESORIOS DE ACCESORIOS DE UTILIZAN?UTILIZAN?
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCION
MATERIALES
PVCACEROHIERRO DUCTILHIERRO FUNDIDOASBESTO CEMENTO
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCION
ACCESORIOS
CODOS, TEES, YEES, ETC.VALVULAS HIDRANTESBOCAS DE FUEGOCONEXIONES DOMICILIARIAS
ING. JORGE RAMIREZ
REDES DE DISTRIBUCIONMATERIALES Y ACCESORIOS
ING. JORGE RAMIREZ
VALVULAS DE CONTROL
•VALVULAS REDUCTORAS DE PRESIONLimita la presión de salida a un valor deseado
ING. JORGE RAMIREZ
VALVULAS DE CONTROL
•VALVULAS SOSTENEDORAS DE PRESIONMantiene una presión mínima a la entrada
ING. JORGE RAMIREZ
VALVULAS DE CONTROL
•VALVULAS CONTRA GOLPE DE ARIETE
ING. JORGE RAMIREZ
VALVULAS DE CONTROL
•VALVULA DE ALTITUD
ING. JORGE RAMIREZ
ACCESORIOS EN REDES ACCESORIOS EN REDES ABIERTASABIERTAS
(CONDUCCIONES) (CONDUCCIONES)
VALVULAS DE AIREY LA POSICION DE LAS VALVULAS DE AIRE NECESARIAS
TUBERIA QUE MUESTRA SU GRADIENTE HIDRAULICO
VALVULA DE EXPULSION DE AIRE-VEA intervalos de 400 a 800 mts. en tramos largos horizontales y ascendentes.
VALVULA DE ADMISION Y EXPULSION DE AIRE-VAEEn la salida de la bomba antes de la válvula de retención,( no es necesaria para bombas con altura de elevación de succión positiva),ó en puntos y cambios bruscos de Pendiente cerca al final de la línea donde no se anticipa una cantidad significativa de aire.
VALVULA COMBINADA DE AIRE (VC)En puntos y cambios bruscos de Pendiente debido a posible separación de columna y creación de vacío.
BOMBA
TANQUEó REPRESA
GRADIENTE HIDRAULICO
PLANO DE REFERENCIA -DATUM-
En resaltes hidráulicos
RESALT0 HIDRAULICO
DIRECCION DEL FLUJO
VC
VE
VALVULAS ROMPE VACIO (VV)
VALVULAS DE ESCAPE ó ALIVIO DE AIRE (VE)
Palanca SimplePalanca Compuesta(*)
VALVULAS COMBINADAS (VC)
Cámara SimpleCámara Doble
VALVULAS DE ADIMISION y EXPULSION DE AIRE (VAE)
Acción Directa (*)Control Hidraúlico
(*) Aguas Negras
QUE SON y PARA QUE SE UTILIZAN ?
> SON LA COMBINACION DE UNA VALVULA DE ADIMISION YEXPULSION DE AIRE CON UNA VALVULA DE ESCAPE DE AIRE
DONDE SE INSTALAN ?
> EN “TODOS LOS PUNTOS ALTOS” DE LA TUBERIA DONDE EXISTAN CAMBIOS DE PENDIENTE
> EN TRAMOS HORIZONTALES A INTERVALOS DE 500 / 1000 Mts.DEPENDIENDO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA
Cámara SimpleCámara Doble
Las VALVULAS DE ADMISION,EXPULSION y ESCAPE DE AIREó Ventosas Automáticas , son dispositivos ESENCIALES en el diseñointegral de tuberías para conducción de agua y NO deben considerarse
como simples accesorios
COLAPSO NIVEL MAXIMO
Tubería de AceroDiámetro : 1220 mm
Espesor : 7 mmLong. Colapsada : 540 Mts
e / D = 0.005738
URB. MANZANARES / BARUTA / Edo: MIRANDA
ESTACION DE BOMBEO VISTA ALEGRE / Ccs
Múltiple de Descarga8 “ APCO 154 / 205
Múltiple de Succión8 “ APCO 154 / 205
ING. JORGE RAMIREZ
DISEÑODISEÑO
REDES DEREDES DEDISRIBUCION DE AGUA POTABLEDISRIBUCION DE AGUA POTABLE
ING. JORGE RAMIREZ
QUE INFORMACION QUE INFORMACION BASICA SE REQUIERE ?BASICA SE REQUIERE ?
ING. JORGE RAMIREZ
PLANO TOPOGRAFICO
ING. JORGE RAMIREZ
DEFINIR LOS LIMITES DE ABASTECIMIENTO
LIMITE
ING. JORGE RAMIREZ
ESQUEMA DEL PROYECTO
ING. JORGE RAMIREZ
AREAS DE APORTACIONTANQUE
ING. JORGE RAMIREZ
QUE DATOS SE QUE DATOS SE REQUIERE?REQUIERE?
