Contenido1. 1.1. 1.2. 1.2.1. DISEO ..................................................................................................................................3 LISTADO DE UNIDADES A DISEAR .........................................................................3 PARMETROS DE DISEO...........................................................................................3 Definicin del nivel de complejidad .....................................................................................3 Capacidad econmica ..........................................................................................3 Poblacin: ...............................................................................................................4

1.2.1.1. 1.2.1.2. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4.

Poblacin por Atender .........................................................................................................4 Consumos.............................................................................................................................4 Dotacin Neta ......................................................................................................................4 Dotacin Bruta .......................................................................................................5 Calculo de Consumos...........................................................................................5

1.2.4.1. 1.2.4.2. 1.2.5. 1.2.6.

Caudales de diseo. .............................................................................................................6 Descripcin del Software .....................................................................................................8 Algoritmo de Anlisis ............................................................................................8

1.2.6.1. 1.2.7. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.4. 1.4.1.

Datos de Entrada del Proyecto al Software .......................................................................16 DISEO DE LA LINEA DE ADUCCION (BOCATOMA DESARENADOR). ..........17 Criterios de Diseo .............................................................................................................17 Clculos Hidrulicos de la Lnea de Distribucin................................................................18 DISEO DE LA LINEA DE CONDUCCION (DESARENADOR TANQUE). ..........20 Criterios de Diseo .............................................................................................................20 1

1.4.2. 1.5.

Clculos Hidrulicos de la Lnea de Distribucin................................................................20 DISEO DE LA LINEA DE DISTRIBUCION PRINCIPAL (DESARENADOR

TANQUE). ........................................................................................................................................24 1.5.1. 1.5.2. Criterios de Diseo .............................................................................................................24 Clculos Hidrulicos de la Lnea de Distribucin................................................................24

LISTADO DE TABLAS PginaTabla 1. 1. Asignacin del nivel de complejidad. ...........................................................................3 Tabla 1. 2. Poblacin del proyecto calculada al final del periodo de diseo. .............................4 Tabla 1. 3 . Dotacin neta mnima y mxima segn la norma RAS resolucin 2023. ..........5 Tabla 1. 4. Valores de coeficiente de friccin (mm). (Universidad politcnica de ..............17

FIGURA 1.ESQUEMA DEL PROYECTO......................................................................................7

1. DISEO

1.1.

LISTADO DE UNIDADES A DISEAR

ADUCCION. CONDUCCION. DISTRIBUCION.

1.2.

PARMETROS DE DISEO

Se disean las lneas de aduccin de la bocatoma al desarenador, conduccin, del desarenador al tanque de almacenamiento y distribucin del tanque de almacenamiento hacas los distintas poblaciones, para el diseo de estas lneas de tubera se emplean los datos de poblacin ya calculados, siempre cumpliendo con la normatividad tcnica RAS 2000 en cuanto a velocidades presiones y parmetros de diseo.

1.2.1. Definicin del nivel de complejidadAtendiendo lo comprendido en la norma RAS, se establece la siguiente clasificacin de acuerdo al nivel al nmero de habitantes y nivel econmico de la poblacin: Tabla 1. 1. Asignacin del nivel de complejidad.NIVEL DE COMPLEJIDAD BAJO MEDIO MEDIO ALTO ALTO POBLACIN ZONA URBANA (Habitantes) 60000 CAPACIDAD ECONOMICA BAJA BAJA MEDIA ALTA

1.2.1.1.

Capacidad econmica

Al tratarse de poblaciones netamente rurales las cuales derivan su sustento especialmente de actividades agropecuarias se tiene para las poblaciones involucradas en el proyecto una capacidad econmica baja.

3

1.2.1.2.

Poblacin:

Teniendo en cuenta los datos de poblacin ya calculados en el captulo XXX se tiene las siguientes poblaciones calculadas en el periodo de diseo: Tabla 1. 2. Poblacin del proyecto calculada al final del periodo de diseo.POBLACION LA ALSACIA LA PEA LA ESPERANZA MATERON Y PISAPASITO BRISAS DEL SILENCIO EL PORVENIR TOTAL HAB EN EL PERIODO DE DISEO 621 87 272 1245 1218 189 3632

De acuerdo a la tabla 1.1. El nivel de complejidad del sistema se establece en MEDIO. Como se trata de poblacin netamente rural se establece el nivel de complejidad como BAJO.

1.2.2. Poblacin por AtenderDe acuerdo a La tabla 1.2 La poblacin a atender ser de 3632 habitantes.

1.2.3. ConsumosCon base en lo establecido en la norma RAS 2000, teniendo en cuenta la poblacin proyectada y la dotacin mxima para el nivel de complejidad del sistema se calculan los consumos.

