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• Angelica Bocanegra

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VILLAHERMOSA D. A. CIENCIAS DE LA TIERRA INGENIERIA CIVIL ABASTECIMIENTO DE AGUA

TITULO: TEMA V REDES DE DISTRIBUCIÓN

AULA: Z_87 HORA: 16:00 - 17:00 PM

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Contenido 5.1. Tipos y sistemas de redes de distribución ........................................................ 3 5.2. Diseño y calculo hidráulico de redes abiertas. ................................................. 7 5.3. Diseño y calculo hidráulico de redes cerradas. ................................................ 9 5.4. Diseño de accesorios y cruceros. ................................................................... 26 5.5. Especificaciones y procedimientos de construcción ....................................... 28 5.6. Presentación del proyecto ejecutivo. .............................................................. 29 Bibliografía ............................................................................................................ 33

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5.1. Tipos y sistemas de redes de distribución El agua es un elemento esencial para la vida, por lo que las antiguas civilizaciones se ubicaron a lo largo de los ríos. Más tarde, los avances técnicos le permitieron al hombre transportar y almacenar el agua, así como extraerla del subsuelo, por lo cual los asentamientos humanos se han esparcido lejos de ríos y de otras fuentes superficiales de agua. Actualmente, su uso en las poblaciones es diverso, como lo es para consumo humano, en el aseo personal, y en actividades como la limpieza doméstica y en la cocción de los alimentos. Además, se usa para fines comerciales, públicos e industriales; también en la irrigación, la generación de energía eléctrica, la navegación y en recreación. De la misma forma que ha evolucionado el uso del agua, lo ha hecho el término "abastecimiento de agua" que en nuestros días conlleva el proveer a las localidades urbanas y rurales de un volumen suficiente de agua, con una calidad requerida y a una presión adecuada. Un sistema moderno de abastecimiento de agua se compone de instalaciones para la captación, almacenamiento, conducción, bombeo, tratamiento y distribución. Las obras de captación y almacenamiento permiten reunir las aguas aprovechables de ríos, manantiales y agua subterránea. Incluyen actividades como el desarrollo y cuidado de la cuenca de aportación, pozos y manantiales, así como la construcción de presas y de galerías filtrantes. La conducción engloba a los canales y acueductos, así como instalaciones complementarias de bombeo para transportar el agua desde la fuente hasta el centro de distribución. El tratamiento es la serie de procesos que le dan al agua la calidad requerida y finalmente, la distribución es dotar de agua al usuario para su consumo.

4 Red de distribución. Una red de distribución (que se denominará en lo sucesivo red) es el conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua desde tanques de servicio o de distribución hasta las tomas domiciliarias o hidrantes públicos. Su finalidad es proporcionar agua a los usuarios para consumo doméstico, público, comercial, industrial y para condiciones extraordinarias como el extinguir incendios. La red debe proporcionar este servicio todo el tiempo, en cantidad suficiente, con la calidad requerida y a una presión adecuada. Los límites de calidad del agua, para que pueda ser considerada como potable se establecen en la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1 vigente. Componentes de una red. Una red de distribución de agua potable se compone generalmente de: a) Tuberías: Se le llama así al conjunto formado por los tubos (conductos de sección circular) y su sistema de unión o ensamble. Para fines de análisis se denomina tubería al conducto comprendido entre dos secciones transversales del mismo. La red de distribución está formada por un conjunto de tuberías que se unen en diversos puntos denominados nudos o uniones. De acuerdo con su función, la red de distribución puede dividirse en: red primaria y red secundaria. A la tubería que conduce el agua desde el tanque de regulación hasta el punto donde inicia su distribución se le conoce como línea de alimentación, y se considera parte de la red primaria. La división de la red de distribución en red primaria o secundaria dependerá del tamaño de la red y de los diámetros de las tuberías. De esta forma, la red primaria se constituye de los tubos de mayor diámetro y la red secundaria por las tuberías de menor diámetro, las cuales abarcan la mayoría de las calles de la localidad. Así, una red primaria puede ser una sola tubería de alimentación o cierto conjunto de tuberías de mayor diámetro que abarcan a toda la localidad. b) Piezas especiales: Son todos aquellos accesorios que se emplean para llevar a cabo ramificaciones, intersecciones, cambios de dirección, modificaciones de diámetro, uniones de tuberías de diferente material o diámetro, y terminales de los conductos, entre otros. A las piezas o conjuntos de accesorios especiales con los que, conectados a la tubería, se forman deflexiones pronunciadas, cambios de diámetro, derivaciones y ramificaciones se les llama cruceros. También permiten el control del flujo cuando se colocan válvulas. 4 c) Válvulas: Son accesorios que se utilizan para disminuir o evitar el flujo en las tuberías. Pueden ser clasificadas de acuerdo a su función en dos categorías:

