Dimensionamiento Optimo

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Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo

Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería AmbientalEspecialidad de Ingeniería Sanitaria

DIMENSIONAMIENTO ÓPTIMO DE SISTEMAS DE DICTRIBUCIÓN DE AGUA

Análisis, diseño y dimensionado de redes

Análisis de Redes:

Consiste en determinar las características funcionales del sistema (presión, velocidad, flujo, etcétera).

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Diseño:

Trata de construir el modelo hidráulico de la red, incluyendo los elementos necesarios para su funcionamiento correcto, como:

Trazado de tuberías Ubicación de depósitos Necesidad de equipos de bombeoVálvulas Zonas de Presión, etcétera.


Dimensionado:

Es la determinación de las características de cada uno de los elementos que integran el sistema para conseguir un determinado estado hidráulico (Niveles de presión, caudales en puntos de consumo).

Diámetros de conduccionesAltura y caudal de aporte de bomba Niveles de agua en reservorio Etcétera.




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Dimensionado:

Se utiliza la simulación en estado estático (régimen permanente).


CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIORED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Línea de Impulsión

Línea de AducciónL.C. de agua cruda

Estación de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo 24Qb = ----- x Qmd N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

QmhQmd + QciQmín

Qmd + QciQmín

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

Dimensionado:

En el dimensionado se debe atender los siguientes estándares:

Estándares hidráulicos Estándares de calidad Estándares de fiabilidad




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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua

La optimización del diseño de redes de distribución de agua está referida a la selección de la mejor combinación de mínimo costo de los componentes del sistema, de tal forma que quedan satisfechas las demandas de agua y las restricciones de diseño.


Caudal de diseño:

Será la Demanda Máxima para la etapa final del proyecto

InicialFinal



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Caudal de diseño: QD

Desde el punto de vista de capacidad hidráulica, la situación más desfavorable es la correspondiente al caudal punta.

Caudal punta: QD


Caudal de diseño: QD

Poblaciones > 10 000 hab mayor

Poblaciones < 10 000 hab QD = Qmh = K2 Qp

Donde:

Qmh = Caudal máximo horarioQmd = Caudal máximo diarioQp = Caudal promedioQinc = Caudal de incendio (residencial (15 l/s) , comercial ó industrial (30 l/s)K1 = coeficiente de variación horaria = 1,8 a 2,5K2 = coeficiente de variación diaria = 1,3

QD = Qmh = K2 Qp

QD = Qmd+Qinc = K1 Qp+Qinc



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Restricciones Físicas

Definir el rango de diámetros: máximín DDD

Diámetro mínimo : en base a a la normatividad Diámetro máximo : de acuerdo a las tuberías de aducción

Por lo tanto el número de diámetros disponibles son:

ND (entre Dmín y Dmáx)


Restricciones EconómicasDiámetro

(Di)

Costo Unitario (S/./m)

Dmín CUDmín

… …

Di CUi

… …

Dmáx CUDmáx



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Restricciones Hidráulicas

Presión máxmín PPP

acmPmáx ..50

acmPmín ..10


Restricciones Hidráulicas

Velocidad: máxmín VVV



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Número de combinaciones posibles: NC

NTNDNC

Donde:

NC = Número de combinaciones de diámetros posiblesND = Numero de diámetros disponible (entre el Dmín y Dmáx)NT = Número de tuberías a dimensionar


Número de combinaciones posibles: NC

Ejemplo:

Número de tuberías (NT) = 4Número de diámetros disponibles (ND) = 2 (Ø1 y Ø2)

Número de combinaciones = = 24 = 16 NTND

Tubería Combinaciones diámetro (16)

P-1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø1 Ø2 Ø2 Ø2 Ø2 Ø2 Ø2 Ø2 Ø2






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Número de combinaciones posibles: NCCumplen las restricciones

hidráulicasNo cumplen restricciones

hidráulicas

Combinación de diámetros de menor costo


Función Objetivo:

Minimizar

Donde:

CT = Función costo totalCUDi = Costo unitario para el diámetro Di (entre el Dmín y Dmáx)LDi = Longitud de tubería para el diámetro Di

máx

mín

ii

D

DiDD LCUCT



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Procedimiento de dimensionado INICIO

ASIGNAR DIAMETROS

EFECTUAR EL CALCULO HIDRAULICO

VERIFICAR RESULTADOS

Pmin < P < PmaxVmin < V < Vmax

CALCULO DEL COSTO DE INVERSION

¿COSTO MINIMO?

RESULSADOS FINALES

FIN

No

Si

Si

No

Paso 1: Asignar diámetros a cada tubería, en el rango [Dmín y Dmáx].

Paso 2: Efectuar el cálculo hidráulico, determinar presión en cada unión y velocidad en cada tubería.

Paso 3: Verificar que las presiones en cada unión de la red se encuentren en el rango recomendado [Pmín y Pmáx]. Lo mismo con la velocidad de cada tramo que debe estar entre [Vmín y Vmáx].

Paso 4: Si las presiones y/o velocidades están fuera de los rangos permitidos, se deberá iniciar nuevamente con el Paso 1, modificando los diámetros en los tramos donde no se cumple con las restricciones de presión y/o velocidad.

Paso 5: Teniendo la combinación de diámetros que cumple con las restricciones, debemos estimar los Costos de Inversión de la Red con dichos diámetros.

Paso 6: Debemos consultarnos si el costo de inversión estimado es el mínimo, si no es así debemos regresar al Paso 1, optimizar diámetros.

Se puede realizar en forma:

Manual: Método empírico o de ensayo y error

Automática: usan técnicas de optimización (método de búsquedaestocástica o algoritmos genéticos)

Procedimiento de dimensionado



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El WaterCAD / WaterGEMS realiza de las dos formas, haciendo usodel módulo Darwin Designer

Procedimiento de dimensionado



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