1.2.4. Dotacin NetaTeniendo en cuenta lo consignado en la norma RAS 2000 se tiene la siguiente dotacin neta:

Tabla 1. 3 . Dotacin neta mnima y mxima segn la norma RAS resolucin 2023.

Por tanto se tomara como dotacin neta 90 lts/habxda. 1.2.4.1. Dotacin Bruta

Dotacin Bruta

Dotacin Neta 1 %P

Segn la norma RAS el porcentaje de prdidas mximas admitidas es de 25% teniendo en cuenta la ubicacin rural del proyecto se asumir ste valor mximo de perdidas admisibles.DB 90 120 Lts/Hab. - da 1 0.25

1.2.4.2. Calculo de Consumos Calculado la dotacin neta se obtiene los siguientes consumos de acuerdo a la norma RAS 2000:C.m.d ( lps) poblacion estudio dotacion bruta 86400

ACUEDUCTO VEREDAL LA ALSACIA. Consumo medio diario.POBLACION cmd (Lps) LA ALSACIA 0.86 LA PEA 0.12 LA ESPERANZA 0.38 MATERON Y PISAPASITO 1.73 BRISAS DEL SILENCIO 1.69 EL PORVENIR 0.26 TOTAL 5.04

Consumo mximo diario.

CMD( lps) k1 c.m.dk1: coeficiente de consumo mximo diario depende del nivel de complejidad. Para este caso el valor de k1 se tomara 1.3.POBLACION CMD(Lps) LA ALSACIA 1.12 LA PEA 0.16 LA ESPERANZA 0.49 MATERON Y PISAPASITO 2.25 BRISAS DEL SILENCIO 2.20 EL PORVENIR 0.34 TOTAL 6.55

Consumo mximo horario.

CMH( lps) k2 C.M.DK2: coeficiente de consumo mximo horario respecto al consumo mximo diario depende del nivel de complejidad. Para este caso el valor de K2 se tomara 1.6.POBLACION CMH(Lps) LA ALSACIA 1.79 LA PEA 0.25 LA ESPERANZA 0.79 MATERON Y PISAPASITO 3.60 BRISAS DEL SILENCIO 3.52 EL PORVENIR 0.54 TOTAL 10.48

1.2.5. Caudales de diseo.Para el diseo de las redes de distribucin se tiene en cuenta que los bloques de apartamentos tendrn el suministrar partiendo de tanques, por lo tanto estos tanques deben dotarse con el consumo mximo diario, las redes de las viviendas se disearan con un consumo mximo horario, se tiene en cuenta los caudales institucionales y comerciales. Luego as se desglosa el caudal de diseo total: Q diseo Aduccin (Bocatoma Desarenador): 6.55 lps Q diseo Conduccin (Desarenador Tanque): 6.55 lps Q diseo Distribucion principal (Tanque - Ramales): 10.48 lps

FIGURA 1.ESQUEMA DEL PROYECTO.

7

1.2.6. Descripcin del SoftwareEPANET es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodo extendido del comportamiento hidrulico y de la calidad del agua en redes de distribucin a presin. En general, una red consta de tuberas, nudos (conexiones entre tuberas), bombas, vlvulas y tanques de almacenamiento o depsitos. EPANET determina el caudal que circula por cada una de las conducciones, la presin en cada uno de los nudos, el nivel de agua en cada tanque y la concentracin de diferentes componentes qumicos a travs de la red durante un determinado periodo de simulacin analizado en diferentes intervalos de tiempo. Adems del conocimiento de la concentracin de diferentes componentes qumicos, es posible determinar el tiempo de permanencia del agua en las tuberas, as como estudios de la procedencia del agua en cada punto de la red. EPANET est diseado para ser una herramienta de desarrollo en el aumento del conocimiento relacionado con el movimiento y el destino de los constituyentes del agua en una red de distribucin. De hecho puede emplearse para multitud de aplicaciones en el anlisis de sistemas de distribucin. Diseo de programas de muestreo, calibracin de modelos hidrulicos, anlisis del cloro residual y valoracin del riesgo a que se encuentran sometidos los consumidores son algunas de las aplicaciones que pueden llevarse a cabo. Asimismo EPANET puede servir de ayuda para la evaluacin de diferentes estrategias alternativas de gestin de los sistemas de distribucin encaminadas todas ellas a la mejora de la calidad del agua dentro del sistema.

