INTRODUCCION

Es importante prestar atención al funcionamiento del sistema de alcantarillado de una ciudad o población, y por ende al conjunto de conductos destinados a recibir y evacuar las aguas de deshecho o aquellas que por uno u otro motivo puede causar perjuicio a la comunidad.

De acuerdo a la información en planos y medios magnéticos de los sistemas de redes de alcantarillado, la simulación de la red de alcantarillado en SEWERCAD ofrece muchas ventajas, estableciendo rápidamente un diagnostico actual del sistema y proporcionando herramientas precisas para su optimización en el caso de sistemas existentes. SEWERCAD ofrece un excelente servicio en el caso de nuevos diseños para ciudades o poblaciones incluyendo escenarios con estaciones de bombeo, tanques, tuberías a presión.

OBJETIVOS

Diseñar una red de alcantarillado utilizando el software Sewercad, que nos permita simular y diseñar, obteniendo los resultados de manera grafica y que estos posteriormente sirvan para elaboración de los planos de planta y perfil longitudinal para el proyecto de alcantarillado.

Demostrar la versatilidad del programa de Sewercad, las bondades de su arquitectura abierta para el diseño de alcantarillas con el método de distribución en marcha, aplicación orientada a una de las ramas de la Ingeniería Civil.

DEFINICION DE SEWERCAD

SewerCAD es un programa sumamente poderoso para el diseño y el análisis del flujo gravitacional y de presión a través de tubería se conecta y se bombea a estaciones. El programa puede ser ejecutado en el modo Autocad, dándolos a todos ustedes el poder de las capacidades de Autocad, o en el modo autónomo utilizando nuestra interfaz gráfica

Los cálculos de flujo son válidos para ambas situaciones sobrecargadas y variadas de flujo, incluyendo saltos hidráulicos, el lugar alejado, y las curvas.

Usted también tiene la flexibilidad mezclar gravedad y ejercer presión sobre componentes libremente, basando sus sistemas en paralelo o en la serie como existen en el campo.

Los elementos de presión pueden controlarse basados en la hidráulica de sistema, o cambiar de dirección y bombeando adelante y completamente debido a cambios en flujos y las presiones.

HIDRÁULICA

La energía en cualquier punto dentro de un sistema hidráulico está a menudo representada en tres partes:

Presión: p/g.

Elevación: z.

Velocidad: V2 / 2g

Donde:

P = presión (N/m2, lb/ft2)

El peso específico del elemento (N/m3, lb/ft3)

Z = Elevación (m, ft)

V = Velocidad (m/s, ft/s)

Constante de aceleración de la g = Gravitacional (m/s 2,ft/s)

Hidráulica y gradiente de energía hidráulica

El grado de energía es la suma del grado hidráulico y la cabeza de velocidad (V2 /2g). Ésta es la altura para la cual una columna de agua se levantaría en un tubo del Pitot. El grado hidráulico en un perfil es a menudo llamado la línea de gradiente de

energía, o EGL. En un lago o un reservorio, donde la velocidad es esencialmente cero, el EGL es igual al HGL, como puede verse en la siguiente figura

El programa por defecto utiliza el gradiente hidráulico como la base para sus cómputos hidráulicos. El grado de la energía a cualquier punto dado entonces es computado agregando la carga de la velocidad al grado hidráulico. Debido a esta costumbre, las discontinuidades de la energía pueden ocurrir de vez en cuando, por ejemplo cuando el tamaño de la tubería disminuye en la dirección rió abajo, o la pendiente de la tubería aumenta.

Aspectos Hidráulicos de los Alcantarillados

Fórmulas para Cálculos Hidráulicos

Para los cálculos hidráulicos de tuberías existe gran diversidad de fórmulas, siendo las fórmulas que se aplicaran de Manning, Darcy-Weisbach y Chezy.

Fórmula de Manning

Por lo general la fórmula de Manning se ha usado para canales, en tuberías, para canal circular parcial y totalmente lleno. Uno de los inconvenientes de esta fórmula es que solo toma en cuenta un coeficiente de rugosidad obtenido empíricamente y no toma en cuenta la variación de viscosidad por temperatura. Las variaciones del coeficiente por velocidad, si las toma en cuenta aunque el valor se considera para efectos de cálculo constante, la fórmula es como sigue aplicada a tubos:

En donde:

v = Velocidad del flujo (m/s )

A = Área del tubo ( m² )

v=1nRh

23S12Rh= A

Pm

n = Coeficiente de rugosidad (adim)

Pm = Perímetro mojado (m)

S = Pendiente del tubo (m/m)

Rh = Radio hidráulico (m)

TIPOS DE FLUJO

FLUJO UNIFORME Y TIRANTE NORMAL

Para que las secciones de control permanezca en la misma profundidad de flujo debe ser constante a todo lo largo del canal.