5 1) Aislamiento o seccionamiento, las cuales son utilizadas para separar o cortar el flujo del resto del sistema de abastecimiento en ciertos tramos de tuberías, bombas y dispositivos de control con el fin de revisarlos o repararlos; y 2) Control, usadas para regular el gasto o la presión, facilitar la entrada de aire o la salida de sedimentos o aire atrapados en el sistema. d) Hidrantes: Se le llama de esta manera a una toma o conexión especial instalada en ciertos puntos de la red con el propósito de abastecer de agua a varias familias (hidrante público) o conectar una manguera o una bomba destinados a proveer agua para combatir el fuego (hidrante contra incendio). Los hidrantes públicos son tomas compuestas usualmente por un pedestal y una o varias llaves comunes que se ubican a cierta distancia en las calles para dar servicio a varias familias. El agua obtenida del hidrante público es llevada a las casas en contenedores tales como cubetas u otros recipientes. Se utilizan en poblaciones pequeñas en los casos donde las condiciones económicas no permiten que el servicio de agua potable se instale hasta los predios de los usuarios. e) Tanques de distribución: Un tanque de distribución es un depósito situado generalmente entre la captación y la red de distribución que tiene por objeto almacenar el agua proveniente de la fuente. El almacenamiento permite regular la distribución o simplemente prever fallas en el suministro, aunque algunos tanques suelen realizar ambas funciones. Se le llama tanque de regulación cuando guarda cierto volumen adicional de agua para aquellas horas del día en que la demanda en la red sobrepasa al volumen suministrado por la fuente. La mayor parte de los tanques existentes son de este tipo. Algunos tanques disponen de un volumen de almacenamiento para emergencias, como en el caso de falla de la fuente. Este caso es usualmente previsto por el usuario, quien dispone de cisternas o tinacos, por lo que en las redes normalmente se utilizan tanques de regulación únicamente. Una red de distribución puede ser alimentada por varios tanques correspondientes al mismo número de fuentes o tener tanques adicionales de regulación dentro de la misma zona de la red con el fin de abastecer sólo a una parte de la red. f) Tomas domiciliarias: Una toma domiciliaria es el conjunto de piezas y tubos que permite el abastecimiento desde una tubería de la red de distribución hasta el predio del usuario, así como la instalación de un medidor. Es la parte de la red que demuestra la eficiencia y calidad del sistema de distribución pues es la que abastece de agua directamente al consumidor. 5 g) Rebombeos: Consisten en instalaciones de bombeo que se ubican generalmente en puntos intermedios de una línea de conducción y excepcionalmente dentro de la red de distribución. Tienen el objetivo de elevar la carga hidráulica en el punto de su ubicación para mantener la circulación del agua

6 en las tuberías. Los rebombeos se utilizan en la red de distribución cuando se requiere: - Interconexión entre tanques que abastecen diferentes zonas. Transferencia de agua de una línea ubicada en partes bajas de la red al tanque de regulación de una zona de servicio de una zona alta. - Incremento de presión en una zona determinada mediante rebombeo directo a la red o "booster". Esta última opción se debe evitar, y considerar sólo si las condiciones de la red no permiten la ubicación de un tanque de regulación en la región elevada. h) Cajas rompedoras de presión: Son depósitos con superficie libre del agua y volumen relativamente pequeño, cuya función es permitir que el flujo de la tubería se descargue en ésta, eliminando de esta forma la presión hidrostática y estableciendo un nuevo nivel estático aguas abajo. Esquemas básicos. Los esquemas básicos o configuraciones se refieren a la forma en la que se enlazan o trazan las tuberías de la red de distribución para abastecer de agua a las tomas domiciliarias. Se tienen tres posibles configuraciones de la red: a) cerrada, b) abierta o c) combinada. Antes de definir las posibles configuraciones de la red es conveniente definir qué es un circuito. Un circuito es un conjunto de tuberías conectadas en forma de polígono, donde el agua que parte de un punto puede volver al mismo después de fluir por las tuberías que lo componen. Cuando una red es cerrada (o tiene forma de malla), sus tuberías forman al menos un circuito. La ventaja de diseñar redes cerradas es que en caso de falla, el agua puede tomar trayectorias alternas para abastecer una zona de la red. Una desventaja de las mismas es que no es fácil localizar las fugas. La red abierta se compone de tuberías que se ramifican sin formar circuitos (forma de árbol). Esta configuración de la red se utiliza cuando la planimetría y la topografía son irregulares dificultando la formación de circuitos o cuando el poblado es pequeño o muy disperso. Este tipo de red tiene desventajas debido a que en los extremos muertos pueden formarse crecimientos bacterianos y sedimentación; además, en caso de reparaciones se interrumpe el servicio más allá del punto de reparación; y en caso de ampliaciones, la presión en los extremos es baja. En algunos casos es necesario emplear ramificaciones en redes cerradas, es decir, se presentan ambas configuraciones y se le llama red combinada. Cabe destacar que la configuración de la red se refiere a la red primaria que es la que rige el funcionamiento de la red. Pueden darse casos de redes abiertas con tuberías secundarias formando circuitos, sin embargo, la red se considera abierta.