ING. JORGE RAMIREZ
DATOS BASICOS PARA CALCULO
TUBERIA: NUDO DE INICO Y FIN DEL TAMOLONGITUDDIAMETRO COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (FUNCION DEL MATERIAL)
NUDO: ID DEL NUDOCAUDALCOTA DEL TERRENO
TANQUE: ID DEL TANQUECOTA DEL TERRENO
ING. JORGE RAMIREZ
CON QUE PROGRAMA SE CON QUE PROGRAMA SE CALCULA?CALCULA?
ING. JORGE RAMIREZ
SIMULACION O DISEÑO?SIMULACION O DISEÑO?
ING. JORGE RAMIREZ
PROGRAMAS
LOOPCYBERTNETWATER CADEPANETOTROS.
ING. JORGE RAMIREZ
RESULTADOS
TUBERIA:VELOCIDADPERDIDA DE CARGA EN ESE TRAMODIRECCION DEL FLUJO
NUDO: COTA PIEZOMETRICAPRESION RESIDUAL
TANQUE:CAUDAL TOTAL DE SALIDA DEL TANQUE
ING. JORGE RAMIREZ
QUE RESULTADOS QUE RESULTADOS OBTENGO OBTENGO
YYQUE SE TIENE QUE QUE SE TIENE QUE
VERIFICAR ?VERIFICAR ?
ING. JORGE RAMIREZ
RESULTADOS
VELOCIDAD EN CADA TRAMODIRECCION DEL FLUJOCOTA PIEZOMETRICA EN CADA NUDOPRESION EN CADA NUDO
ING. JORGE RAMIREZ
ANALISIS DE LOS RESULTADOS
VERIFICAR LA PRESION MÍNIMA (15 mca)VERIFICAR LA VELOCIDAD MAXIMA
ING. JORGE RAMIREZ
DESCRIPCION GENERAL
Estos programas estan desarrollados como un módulo del programa AutoCAD, por la firma Haestad Methods de los Estados Unidos.
Este programa esta configurado para realizar simulaciones de los sistemas en forma estática como en periodo extendido de simulación.
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCad
Permite modelar varios de los componentes hidráulicos
válvulas reguladoras, bombas, así como también modelar varios escenarios a fin de evaluar el comportamiento hidráulico del sistema.
La entrada de datos es fácil y flexible para realizar los cambios que sean necesarios.
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCad
Permite modelar varios de los componentes hidráulicos
La longitud de las tuberías puede ser ingresadas a través de las coordenadas de los nudos o en forma directa en las tablas.Los resultados se visualizan por pantalla mediante tablas, y en el plano. Los resultados pueden ser exportados a diferentes base de datos o interactuar con sistemas de información geográfica
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCad
Permite modelar varios de los componentes hidráulicos
Además cuenta con un modulo para monitorear la calidad del agua.
Es una herramienta de diseño para redes de agua potable en un ambiente CAD.
Se tiene dos versiones, una en AutoCad y otra Stand-Alone
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS
Se tiene las opciones de calcular con las formulas de Hazen-William o Darcy-Weisbach.
Acepta diferentes unidades
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS
Se puede configurar para diferentes líquidos (agua, gasolina, etc.)
Incluye la posibilidad de insertar válvulas de diferente tipo como reductoras de presión, sostenedoras de presión, reguladoras de caudal. Bombas
ING. JORGE RAMIREZ
Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS
Especificar diferentes materiales
Tiene la opción de chequear los datos de ingreso para determinar si existe error
Tiene un help en línea.
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Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS
REQUERIMIENTOS DE HARDWARE
Computador mínimo con 64 RAM
AutoCad r14
Windows NT, Windows 95/98
TALLER 1
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1SIMULACION DE UNA RED
Construcción de una red a escalaConfiguración básica del modelo
Método de calculoEscala del dibujoTamaño del texto, símbolo y anotaciones
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1CONFIGUACION DEL MODELO
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1CONFIGUACION DEL MODELO
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1DIBUJO DE LA RED
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1INGRESO DE LOS DATOS DEL TANQUE
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 1ESCENARIOS
Escenario 1 (simulacion en base a los datos iniciales)
Escenario 2 (evento de incendio)
Escenario 3 (incendio con nuevos diametros)
TALLER 2
ING. JORGE RAMIREZ
TALLER 2SIMULACION DE UNA RED INCLUYENDO BOMBAS Y
TANQUES
Construcción de un modelo “esquematico” conteniendo un tanque, un reservorio, una bomba y tres válvulas reductoras de presión (PRV).Dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y las válvulas reductoras de presión bajo ciertas condiciones de análisis.