FLUJO CRÍTICO, TIRANTE CRÍTICO, Y LA PENDIENTE CRÍTICA

Ocurre cuando la energía específica de la sección es mínima. Esta condición está definida por la situación

Donde:

A = Área (m ², ft ²)

T = tirante crítico (m, ft)

Q = caudal crítico (m ³ /s, ft ³ /s)

g =aceleración gravitacional (m/s ², ft/s ²)

REGIMEN SUBCRÍTICO

Se refiere a cualquier condición de flujo donde el número Froude está menos de 1.0.

REGIMEN SUPERCRITICO

Se refiere a cualquier condición donde el número Froude, o la proporción de Fuerzas internas para las Fuerzas gravitacionales, son mayores que 1.0. Para esta condición, el tirante normal está debajo del tirante crítico, y la velocidad normal está por encima de la velocidad crítica.

Unión de colectores sin caída en la Estructura-Pozo

La elevación de la superficie del agua en los colectores que llegan debe ser aproximadamente la misma (conservación de cantidad de movimiento). En casos especiales, las contribuciones laterales inferiores al 10% del Caudal principal.

La cota de energía del colector de salida debe ser menor que las de los colectores de llegada, para evitar resaltos en la estructura - pozo.

Unión de colectores sin caída en la Estructura-Pozo

El máximo ángulo de intersección entre colectores principales se hará de acuerdo con la siguiente clasificación:

ANALISIS DEL FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

Clasificación De Pendiente

Pendiente inversa Pendiente horizontal Pendiente hidráulicamente suave Pendiente crítica Pendiente hidráulicamente fuerte

Clasificación De Zona

Zona 1 está donde flujo actual está encima del tirante de normal y tirante crítico. Zona 2 está donde flujo actual está entre tirante de normal y tirante crítico Zona 3 está donde flujo actual está debajo tirante de normal y tirante crítico.

Clasificación De Perfil

El flujo gradualmente variado es simplemente una combinación de la clasificación de la pendiente y la clasificación de la zona. Por ejemplo, una tubería con pendiente hidráulicamente suave y el flujo hacia adentro zonifican 1 sería considerado un perfil Mild 1 (M1 para abreviar). El programa analizará más

tipos del perfil, pero no analizará que cierto flujo de perfil eso ocurra raramente en el sistema convencional de la alcantarilla como H3, M3, y

S3.

Análisis de Capacidad (perfil Aproximado)

El proceso intenso de cálculo de estimar una reseña biográfica de flujo gradualmente variado. Con este programa, tenemos la opción de usar determinante las descargas del flujo gradualmente variado, o usando la opción tradicional de la capacidad de análisis.

Análisis de Capacidades ventajosa sobre el análisis de flujo gradualmente variado en términos de procesar el tiempo.

Si nos ocupamos de una red relativamente grande el Análisis de Capacidades la forma de la que va salir. Los algoritmos de análisis de capacidad son más rigurosos y generan soluciones que más estrechamente reflejan a la realidad.

Hay tres casos aproximados básicos del perfil:

Caso 1 (Gradiente Hidráulico< Tirante Normal)

Si la corriente abajo de la profundidad en la tubería queda o debajo del tirante normal de la tubería, el tirante normal está asumido para el largo entero de la tubería.

Caso 2 (tirante normal < gradiente hidráulica < clave de tubería) Cuando la gradiente hidráulica esté por encima del tirante normal de la tubería pero debajo de la parte superior de la tubería, la pendiente de fricción asumimos que es cero que eso o intersecta el tirante normal de la tubería o alcanza el fin de la tubería.

Caso 3 (la Corona Hidráulica de la > = Grado de Tubería)

Si el grado hidráulico está por encima de la cúspide de la tubería, entonces el grado hidráulico continúa río arriba después de la cuesta llena de fricción de flujo de la tubería.