1.2.6.1. Algoritmo de Anlisis El mtodo utilizado por EPANET para resolver las ecuaciones de continuidad y de prdidas que caracterizan el estado hidrulico de una red de abastecimiento en un punto dado en el tiempo puede llevarse a trmino con una aproximacin hbrida nudo-malla. Todini y Pilati (1987) y ms tarde Salgado et al. (1988) eligieron llamarlo el "Mtodo del Gradiente". Aproximaciones similares han sido descritas por Hamam y Brameller (1971) (el "Mtodo Hbrido") y por Osiadacz (1987) (el "Mtodo nudomalla de Newton"). La nica diferencia entre stos mtodos es la forma en la que el caudal de las lneas es actualizado despus de una nueva solucin iterada se haya encontrado para las alturas en los nudos. Ya que la aproximacin de Todinies, la ms simple, es la que se ha elegido para utilizar con EPANET. Suponiendo que tenemos un sistema de tuberas con N conexiones nudo y NF nudos fijos (tanques y depsitos). Nos permitimos expresar la relacin prdidas-caudal en la tubera entre los nudos i y j de la siguiente forma:

Donde H = altura en nudo, h = prdidas, r = coeficiente de resistencia, Q=caudal, n = exponente del caudal, y m = coeficiente de prdidas menores. El valor del coeficiente de8

prdidas depender de la ecuacin de prdidas utilizada (ver abajo). Para las bombas, las prdidas (negativa al ser ganancia) pueden representarse con la siguiente ley:

Donde h0 es la altura de corte para la bomba, _ es la velocidad relativa, y r y n son los coeficientes de la curva caracterstica. El segundo conjunto de ecuaciones que debemos satisfacer son las ecuaciones de continuidad para todos los nudos:

Donde Di es la demanda de caudal en el nudo i y por convenio, el caudal entrante en un nudo es positivo. Para un conjunto de alturas conocidas en los nudos fijos, buscaremos una solucin para todas las alturas Hi y caudales Qij que satisfagan las ecuaciones (D.1) y (D.2). La resolucin del mtodo del Gradiente comienza con un valor estimado inicial de caudales en cada tubera que no tiene porqu satisfacer las ecuaciones de continuidad. En cada iteracin del mtodo, se encontrarn nuevas alturas en los nudos resolviendo la ecuacin matricial: AH = F D.3

Donde A = matriz Jacobiana (NxN), H = vector de las alturas incgnita en los nudos (Nx1), y F = vector de los trminos del lado derecho de la igualdad (Nx1). Los elementos de la diagonal principal de la matriz Jacobiana son:

Mientras que los trminos, fuera de la diagonal, no negativos, son:

Donde pij es la inversa de la derivada parcial con respecto del caudal de las prdidas en la lnea, entre los nudos: i y j. Para las tuberas,

Mientras que para las bombas

Cada trmino del lado derecho de la igualdad consiste en el desequilibrio del caudal neto en el nudo ms un factor de correccin de caudal:

Donde los ltimos trminos los aplicamos a cualquier lnea que une un nudo i a un nudo fijo y el factor de correccin de caudal yij es:

Para tuberas.

Y para bombas, donde el sgn(x) es 1 si x > 0 y -1 en caso contrario. (Qij siempre es positivo para las bombas.) Despus de que las nuevas alturas son calculadas resolviendo la ecuacin (D.3), los nuevos caudales se encuentran con:

Si la diferencia entre la suma de los caudales absolutos y el caudal total en todas las lneas es mayor que alguna tolerancia (por ejemplo, 0.001), entonces las ecuaciones (D.3) y (D.4) se resuelven una vez ms. La ecuacin de actualizacin de caudal (D.4) siempre cumple con la continuidad alrededor de cada nudo despus de la primera iteracin. EPANET implementa ste mtodo utilizando los siguientes pasos: a) El sistema lineal de ecuaciones D.3 se resuelve utilizando un mtodo de matrices dispersas basado en la reordenacin de los nudos (George y Liu, 1981). Despus de la reordenacin de nudos para minimizar la cantidad de celdas no nulas de la matriz A, se lleva a cabo una factorizacin simblica as que slo los elementos no nulos de

A necesitan ser calculados y guardados en memoria. Para simulacin en rgimen transitorio sta reordenacin y factorizacin tan slo se lleva a cabo una vez al inicio del anlisis. b) Para la primera iteracin, el caudal en la tubera elegido es igual al caudal correspondiente a una velocidad de 1 ft/seg, mientras que el caudal a travs de una bomba es igual al caudal de diseo especificado para la bomba. (Todos los clculos se hacen con la altura en pies y el caudal en cfs). c) El coeficiente de resistencia de una tubera (r) es calculado tal y como se describe en la Tabla 3.1. Para la ecuacin de prdidas de Darcy-Weisbach, el factor de friccin f es calculado con diferentes ecuaciones dependiendo del nmero de Reynolds (Re) para el caudal: Ecuacin de Hagen Poiseuille para Re < 2,000 (Bhave, 1991):

