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• Ashly Bedregal Guevara

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QUINTA UNIDAD: SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

Componentes de un sistema de abastecimiento de agua. (S. Arocha, 1979)

Docente: Ing. Dante Mormontoy Gonzales Correo:

Sistema de Distribución de Agua Potable.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Ubicación de diversas estructuras que forman parte del mismo:

Para el diseño de la red es imprescindible haber definido la fuente de abastecimiento y la ubicación o tentativa del estanque de almacenamiento y así poder asegurar a la población el suministro eficiente y continuo de agua en cantidad y presión adecuadas durante todo el periodo de diseño.

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Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Sistema de Distribución de Agua Potable.

Las presiones en la red deben satisfacer ciertas condiciones mínimas y máximas, que sean capaces de llevar agua al interior de la vivienda y que no provoquen daños en las conexiones, respectivamente.

VELOCIDAD

PRESIÓN

𝑉 ≤ 3 𝑚/𝑠 𝑉 ≥ 0.6 𝑚/𝑠 𝑃 ≤ 50 𝑚𝑐𝑎 = 1 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 𝑃 ≥ 10 𝑚𝑐𝑎 = 5 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2

PÉRDIDA DE CARGA

ℎ𝑝 ≤ 0.02

En muchos casos cuando la topografía es muy irregular se separan las redes mediante estanques, válvulas reductoras de presión o tanquillas rompecargas, a fin de poder mantener estas presiones dentro de los Imites máximos tolerables en redes de distribución.

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Información requerida para el Planteamiento de la Red de Distribución de Agua Potable.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

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Tipos de redes.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

1. TIPO RAMIFICADO O RED ABIERTA  Constituidas por un ramal troncal y una serie de ramificaciones o ramales.  Utilizado cuando la topografía es tal que dificulta, o no permite la interconexión entre ramales. También puede originarse por el desarrollo lineal a lo largo de una vía principal o carretera, donde el diseño mas conveniente puede ser una arteria central con una serie de ramificaciones para dar servicio a algunas calles que han crecido convergiendo a ella.  Los gastos medios de consumo en cada tramo pueden determinarse conociendo la Zonificación y asignando la dotación correspondiente de acuerdo a las Normas Sanitarias vigentes.

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Tipos de redes.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

1. TIPO RAMIFICADO O RED ABIERTA Cuenta con una tubería Principal de distribución (la de mayor diámetro) desde la cual parten ramales que terminarán en puntos ciegos, es decir sin interconexiones con otras tuberías en la misma Red de Distribución de Agua Potable.

Sucede en desarrollos cuyo crecimiento se ha establecido a partir de una vialidad principal y en la que convergen una serie de calles ciegas, dado que las características topográficas impiden la interconexión entre los ramales para conformar circuitos cerrados.

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Tipos de redes.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

1I. TIPO MALLADO O RED CERRADA  Este tipo de red de distribución es el más conveniente y tratará siempre de lograrse mediante la interconexión de las tuberías, a fin de crear un circuito cerrado que permita un servicio más eficiente y permanente.  En ciudades donde no exista plano regulador, la estimaci6n de los gastos Medios de Consumo se hará en función del crecimiento poblacional para el periodo de diseño considerado. Deberán tomarse en cuenta las características de las viviendas, las densidades de población por Zonas y la posibilidad de desarrollo o de expansión futura hacia alguna Zona en particular.  Resulta ventajoso hacer división por zonas, tratando de reunir aquellas que presentan características homogéneas o similares, tomando en cuenta la densidad actual y el posible incremento futuro.

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Tipos de redes.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

1I. TIPO MALLADO O RED CERRADA

En este tipo de red, se logra la conformación de mallas o circuitos a través de la interconexión entre los ramales de la Red de Distribución de Agua Potable.

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Ventajas y desventajas de cada tipo de red.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

La principal desventaja de las redes del tipo Abierto es que, ante la falla o rotura de alguna de las tuberías que la conforman, se tendrá que afectar (dejar sin servicio) a todos los usuarios que estén atendidos desde las tuberías aguas abajo de la rotura, mientras se realiza la reparación necesaria.