Ejemplo de aplicación:

1 UBICACIÓN DEL PROYECTO

Departamento: La Libertad

• Provincia : Otuzco • Distrito : Salpo • Localidad : Salpo

Respecto a la zona en estudio, también podemos mencionar las siguientes características:

• Área del Proyecto: 30 Ha. • Beneficiarios : 420 familias (INEI – Censo 2005)• Zona : Urbana (INEI - Censo 2005)

Clima y Temperatura:

La zona presenta un clima frio sub-húmedo, propio de la región de la sierra, correspondiendo principalmente a los valles interandinos bajos e intermedios. Tiene una temperatura muy variada esto es debido a las estaciones; las temperaturas varían entre 11° y 15° Centígrados.

Limites:

• Por el Norte con los distritos de Agallpampa y Otuzco

• Por el Sur con los distritos de Carabamba y Virú

• Por el este con los distritos de mache y Agallpampa

• Por el oeste con el distrito de Poroto.

ESQUEMA DEFINITIVO DEL PROYECTO

Como criterio general, el trazado de las redes de saneamiento, tanto en planta como en alzado, deberá evitar pérdidas puntuales de energía para lo cual se prestará especial atención al diseño de la unión de los conductos, los cambios de alineación, pendiente o sección y demás circunstancias que puedan alterar o distorsionar el flujo hidráulico.

Teniendo los planos topográficos y de lotización de la localidad de Salpo se puede empezar hacer el diseño de la red de alcantarillado, los planos abiertos en el Autocad se deben guardar con la extensión DXF, esta extensión como es bien sabido sirve para poder importar los archivos del AUTOCAD a cualquier otro programa como en este caso es el programa SEWERCAD. Colocamos en la parte superior izquierda en FILE/IMPORT/DXF BACKGROUND de aquí podemos ubicar el archivo del AUTOCAD para poder importarlo al SEWERCAD

ÇDISEÑO DE UNA RED DE ALCANTARILLADO

PARA CALCULAR LA POBLACION A UTILIZAR EL SISTEMA UTILIZAMOS EL METODO ARITMETICO

A)METODO ARITMETICO

P =Pa(1+r ( T))1000

donde : P= Población a Calcular P Pa= Poblacion Inicial Por= Razón de Crecimiento rT= Tiempo Futuro T

Población a Calcular P= 9375.66Poblacion Inicial Po 2100 habRazón de Crecimiento r= 1.7Tiempo Futuro T= 2038

9375.66 HABITANTES

B)CAUDAL DE DISEÑO DOTACION= 120 LT/HAB/DIA

CAUDAL EN ELA RED DE AGUA POTABLE

CAUDAL PROMEDIO DIARIO Qpd= 0.8 * poblacion *dotacion = 10.4174 LT/SEG

CAUDAL MAXIMO DIARIO Qmd= Qpd*1.3= 13.54262 LT/SEG

CAUDAL MAXIMO HORARIO Qmh=Qpd*2.5= 26.0435 LT/SEG

CAUDAL MAX. MAXIMOURUN: Qmm=Qpd*1.3*2.5= 33.85655 LT/SEG

CAUDAL DE INFILTRACION :

EN LA RED Qr= 20000 lt/km/dia 4.0132 km= 0.928981 LT/SEG

EN EL BUZON Qb= 380 lt/bz/dia 130 buzones= 0.571759 LT/SEG

C) CONTRIBUCIÓN POR PRECIPITACIONES PLUVIALES

La contribución al sistema de aguas de precipitaciones pluviales en realidad es mínima por no decirlo nula,puesto que en esta zona del país son muy pocas las lluvias que puedan presentarse. Pero se considera importante tomar en cuenta en el cálculo este caudal que pueda cubrir cualquier eventualidad.

Es importante recalcar que esta zona posee una topografía que permite evacuar por simple gravedad las aguas de un fenómeno extraordinario como el de "El Niño". También se pudo observar in situ que existen varias acequias que cruzan el Centro Poblado lo que contribuiría al drenaje.

El caudal de contribución al Sistema por este concepto podría ingresar por las cajas de registro o por lascámaras de inspección. Su valor se puede tomar del rango establecido según Vierendel que indica:

Para este Proyecto se tomará el valor promedio de 0.0007 lt/s/m. Así mismo para obtener el valor del gasto es necesario conocer la longitud de la red principal.

Long. de colector principal = 4,013 m

Qi = QI' * long. red princ.