El primer escenario contará con una demanda normal, El segundo tendrá una demanda adicional en el nodo J-4.
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TALLER 2SIMULACION DE UNA RED INCLUYENDO BOMBAS Y
TANQUES
REPRESENTANDO UN POZO
No existe un elemento POZO en los modelos
Se lo representa como un Reservorio + Bomba
El reservorio considera que el nivel no varia como lo es en un tanque
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TALLER 2ESQUEMA DE LA RED
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TALLER 2INGRESO DE VALVULAS
VALVULA REDUCTORA DE PRESION:
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TALLER 2INGRESO DE BOMBA
BOMBA:
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TALLER 2INGRESO DE TANQUE
TANQUE:
TALLER 3
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido (SPE)
Rastrea el sistema a lo largo del tiempoSPE=Series de estados estáticos unidos (Fotos)
Por que usar SPE:
Dimensionamiento tanquesOperación bombas y válvulasCuantificación gasto de energía
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
construiremos un modelo conteniendo un tanque, un reservorio, una bomba y una válvula reductora de presión (PRV).Dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y la válvula reductora de presión bajo ciertas condiciones de análisis.
El primer escenario contará con una demanda normal
El segundo tendrá una demanda estimada para el año 2020
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TALLER 3CONSTRUCCION DEL MODELO
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
Configuración básica del modeloConstrucción del modelo.
Patrones de demanda
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
CONTROLES
Control operacional
Propiedad del elemento controladoLimitado a una condición simple
Control Lógico (basado en reglas)
Se mantiene con las alternativasCondiciones complejas (WaterCad v 5.0)
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
CONTROLES OPERACIONALES
Estado (Lógico)Tubería: Abierta o CerradaBombas: Encendida o ApagadaVálvulas: Activa o Inactiva
ConfiguraciónBombas: Factor de velocidad relativa (WaterCad V 5.0)
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
CONTROLES SIMPLES
Encender Bomba a las 5:00 pmApagar bomba cuando la presion de J- 1 > 45 mcaValvula VRP inactiva cuando la presion de J-6 <45
etc
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TALLER 3Simulación en tiempo extendido
Comparación de Resultados
TALLER 4
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TALLER 4Reportes
ANOTACIONES EN EL GRAFICO
Tablas
CURVAS DE PRESION
PERSONALIZACION DEL GRAFICO
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TALLER 4Reportes
TALLER 5WaterCAd v 5.0
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TALLER 5
Objetivos:
Dibujar una red importando un archivo cadDXF.Optimización de una redEstimación de costos
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TALLER 5
Descripción del problemaEl problema consiste en Diseñar una red que cumpla el requisito de presión mínima adoptada de 20 psi.
Para esto se realiza dos simulaciones:Simulación 1 – Condiciones iniciales –Estimación de costosSimulación 2 – Modificación de la red y determinación de los costos
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TALLER 5
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TALLER 5
Configuración básica del modelo
Construcción del modelo
Estimación de costos
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TALLER 5
Resultados
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TALLER 5
Resultados
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OTROS PROGRAMAS
EPANETEs un programa desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, para el estudio y análisis del comportamiento de redes hidráulicas a presión.
Permite el análisis hidráulico, calidad del agua.Se puede especificar la fórmula de Hazen-Williams, o Darcy-Weisbach.
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OTROS PROGRAMAS
EPANETEl programa corre en entorno MS-DOS, WINDOWS 3.1 O 95La presentación de resultados se realiza por pantalla, tablas, gráficos y archivos de texto.
VENTAJAS: Fácil de usar, Distribución gratuita.
DESVENTAJA: No diseña, ingreso de información complicada
DIRECCIÓN EN INTERNET hhh://www.epa.gov
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CONCLUSIONES
Comparando los resultados obtenidos mediante este programa y el programa LOOP, se concluye que los resultados son exactamente los mismos.
Esto significa que el diseño de una red no es función del programa que se utilice, sino del criterio del proyectista.
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CONCLUSIONES
La ventaja que se tiene con este programa es la vinculación que tiene el grafico con los datos
Otra de las ventajas que se tiene es que se puede exportar estos archivos a un sistema de información geográfica.
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BIBLIOGRAFIA
MANUAL DE HIDRÁULICA J.M. DE AZEVEDO NETTO 1976HIDRÁULICA DE TUBERÍAS JUAN G. ALDARRIAGA 1998DISEÑO DE ACUEDUCTOS LUIS FELIPE SILVA GARAVITO 1987ABASTECIMIENTOS DE AGUA SIMON ARROCHA 1978
CYBERNET v. 3.1 1999WATER CAD v 5.0 2004EPANET 1994