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5.2. Diseño y calculo hidráulico de redes abiertas. Decimos que una red es abierta cuando los tubos que la componen se ramifican, sucesivamente, sin intersectarse después para formar circuitos. Los extremos finales de las ramificaciones pueden terminar en un recipiente o descarga libremente a la atmósfera. 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. 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.

De acuerdo con los niveles de los distintos recipientes y la longitud de los tubos, se deberá conocer o suponer la dirección del gasto en los diversos tramos.

𝑍𝑗 = Nivel de la superficie libre del agua si el tubo descarga un recipiente o bien, el nivel del centro de gravedad de la sección final, si el tubo descarga a la atmósfera 𝑗= características hidráulicas en el punto j ∑𝑗1 ℎ= Suma de las pérdidas de energía de los tubos que se encuentran en el recorrido, desde el punto 1 hasta el extremo j.

8 Convención de signos para h (+) En aquellos elementos en la que la dirección del gasto coincide con la dirección del recorrido (-) en caso contrario Ejemplo, para el extremo j=7 La ecuación es:

Para el extremo j=13 La ecuación es:

En cada nudo se satisface la ecuación de continuidad ∑𝑄 = 0 Convención de signos para Q (-) para los Q que lleguen al nudo (+) a los que salgan del nudo Si el problema es de revisión, el resultado será un sistema de tantas ecuaciones de Bernoulli, como extremos finales tenga la red; y de tantas ecuaciones de continuidad como nodos existan En la imagen se deduce: ➢ 8 ecuaciones de Bernoulli ➢ 5 ecuaciones de continuidad Si el problema es el diseño de una red en la que se conoce su geometría y los gastos de cada tubo, se deberán elegir por lo menos (l-m) diámetros l tramos que componen la red (m, número de extremos finales) para evitar la indeterminación del problema.

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5.3. Diseño y calculo hidráulico de redes cerradas. Generalidades: La red de abastecimiento de agua potable es un sistema de obras de ingeniería, concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda el agua potable.

La red de distribución se inicia en el tanque de agua y termina en la vivienda del usuario del sistema. Consta de estaciones de bombeo, tuberías principales, secundarias y terciarias.

Para el diseño hidráulico de una red de distribución, el diseñador se enfrenta a una serie de retos, tales como: El tamaño de la tubería para transportar el caudal de diseño, la presión interna que debe resistir cada tramo de tubería, los elementos que debe de llevar la red (bombas, tanques de almacenamientos, etc.)

El diseñador tiene dos alternativas para enfrentar estos retos. La primera es empírica y consiste en construir el sistema con una serie de tuberías, según las mejores hipótesis de diseño y conocer el rendimiento del sistema a medida que se avanza. Posteriormente sí el sistema construido no funciona adecuadamente, se deben de realizar ajustes sucesivos hasta obtener una solución satisfactoria.

Un gran número de sistemas de tuberías para abastecimiento de agua se han construidos de manera similar a este modo. Por ejemplo los romanos construyeron un asombroso sistema de suministro de agua con pocos conocimientos formales de mecánica de fluidos.

La otra alternativa utiliza los modelos hidráulicos en vez de construir y experimentar con el sistema de tuberías real. Este modelo puede adoptar muchas formas: desde una versión a escala del original a un conjunto de ecuaciones matemáticas.

Actualmente los sistemas de abastecimiento de agua se modelizan antes de construirlos lo cual se ha facilitado con el acceso a las computadoras personales de alta velocidad. Existen un gran número de ventajas al modelizar un sistema tuberías para el abastecimiento de agua potable, entre estas están:

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•

Menor costo de experimentar en un modelo que en un prototipo.