Qi = 0.0007 * 4,013

Qi = 2.80924 LT/SEG

D)CAUDAL DE LA RED DE DESAGUE :

30.35348 LT/SEG

LONGITUD TOTAL DE LA RED= 4,013 m

Entonces se tiene:

E)CAUDAL EN MARCHA = 0.007563411 LT/SEG/M

Población de Diseño =

0.0002 lt/s/m < Qi ' < 0.0008lt/s/m

CAUDAL TOTAL =Qmh+Qr+Qb+Qi=

PERSONALIZACION DE LOS BUZONES Y TUBERIAS

Después de colocar todo el dibujo se procede a colocar este icono es conocido como TABLE MANAGER que aquí colocando los nombres de los buzones en , las cotas de tapa de cada buzón lo que en el programa se llama GROUND ELEVATION después se coloca gravity pipe report que nosotros conocemos como COLECTORES.

De allí se coloca el material a usar en nuestro proyecto va ser de PVC con un n=0.010 y se colocara la infiltración que en nuestro caso es 0.000756 l/m en INFLILTRATION UNIT LOAD FLOW PER UNIT.

Tablas para personalizar las tuberías

Tabla para personalizar lo buzones

DISEÑO

Para efectuar nuestro calculo y diseño se ha procedido a verificar para tener en cuenta el Reglamento Nacional De Edificaciones y hacer sus restricciones de diseño como son:

• Velocidades máximas y mínimas que son respectivamente 0.6m/s y 3m/s • Pendientes máximas y mínimas que son respectivamente 0.5% y 10%

• Los diámetros mínimos utilizables que son de 8”

Las características del diseño -basadas en SewerCAD permiten que nuestro proyecto se diseñe automáticamente la tubería y los buzones.

El diseño automático se procede de la siguiente manera se coloca en la pantalla principal el icono se clikea y va aparecer la fig de allí se coloca el check en design de allí otra vez GO

INTERPRETACION DE RESULTADOS:

Perfiles Longitudinales:

Para obtener los perfiles longitudinales se coloca en la pantalla principal PROFILE/PROFILEMANAGEMENT/ADD/se coloca el nombre se selecciona el tramo a ver el dibujo.

Como podemos observar es método es sencillo y aparece los resultados como primer cálculo pero esto no es definitivo por en algunos buzones se va observar que va existir remanso lo cual no debe pasar por que es perjudicial para el buen funcionamiento del alcantarillado

BUZONES BUZONES

COTA DE TAPA

LabelDescriptionlongitud Caudal AGUAS AGUAS DISEÑO AGUAS AGUAS

(m) (l/s)

ARRIBA ABAJOPOR CENTAJEARRIBA ABAJO

P-01pasaje usquil 29

1.71924 BZ-01 BZ-02 75 3,495.10 3,495.00

P-02pasaje usquil 34.5

1.98006 BZ-02 BZ-03 75 3,495.00 3,494.00

P-03pasaje usquil 40.5

2.28624 BZ-03 BZ-04 75 3,494.00 3,489.00

P-04pasaje usquil 40.5

2.59242 BZ-04 BZ-05 75 3,489.00 3,490.00

P-05 252.78142 BZ-05 BZ-06 75 3,490.00 3,485.00

P-06 52.53.17832 BZ-06 BZ-07 75 3,485.00 3,483.00

P-07 413.48828 BZ-07 BZ-08 75 3,483.00 3,485.00

P-08 283.69996 BZ-08 BZ-09 75 3,485.00 3,483.60

P-09 39.53.99858 BZ-09 BZ 10 75 3,483.60 3,483.20

P-10 371.77972 BZ-11 BZ-12 75 3,481.80 3,481.80

P-11 251.96872 BZ-12 BZ -13 75 3,481.80 3,480.00

P-12 45.5 2.3127 BZ -13 BZ- 14 75 3,480.00 3,482.00

P-13 48.51.86666 BZ-15 BZ-16 75 3,478.00 3,477.80

P-14 20.52.46768 BZ- 14 BZ-16 75 3,482.00 3,477.80

P-15 27.54.54224 BZ-16 BZ-17 75 3,477.80 3,479.50

P-16 20.54.69722 BZ-17 BZ-18 75 3,479.50 3,478.00

P-17 545.10546 BZ-18 BZ-19 75 3,478.00 3,474.50

P18 33.55.35872 BZ-19 BZ-20 75 3,474.50 3,475.00

P-19 405.66112 BZ-20 BZ-21 75 3,475.00 3,475.90

P-20 22.55.83122 BZ-21 BZ-22 75 3,475.90 3,475.60

P-21 35 1.7646 BZ-23 BZ-24 75 3,470.50 3,468.00

P-22 22.5 1.9347 BZ-24 BZ-25 75 3,468.00 3,467.80

P-23 20 2.0859 BZ-25 BZ-26 75 3,467.80 3,464.50

P-24 28.52.30136 BZ-26 BZ-27 75 3,464.50 3,464.00

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USO DEL SEWERCAD

VENTAJAS:

• Analiza sistemas a gravedad o presión, incluyendo transiciones.