Aproximacin de Swamee y Jain a la ecuacin de Colebrook White para Re > 4,000 (Bhave, 1991):

Interpolacin cbica del baco de Moody para 2,000 < Re < 4,000 (Dunlop, 1991):

Donde = rugosidad de la tubera y d = dimetro de la tubera.

d) El coeficiente de prdidas menores basado en la altura dinmica (K) se convierte en uno basado en el caudal (m) con la siguiente relacin:

e) Los emisores son modelados como tuberas ficticias entre la conexin y el depsito ficticio. Los parmetros de prdidas en la tubera son n = (1/_), r = (1/C)n, y m = 0 donde C es el coeficiente de descarga del emisor y _ es el exponente de su presin. La altura en el depsito ficticio es la cota de la conexin. El caudal calculado a travs de la tubera ficticia se convierte en el caudal asociado en el emisor. f) Las vlvulas abiertas son asignadas como un valor de r suponiendo que el hecho de que estn abiertas las convierte en tuberas uniformes (f = 0.02) cuya longitud es dos veces el dimetro de la vlvula. Las lneas cerradas se suponen que obedecen a una relacin de prdidas lineal con un factor de resistencia muy grande, es decir, h =

108Q, as que p = 10-8 y y = Q. Para lneas donde (r+m)Q < 10-7, p = 107 y = Q/n.

y

g) La comprobacin del estado de bombas, vlvulas de control (VCs), vlvulas controladoras de caudal, y tuberas conectadas a tanques llenos o vacos se hace despus de cada iteracin, hasta la 10 iteracin. Despus de esto, el control del estado se realiza slo despus de que se haya logrado la convergencia. El control del estado en las vlvulas controladoras de presin (VRPs y VSPs) se hace despus de cada iteracin. h) Durante los controles del estado, las bombas son cerradas si la ganancia es mayor que la altura de corte de la bomba (para prevenir caudal inverso). De forma similar, las vlvulas se cierran si las prdidas a travs de ellas son negativas (ver debajo). Cuando estas condiciones no se presentan, las lneas se abren de nuevo. Un mtodo de control de estado similar se realiza para las lneas que estn conectados a tanques llenos o vacos. As pues, las lneas se cierran si la diferencia de altura a travs de la lnea podra causar un tanque vaco para suministrar o un tanque lleno para llenar. Se reabrirn en el siguiente control de estado si estas situaciones no se mantienen. i) Simplemente se controla si h < 0 para determinar si una vlvula que podra cerrarse o abrirse ha encontrado una recurrencia cclica entre stos dos estados, en algunos sistemas debido a los lmites de la precisin numrica. El siguiente procedimiento fue ideado para proporcionar un control de estado ms robusto Para las vlvulas de control (VC):

Donde Htol = 0.0005 ft y Qtol = 0.001 cfs. j) Si el control de estado cierra una bomba abierta, una tubera, o una CV, su caudal pasa a ser de 10-6 cfs. Si una bomba es reabierta, su caudal es calculado aplicando la ganancia de altura actual en su curva caracterstica. Si una tubera o CV es reabierta, su caudal se determina resolviendo la ecuacin (D.1) para Q bajo las prdidas h, ignorando cualquier prdida menor. k) Los coeficientes matriciales para las vlvulas de rotura de carga (VRCs) son configurados de la siguiente forma: p = 108 y y = 108Hset, donde Hset es la cada de presin para la vlvula (en pies). Las vlvulas reguladoras por estrangulacin (VRGs)

son tratadas como tuberas con r como se describe en el punto 6 y m toma un valor relacionado con el tarado de la misma (ver punto d). l) La lgica utilizada para el control de estado de una VRP es como sigue:

Donde Q es el caudal actual a travs de la vlvula, Hi su altura aguas arriba, Hj es su altura aguas abajo, Hset es su presin de tarado convertida en altura, Hml son las prdidas menores cuando la vlvula est abierta (= mQ2), y Htol y Qtol son los mismos valores utilizados para las vlvulas de control en el punto 9. Un conjunto similar de pruebas se utilizan para las VSPs, excepto que cuando trabajamos con Hset, lo subndices i y j se intercambian al igual que los operadores > y