•

Ahorro de tiempo, el experimentar en un modelo se alcanzan repuestas más rápidas que en un prototipo.

•

Mayor seguridad, al experimentar sobre un sistema real puede se arriesgado o peligroso, en un modelo no se corre ningún riegos.

•

Facilidad de modificación, se tiene mayor libertad de incorporar modificaciones en el diseño o las normas de operación en un modelo

•

Los modelos facilitan comunicación entre individuos o grupos, identificando acuerdo o desacuerdos.

Funciones de la red de distribución:

El sistema de distribución tiene las siguientes funciones: •

Suministrar el agua potable suficiente a los diferentes consumidores en forma sanitariamente segura.

•

Proveer suficiente agua para combatir incendios en cualquier punto de sistema.

Información necesaria para el diseño de la red de distribución:

•

Plan regulador del desarrollo urbano, sí es que existe, en el que se establecen los usos actuales y futuros de la tierra con sus densidades de población

•

Planos topográficos de la ciudad, con sus calles existentes y futuras (desarrollos futuros urbanísticos), perfiles de las calles y las características topográficas de la localidad (relieve del terreno)

•

Servicios públicos existentes o proyectados, tales como:

• ▪

Alcantarillado sanitario

▪

Alcantarillado pluvial

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Servicio de energía eléctrica

▪

Servicio de comunicaciones

▪

Acondicionamiento de las calles (sin recubrir, con adoquines, asfalto, etc.)

•

Estado actual de la red existente (diámetro, clase de tubería, edad de la mismas); ubicación del tanque existente con su cota de fondo y demasía, determinación de los puntos de entrada del agua en la red desde la fuente y desde el tanque, etc.

•

Ubicación de la fuente de abastecimiento que se usará en el período de diseño, así como la ubicación del futuro tanque de almacenamiento, identificándose en consecuencia los probables puntos de entrada del agua a la red de distribución.

•

Determinación del sistema existente en cuanto a la oferta, demanda, presiones residuales y distribución de agua.

•

Determinación de las presiones necesarias en los distintos puntos de la red de distribución. Este requisito en combinación con el relieve del terreno conducirá en algunos casos a dividir el área para servir en más de una red de distribución.

Diseño preliminar de la red de distribución:

El propósito de realizar las tareas de planificación del sistema de abastecimiento es llevar a cabo un plan maestro para corregir las deficiencias del sistema y prever el desarrollo futuro. Normalmente las mejoras del sistema están priorizadas y se desarrolla un programa económico o un calendario para acometer las mejoras basado en los fondos disponibles.

A medida que los proyectos abandonan la etapa de planificación avanzada, comienza el proceso de diseño preliminar. Durante este último se tiene en cuenta las consideraciones de trazado de las tuberías, conflicto de subsuelo y derecho de paso.

Trazado de tuberías:

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Para el trazado de las tuberías, las consideraciones importantes comprenden el derecho de paso, constructibilidad, acceso para mantenimiento futuro y separación de otras instalaciones.

Conflicto de Subsuelo:

Un elemento importante del desarrollo del trazado de las tuberías es la evaluación de conflictos del subsuelo. Para evaluarlo es preciso que el diseñador identifique el tipo, tamaño y situación precisa de todas las demás instalaciones subterráneas a lo largo de la alineación de la tubería propuesta. Sistemas que pueden estar instalados, tales como: electricidad, sanitario, teléfono, gas, drenaje pluvial, etc.

Derecho de Paso:

La selección final del trazado de la tubería y el inicio de su construcción sólo se realiza hasta después de que se han adquirido los derechos de paso correspondiente. Las líneas de agua y alcantarillado sanitario están situadas normalmente en las calles y avenidas de uso público.

Ocasionalmente, es necesario obtener derechos de paso para el cruce de tuberías por terrenos privados. Sí este es el caso, es muy importante evaluar la magnitud de las instalaciones temporales que se mantendrán durante la construcción, así también las instalaciones permanentes que son útiles para el acceso futuro.

Diseño de la red:

Generalidades:

En el diseño de la red de distribución de agua potable de una ciudad, se debe considerar los siguientes aspectos fundamentales:

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El diseño se hará para las condiciones más desfavorables en la red, con el fin de asegurar su correcto funcionamiento para el período de diseño.

•

Debe servir el mayor porcentaje de la población dentro de las viviendas, en forma continua, de calidad aceptable y cantidad suficiente.

•

La distribución de los gastos, debe hacerse mediante hipótesis que esté acorde con el consumo real de la localidad durante el período de diseño.