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Ventajas y desventajas de cada tipo de red.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

La ventaja principal de las Redes Cerradas es que este tipo de configuración es el más conveniente desde el punto de vista de eficiencia y de garantía del servicio. Es decir, ante la posible rotura de alguna de sus tuberías, se logrará afectar a menor cantidad de usuarios, al establecerse rutas alternas al flujo a través de las mallas que conforman a la red:

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Ventajas y desventajas de cada tipo de red.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

En cuanto a cálculo, una pequeña ventaja que tiene la Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta, es que su resolución es directa, limitándose al cálculo de las pérdidas en cada tubería, para los caudales en tránsito, para obtener posteriormente los valores de Piezométrica y Presión en cada Nodo de ella. En el caso de las Redes Cerradas, es necesario realizar el balance de los caudales en tránsito en las tuberías, dada la relativa complejidad en la forma en que se realiza la distribución, razón por la cual es necesario recurrir a métodos iterativos como el Método de Cross, para su resolución.

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Ventajas y desventajas de cada tipo de red.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Con frecuencia es conveniente, y de permitirlo las características del urbanismo, la colocación en la red de tuberías que no alimentarán de manera directa parcela alguna, de forma tal de “forzar” a que se establezcan alternativas de flujo en caso de falla de algunos de los ramales de la red (conformación de mallas). Por esta razón, en la mayoría de los desarrollos urbanos, la selección será por la conformación de una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Cerrada, pese a que pueda representar la colocación de mayor cantidad de tuberías, con el correspondiente incremento de costos. En estos casos predomina el criterio operativo o de confiabilidad sobre el económico.

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Notas.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Una Red de Distribución de Agua Potable es el conjunto de tuberías trabajando a presión, que se instalan en las vías de comunicación de los Urbanismos y a partir de las cuales serán abastecidas las diferentes parcelas o edificaciones de un desarrollo

En esencia, la escogencia por una red del Tipo Cerrado se limita a la conveniencia en cuanto a la operación de la Red de Distribución, pues generalmente la configuración más económica queda definida por la Red del Tipo Abierto.

En realidad, con el estado actual de la tecnología y el desarrollo de programas como EPANET, el cálculo de cualquier tipo de red es en realidad sencillo pero, ciertamente, si hablamos del cálculo manual, la realización de métodos iterativos representa ciertos inconvenientes.

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Método de Hardy Cross.

Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Es el procedimiento más utilizado para determinar los caudales circulantes en una red reticulada cuyos diámetros son conocidos, es necesario partir de diámetros supuestos y comprobar posteriormente los caudales y presiones de servicio. Fue desarrollado por Cross en 1935. Para ello, se calcula un caudal corrector mediante un proceso iterativo, basándose en dos principios hidráulicos fundamentales, que tienen similitud con las famosas leyes de Kirchhoff en electricidad:

Ley de continuidad de masa en los nodos

Ley de conservación de la energía en los circuitos

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Método de Hardy Cross.

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Método de Hardy Cross.

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Método de Hardy Cross. Redes cerradas D

Caudal entrante

A Longitudes

C

F

B

E

𝐿𝐴𝐷 = 100 𝑚 𝐿𝐴𝐵 = 150 𝑚 𝐿𝐵𝐶 = 110 𝑚 𝐿𝐶𝐷 = 140 𝑚 𝐿𝐶𝐹 = 150 𝑚 𝐿𝐸𝐹 = 120 𝑚 𝐿𝐵𝐸 = 160 𝑚

Cotas 𝑧𝐴 = 130 𝑚 𝑧𝐵 = 98 𝑚 𝑧𝐶 = 97 𝑚 𝑧𝐷 = 99 𝑚 𝑧𝐸 = 96 𝑚 𝑧𝐹 = 95 𝑚

𝑄𝐴 = 100 𝑙/𝑠

Caudal saliente 𝑄𝐵 = 22 𝑙/𝑠 𝑄𝐶 = 21 𝑙/𝑠 𝑄𝐷 = 11 𝑙/𝑠 𝑄𝐸 = 24 𝑙/𝑠 𝑄𝐹 = 22 𝑙/𝑠

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Método de Hardy Cross. 1. ASUMIR DIÁMETROS Y CAUDALES D