• Resuelve ecuaciones de energía para distintas condiciones, incluyendo flujo rápidamente variado.

• Definición de múltiples secciones geométricas.

• Utilización del método de fricción de adecuado a las condiciones: Hazen Williams, Manning, Kutter o Darcy-Weisbach.

• Diseño bajo condiciones extremas o desarrollo de simulaciones en período extendido.

• Cargar el modelo basado en la población aportante, áreas de servicio, tasas per cápita, etc.

• Calculo de factores pico con diferentes metodologías, incluyendo Babbit, Harmon, Federov entre otras.

• Calculo de las tasas de infiltración basada en la longitud de la tubería, área de contacto, longitud-diámetro o cualquier otro parámetro.

• Asocia de las cargas promedio con patrones de consumo, ingresando directamente hidrogramas o importarlos de archivos externos.

• Adición de cargas de precipitaciones para modelar sistemas combinados, mediante hidrogramas o cargas fijas.

• Enlace su modelo hidráulico de manera bi-direccional a sistemas GIS, SCADA u otras bases de datos.

• Utilización de tablas personalizadas para presentar los datos en el formato que desee y manipule las tablas (editar, ordenar, filtrar) según sus necesidades.

• Analiza escenarios diversos del diseño para los sistemas sanitarios de la alcantarilla.

DESVENTAJAS:

Su interfase gráfico esta totalmente en ingles hablamos de todo el programa.

Su costo para la adquisión es relativamente alto por ser un programa extranjero.

Acerca de información en el Internet es realmente escaso y el material bibliográfico es casi nulo solo pudiendo obtenerse mediante la compra por la red.

Se tiene que tener un conocimiento básico de las teorías de alcantarillado clásico y Reglamento Nacional De Edificaciones.

No trabaja en circuitos cerrados solo pudiéndose hacer mediante un artificio que puede llevar a la equivocación.

Falta mejorar para el trazado en grandes pendientes que provoca distorsión de las profundidades de los buzones.

No tiene los resultados de la fuerza tractiva solo te da un factor para poder calcularla.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

• El diseño de una red alcantarillado en general en estos tiempos modernos se ha crecido acompañada de la tecnología mediante la simulación hidráulica se puede obtener datos mas cercanos a la realidad.

• El software Sewercad se afirma como herramienta de uso común en las empresas prestadoras de servicio de alcantarillado para técnicos e ingenieros civiles y sanitarios por su versatilidad y la simplicidad de uso.

• Es una herramienta para la producción de diagramas de flujo planos de perfiles de tubería para el manejo de una construcción y verificación de resultados.

• En la investigación del éxito en la gestión de alcantarillado alcanzada por países extranjeros, salta a la vista lo obvio, que aquellos no lo hacen como nosotros los latinos, en general muy empíricamente con papel y lápiz, sino que utilizan depuradas tecnologías automatizadas.

RECOMENDACIÓN

• Los aspectos tratados en este documento no son normativos sino más bien de recomendación general .Abarcan exclusivamente el diseño de una red de alcantarillado con todos lo parámetros establecidos en Reglamento Nacional de Edificaciones.

• Se sugiere a los autores de texto de hidráulica y en otras materias a que actualicen sus ediciones de acuerdo a la tendencia actual ala uso de medios informáticos ya que en el mercado todavía se puede encontrar textos con tablas y ábacos que podrían ser fácilmente prescindibles con el buen uso de computadora.

• La normativa, recomendaciones y metodologías generales presentadas en este informe, están orientadas a facilitar la labor del ingeniero proyectista y a conseguir una razonable uniformidad en los diseños. En ningún caso el contenido del informe reemplaza el conocimiento de los principios básicos de la ingeniería ni a un adecuado criterio profesional.

PLANOS

Diagrama de flujo

Perfiles colectores