•

Las redes de distribución deben dotarse de los accesorios y obras de arte necesarias, con el fin de asegurar el correcto funcionamiento, dentro de las normas establecidas y para facilitar su mantenimiento.

•

El sistema principal de distribución de agua puede ser de red abierta, de malla cerrada o una combinación de ambas y se distribuirán las tuberías en la planimetría de la localidad, tratando de abarcar el mayor número de viviendas mediante conexiones domiciliares.

Parámetros de diseños:

Velocidad permisible: Se permiten velocidades de flujos entre 0.60 m/s y 2 m/s en zonas urbanas y entre 0.40 m/s y 2 m/s en zonas rurales.

Presiones mínimas y máximas: La presión mínima en la red de distribución en zonas urbanas es de 14 metros y 5 metros en zonas rurales.

La presión estática máxima será de 50 metros. Permitiéndose en puntos aislados, presiones estáticas hasta de 70 metros, cuando el área de servicio sea de topografía muy irregular.

Hidráulica de acueductos: El análisis hidráulico de la red y de las líneas de conducción, permitirá dimensionar los conductos de las nuevas redes de distribución. Así como también los conductos de los refuerzos de las futuras expansiones de las redes existentes.

14 La selección del diámetro es también un problema de orden económico, ya que sí los diámetros son grandes, elevará el costo de la red y las bajas velocidades provocarán frecuentes problemas de depósitos y sedimentación, pero si es reducido puede dar origen a pérdidas de cargas elevadas, y altas velocidades.

El análisis hidráulico presupone, también la familiaridad con los procesos de cómputos hidráulicos. Los métodos utilizados de análisis son:

1. Seccionamiento

2. Método de relajamiento o de pruebas y errores de Hardy Cross (balance de las cargas por correcciones de los flujos supuestos y el balanceo de los flujos por correcciones de las cargas supuestas)

3. Método de los tubos equivalentes

4. Análisis mediante computadores.

Para el análisis de una red deben de considerarse los aspectos de la red abierta y el de las mallas cerradas. En el caso de red abierta puede usarse el método del gradiente piezométrico y caudal, usando la fórmula de Hazen-Williams u otras similares.

H/L = S = 10.549 * Q1.85 C1.85 * d4.87

Donde: Q = Caudal en GPM (m3/s)

15 d = Diámetro en pulgadas (metros) L = Longitud en metros (metros) S = Pérdida de carga (m/m)

Cálculo de tuberías en sistemas de redes:

Una vez que se ha realizado el trazado óptimo de las tuberías en planos topográficos se realiza el diseño de los elementos hidráulicos del sistema

El cálculo de los elementos hidráulicos para tuberías en mallas se realiza utilizando procesos iterativos de prueba y error. Esto se realiza basado en los siguientes principios:

Principio 1: La suma total de caudales llegando y saliendo de un nodo es cero, es decir el caudal entrante es igual al caudal saliente. Por tanto en la figura adjunta se tiene:

QAB = QBCE + QBDE ó QAB + QBCE + QBDE = 0

QBCE + QBDE = QEF ó QBCE + QBDE + QEF = 0

Principio 2. La sumatoria de las pérdidas entre dos nodos es la misma para cada conjunto de tuberías que unen a los dos nodos. Siguiendo la figura 10.4:

HBCE = HBDE

ó

HBCE + HBDE = 0

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Estas ecuaciones pueden extrapolarse a cualquier sistema de mallas.

Debido a que la sumatoria de las pérdidas es igual a cero, el caudal que fluye por cada tubería debe ser tal que este principio se cumpla. La solución a este problema se puede hacer por dos métodos:

Método 1: Asumir los caudales de todos los ramales entre dos nodos y calcular las pérdidas. Si las sumatoria de las pérdidas entre los dos nodos no es igual para cada ramal, ajustar los caudales y repetir la operación hasta que la sumatoria de las pérdidas sea igual para todos los ramales.

Método 2: Asumir las pérdidas entre dos nodos y calcular los caudales para cada ramal. Si la sumatoria de caudales en cada nodo no es igual a cero, ajustar las pérdidas y repetir la operación hasta que la sumatorias de los caudales sea igual a cero para cada nodo.

1. Método de Hardy Cross El proceso anterior consumo mucho tiempo ya que hay que hacer varias estimaciones de las pérdidas hasta lograr alcanzar la solución; sin embargo, hay métodos de aproximación sucesivas que permiten alcanzar la solución de forma más rápida. Uno de esos métodos es el Hardy Cross.