C

F

A

B

Diámetros

Caudales

𝐷𝐴𝐷 = 6′′ 𝐷𝐴𝐵 = 6′′ 𝐷𝐵𝐶 = 4′′ 𝐷𝐶𝐷 = 6′′ 𝐷𝐶𝐹 = 4′′ 𝐷𝐸𝐹 = 4′′ 𝐷𝐵𝐸 = 6′′

𝑄𝐴𝐷 = 46 𝑙/𝑠 𝑄𝐴𝐵 = 54 𝑙/𝑠 𝑄𝐵𝐶 = −1 𝑙/𝑠 𝑄𝐶𝐷 = −35 𝑙/𝑠 𝑄𝐶𝐹 = 13 𝑙/𝑠 𝑄𝐸𝐹 = 9 𝑙/𝑠 𝑄𝐵𝐸 = 33 𝑙/𝑠

E

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Método de Hardy Cross. II. ASUMIR SENTIDO DE FLUJO D

A

+ C

B

+ F

Diámetros

Caudales

𝐷𝐴𝐷 = 6′′ 𝐷𝐴𝐵 = 6′′ 𝐷𝐵𝐶 = 4′′ 𝐷𝐶𝐷 = 6′′ 𝐷𝐶𝐹 = 4′′ 𝐷𝐸𝐹 = 4′′ 𝐷𝐵𝐸 = 6′′

𝑄𝐴𝐷 = 46 𝑙/𝑠′ 𝑄𝐴𝐵 = 54 𝑙/𝑠 𝑄𝐵𝐶 = −1 𝑙/𝑠 𝑄𝐶𝐷 = −35 𝑙/𝑠 𝑄𝐶𝐹 = 13 𝑙/𝑠 𝑄𝐸𝐹 = 9 𝑙/𝑠 𝑄𝐵𝐸 = 33 𝑙/𝑠

E Ver Hoja de Cálculo

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Método de Hardy Cross. Redes abiertas Fórmula de Hazen y Williams

𝑚3

ℎ𝑓 𝑚 = 10.67

𝑄 𝑠 𝐶

𝑛

𝐿𝑚 𝐷 𝑚 4.87

;

𝑛=

1 = 1.8519 0.54

Verificar: - Presiones

10 ≤ 𝑃 < 50 𝑚𝑐𝑎

- Velocidad

0.60 ≤ 𝑣 < 3.00 𝑚/𝑠

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Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Método de Hardy Cross. Redes abiertas

Por poblaciones: 𝑄𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 =

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑙 /ℎ𝑎𝑏 𝑃𝑜𝑏. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠

Por longitudes: 𝑄𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑙 = /𝑚 𝐿𝑜𝑛𝑔. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠

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Ing. Dante Mormontoy Gonzales Abastecimiento de Agua y Alcantarillado

Método de Hardy Cross. Ejemplo Red abierta

Procedimiento

𝑄𝐷𝐹 = 𝑄1 𝑄𝐷𝐸 = 𝑄2 𝑄𝐶𝐷 = 𝑄3 + 𝑄2 + 𝑄1 𝑄𝐵𝐶 = 𝑄4 + 𝑄3 + 𝑄2 + 𝑄1 𝑸𝑨𝑩 = 𝑸𝟓 + 𝑸𝟒 + 𝑸𝟑 + 𝑸𝟐 + 𝑸𝟏 𝑄𝐺𝐻 = 𝑄8 𝑄𝐺𝐼 = 𝑄7 𝑸𝑨𝑮 = 𝑸𝟔 + 𝑸𝟕 + 𝑸𝟖 𝑄𝑅𝐴 = 𝑄9 + 𝑄6 + 𝑄7 + 𝑄8 + 𝑄5 + 𝑄4 + 𝑄3 + 𝑄2 + 𝑄1 𝑸𝑨𝑮

𝑸𝑨𝑩

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