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El método se basa en los principios enunciados anteriormente y que son: la sumatoria de caudales en un nodo debe ser igual a cero y la sumatoria de pérdidas en un circuito cerrado debe ser igual a cero.

El método consiste en lo siguiente:

Paso 1. Estimar el caudal para cada tubería de la red cumpliendo con el principio de la sumatoria de caudales por nudo igual a cero. Si el flujo ve en la dirección de las manecillas del reloj se toma como positivo, si va contra las manecillas del reloj se toma como negativo.

Paso 2. Con el caudal, la longitud de tuberías, el diámetro y la rugosidad para cada tubería, se determina las perdidas H para cada tubo. En cada circuito o malla Si el flujo ve en la dirección de las manecillas del reloj se toma la perdida como positivo, si va contra las manecillas del reloj se toma como negativo.

Paso 3. Determinar la suma algebraica de las perdidas en cada circuito. Si la sumatoria da cero o próximo a cero, los caudales asumidos fueron correctos. En caso que no sea cero hacer un ajuste.

Paso 4. Se calcula un factor de corrección de flujo (∆Q) para cada circuito usando la siguiente ecuación

∆Q= -∑H / [n∑(H/Q)]

Donde

∆Q = Factor de corrección para cada circuito ∑H = Suma algebraica de las pérdidas en la cuadrilla n= valor de 1,85 si se usa la fórmula de Hazen William

18 ∑(H/Q)= Suma de pérdidas dividido entre los caudales para cada tubería en la cuadrilla

Paso 5. Usando el factor de corrección de flujo calculado en el paso 4, ajustar los caudales en cada tubería. En caso de tuberías que forman parte de dos circuitos, se debe aplicar el factor de corrección dos veces según el valor obtenido para cada cuadrilla.

Paso 6. Volver al paso 2, utilizando los caudales corregidos y repetir el procedimiento hasta que los valores de corrección ∆Q sean ceros o cercano a cero.7

Ejemplo 10.3: En la figura 10.5 muestras los caudales de entrada y salida de un sistema de agua potable así como las longitudes y diámetros de las tuberías.

Encontrar los caudales en cada ramal asumiendo un coeficiente de Hazen William igual a 120.

Fig. 10.5

19 Solución:

Paso 1. Estimar el caudal para cada tubería de la red cumpliendo con el principio de la sumatoria de caudales por nudo igual a cero. Si el flujo ve en la dirección de las manecillas del reloj se toma como positivo, si va contra las manecillas del reloj se toma como negativo.

La figura 10.6 muestra los caudales y direcciones estimados arbitrariamente para cada tubería.

Fig. 10.6

Paso 2. Con el caudal, la longitud de tuberías, el diámetro y la rugosidad para cada tubería, se determina las perdidas H para cada tubo. En cada circuito o malla Si el flujo ve en la dirección de las manecillas del reloj se toma la perdida como positivo, si va contra las manecillas del reloj se toma como negativo.

Paso 3. Determinar la suma algebraica de las perdidas en cada circuito. Si la sumatoria da cero o próximo a cero, los caudales asumidos fueron correctos. En caso que no sea cero hacer un ajuste.

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Paso 4. Se calcula un factor de corrección de flujo (∆Q) para cada circuito

∆Q= -∑H / [n∑(H/Q)]

Los pasos 2, 3 y 4 se presentan en la siguiente tabla para la iteración 1.

La información de las columnas 2, y 3 son conocidas

La columna 4 son los valores de los caudales asumidos.

La columna 5 son las pérdidas y se calcula con la fórmula de Hazen William

H/L = S = 10.549 * Q1.85 C1.85 * d4.87

La columna 6 es el producto de multiplicar las columnas 2 y la 5.

La columna 7 se obtienen dividiendo las columnas 6 entre la 4.

El caudal de corrección se calcula con la fórmula

∆Q= -∑H / [n∑(H/Q)] en la que n = 1.85,

∑H se toma de la sumatoria de la columna 6 ∑(H/Q) se toma de la sumatoria de la columna 7

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Paso 5. Usando el factor de corrección de flujo calculado en el paso 4, ajustar los caudales en cada tubería. En caso de tuberías que forman parte de dos circuitos, se debe aplicar el factor de corrección dos veces según el valor obtenido para cada cuadrilla. El cálculo se realizó en el último cuadro de la tabla anterior, la columna final presenta los nuevos caudales ajustados.

22 Paso 6. Volver al paso 2, utilizando los caudales corregidos y repetir el procedimiento hasta que los valores de corección ∆Q sean ceros o cercano a cero. Las tablas que siguen presentan las iteraciones 2, 3 y finalmente la iteración 4, en la que la sumatoria de las pérdidas se aproxima a cero y por tanto se ha logrado alcanzar la solución.

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La solución final se presenta en el siguiente gráfico.

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5.4. Diseño de accesorios y cruceros. Son obras que permiten vencer obstáculos tales como: corrientes de agua, barrancas, carreteras, caminos y vías férreas. Se emplean para hacer cambios de dirección y de diámetro, interconexiones, instalación de válvulas de seccionamiento, etc. Para su construcción es indispensable emplear piezas especiales y en la elaboración de planos es común emplear una simbología. Para su localización se emplea la numeración adoptando en el cálculo hidráulico de la red. Todas las tees, codos y tapas ciegas llevaran atraques de concreto. En los cruceros con válvulas, se hará la selección de la caja adecuada para su operación, en función del diámetro, numero de válvulas y su ubicación. Crucero: Conjunto de piezas especiales, generalmente de fierro fundido y/o plástico y válvulas de seccionamiento, que se unen para formar: intersecciones de conductos, derivaciones, cambios de dirección y de diámetro. Piezas especiales: Elementos que permiten realizar conexiones en los cruceros, con tuberías y válvulas, en cambios de dirección, unión de tramos de tubería de diferente material y diámetro. Generalmente son: codos, tes, cruces, reducciones, extremidades, tapas ciegas y juntas Gibault. Diseño de cruceros Las piezas especiales que se utilizan en el diseño de los cruceros pueden ser de hierro fundido, acero, PVC, polietileno, fibrocemento, acero con recubrimiento de concreto. El tipo de pieza a utilizar dependerá del material de las tuberías a unir, así como de su diámetro. Cuando se requiere conectar tuberías de diferente diámetro se utilizan reducciones. La elaboración del plano de cruceros, para una Línea de conducción, constituye una de las etapas del proyecto, que requieren más trabajo. Para la formación de este plano de cruceros se recomienda seguir los siguientes pasos: 1.- Se numerarán en el plano de la línea de conducción todos los cruceros de proyecto, es decir, todos aquellos puntos de la línea de conducción, en donde se requiere proyectar la instalación de nuevas piezas especiales y/o válvulas. 2.- En una cuadricula (generalmente de 6 x 6 cm.) se dibujará detalladamente cada crucero, con las piezas especiales requeridas (existentes o de proyecto), representadas por sus signos convencionales. 3.- Al finalizar el proyecto de los cruceros, se recomienda revisarlos, marcando con algún color, tanto en el plano de la red, como en el plano del crucero, los números de los cruceros bien proyectados

27 Los objetivos que se persiguen al elaborar un plano de cruceros son:  Proporcionar al Ingeniero Constructor, una guía para la formación de los cruceros de la red.  Cuantificar las piezas especiales y válvulas, para las compras de las mismas.  Poder elaborar el presupuesto de la red, para estimar el costo que tendrá la misma. Las piezas especiales que se utilizan en el diseño de los cruceros pueden ser de hierro fundido, acero, PVC, polietileno, fibrocemento, acero con recubrimiento de concreto. El tipo de pieza a utilizar dependerá del material de las tuberías a unir, así como de su diámetro. Cuando se requiere conectar tuberías de diferente diámetro se utilizan reducciones. En caso de que se tengan también cambios de dirección o ramificaciones, se recomienda, por economía, colocar la reducción antes de las piezas que forman los cruceros anteriores

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5.5. Especificaciones y procedimientos de construcción

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5.6. Presentación del proyecto ejecutivo. TIPOS DE PROYECTOS DE REDES. La mayor parte de las obras que se hacen en las redes de distribución en las ciudades son para mejorar o para ampliar las redes que ya existen, solamente una pequeña proporción son para dar servicio a zonas nuevas o aisladas. Por tanto, se requieren dos tipos de proyectos denominados de rehabilitación y nuevos.

Los proyectos de rehabilitación se hacen cuando se debe modificar una parte de la red para mejorar su funcionamiento hidráulico, o bien, cuando cambios en el uso del suelo o ampliaciones a la zona de servicio obligan a incrementar la capacidad de la red de distribución.

Los proyectos nuevos se requieren cuando se debe dar servicio por primera vez a una zona, o cuando es necesario hacer una ampliación a una red existente que por su magnitud en proyecto ya no puede catalogarse como una rehabilitación. Datos generales. El proyecto deberá contener los siguientes datos: a) Nombre completo de la localidad, municipio y estado a que pertenece. b) Ubicación geográfica y altitud media sobre el nivel de mar. c) Clima, comunicaciones y principales actividades económicas de la localidad. d) Población según el último censo oficial y población actual. e) Número de colonias que integran la localidad y características socioeconómicas. f) Planes de desarrollo urbano existentes.

30 Servicio de agua potable. Para el caso de proyectos de rehabilitación o ampliación, se realizará una descripción de cada uno de los elementos que integran el sistema, así como de su estado de conservación y grado de aprovechamiento.

1) Fuente(s) de abastecimiento: - Obra de captación: tipo y niveles de operación. - Ubicación con respecto a la localidad. Distancia y niveles. - Gasto de explotación y potencial.

2) Conducción: - Planos de planta y perfil con indicaciones de gasto conducido, perfil piezométrico, diámetro y clase.

3) Bombeo: - Planos de localización y detalle. - Número y características de bombas y motores. Horario de operación. - Niveles de agua en la toma de agua de las bombas.

4) Red de distribución. Plano de la red indicando: - Escala. - Cobertura. - Nombres de calles - Longitudes, diámetros y clase de tubería. - Válvulas y cruceros. - Hidrantes para toma pública. - Hidrantes contra incendio. - Presión manométrica en las horas de máximo y mínimo consumo en diferentes puntos de la red.

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· Zonas con servicio continuo y zonas con servicio intermitente, en este último caso indicar los motivos de este funcionamiento.

5) Tomas domiciliarias y medidores: - Volumen total mensual y anual medido. - Consumo promedio mensual por toma, y por tipo de consumidores (domésticos, instituciones públicas, comercios, industrias, etcétera). - Frecuencia de consumos mensuales para cada uno de los tipos anteriores, en el último año y un año anterior. - Número de solicitudes actuales para conexión de tomas domiciliarias. - Padrón de usuarios a servir (no es indispensable). Con el padrón se podrán determinar los errores de lectura en los medidores, registros inadecuados, etcétera. - Resumen de la población servida indicando el número de habitantes por cada toma, con medidor y con hidrante público.

6) Regulación: - Planos de localización y de detalle del o de los tanques. - Dimensiones, capacidad y niveles de operación. - Registros de gastos de ingreso y salida, de existir. - Planos funcionales.

Información adicional para el proyecto. 1) Distribución: - Localización de industrias indicando su fuente de abastecimiento, gastos medio y máximo requeridos, así como el sitio de descarga. - Plano predial en el que se localicen edificios públicos, jardines, hospitales,

32 escuelas y lugares notables. - Plano con las distintas zonas de población en cuanto a densidad. - Plano de pavimentos y banquetas. - Clasificación de terreno para estimación de terracerías, según la sección "Geotecnia" de este Manual.

2) Hidrantes para toma pública requeridos: - Localización en coordinación con las autoridades municipales correspondientes y justificación.

3) Demanda contra incendio: - Ver las recomendaciones indicadas en el tema "Datos básicos" de este manual.

4) Hidrantes contra incendio: - Localización en coordinación con las autoridades municipales correspondientes y justificación.

5) Los siguientes datos se determinarán según lo indicado en el tema "Datos básicos del presente manual* • Población de proyecto. • Dotación. • Demanda. • Gasto medio diario (l/s). • Gasto máximo diario (l/s). • Gasto máximo horario (l/s). • Coeficientes de variación diaria y horaria del consumo.

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Bibliografía https://civilgeeks.com/2010/10/08/obras-de-captacion-sistema-de-agua-potable/ Abastecimientos-de-Agua-Teoria-y-Diseño-Simón-Arocha https://es.wikipedia.org/wiki/Rambla_(geomorfolog%C3%ADa) https://wikiwater.fr/e28-los-diversos-tipos-de-pozos-y http://www.infojardin.net/glosario/agua/agua-atmosferica.htm

http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/fulltext/potabytrat.pdf http://www.fgsalazar.net/LANDIVAR/INGPRIMERO/boletin08/URL_08_ING02.pdf http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2009/02/25/113410 http://www.aguasistec.com/planta-de-tratamiento-de-agua-potable.php http://www.elaguapotable.com/Tratamiento%20de%20potabilizacion% 20del%20agua%20(Grupo%20TAR).pdf https://www.gob.mx/conagua/articulos/que-es-una-plantapotabilizadora?idiom=es Treatment Field Guide: American Water Works Association. 2007. http://www.elaguapotable.com/tratamiento_del_agua.htm