Memoria de Calculo Del Sistema Agua Potable

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"MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO Y CREACION DEL SERVICIO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN EL CENTRO POBLADO DE HUAYLLAY CHICO, DISTRITO DE LIRCAY, PROVINCIA DE ANGARAESHUANCAVELICA"

MEMORIA DE CÁLCULO

REDES AGUA POTABLE MEMORIA DE CÁLCULO (REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE)

INDICE

1.

PARAMETROS DE DISEÑO:................................................................................................2

1.1.

Condiciones Iníciales....................................................................................................2

1.2.

Consideraciones Importantes de diseño.......................................................................2

1.3.

Diámetros Nominales...................................................................................................2

1.4.

Factor de Variación de Consumo..................................................................................3

1.5.

Diámetro Mínimo.........................................................................................................3

1.6.

Velocidad......................................................................................................................3

1.7.

Presiones de Servicio....................................................................................................4

1.8.

Ubicación y recubrimiento de tuberías.........................................................................4

2. TECNICAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE.......................................................4 2.1............................................................................................................................................4 3

METODOLOGIA TEORICA DE LA CALIDAD DEL AGUA (Software WaterCAD V8i)...............8

3.1.

Transporte por Convección en Tuberías........................................................................8

3.2.

Mezclado en los Cruces de Tuberías.............................................................................9

3.3.

Mezcla en las Estructuras de Almacenamiento..........................................................10

3.4.

Algoritmo de transporte de Lagrange.........................................................................10

3.5.

Presión dependiente de la demanda..........................................................................12

4. MODELAMIENTO HIDRAULICO...........................................................................................13 5. REPORTE DE RESULTADOS..................................................................................................16

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

MEMORIA DE CÁLCULO (REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE)

1. PARAMETROS DE DISEÑO: 1.1.

Condiciones Iníciales LOCALIDAD Descripción

HUAYLLAY CHICO

Población (2018)

325 Hab.

Tasa de Crecimiento

1.45

Periodo de Diseño

20 años

Población (2039)

424 Hab.

Material

PVC

Hazen-Williams C

150

Qm

0.50 L/s

Qmd

0.65 L/s

Qmh

0.99 L/s

1.2.

Consideraciones Importantes de diseño

El sistema de agua potable de la comunidad, fue construido hace más de 35 años por el Ministerio De Salud aportando materiales y con la mano de obra de la comunidad; cuenta con 01 captaciones tipo manantial, la red de conducción existente se encuentra en regular estado, así mismo cuenta con obras de arte como cámaras rompe presión, el sistemas de almacenamiento se encuentran en mal estado, las redes de distribución, instalaciones domiciliarias y piletas públicas muestran cierto descuido por parte de la población, por lo que se debe considerar capacitaciones y sensibilizaciones.

1.3.

Diámetros Nominales

El diseño cuenta con el dimensionamiento de las tuberías con diámetros interiores establecidos para su diseño y evaluación respectiva, ya sea para redes primarias como secundarias.

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

ESPECIFICACIONES TECNICAS (TUBOS PVC-U PRESION NTP 399.002)

1.4.

Factor de Variación de Consumo

Los coeficientes de variación de consumo referidos al promedio diario anual de las demandas serán los indicados:  Consumo máximo diario

K1

: 1.3 del promedio diario anual.

 Consumo máximo horario K2

: 2.0 del promedio diario anual.

1.5.

Diámetro Mínimo

Los diámetros están diseñados de acuerdo a la GUIA DE OPCIONES TECNOLOGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL, donde indica que el diámetro mínimo de las tuberías principales para redes cerradas será de 25 mm y en redes abiertas se admitirá un diámetro de 20 mm para uso de vivienda .

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1.6.

Velocidad

MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Las velocidades están diseñadas de acuerdo a la GUIA DE OPCIONES TECNOLOGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL, donde indica que la velocidad máxima será de 3m/s y la velocidad mínima no será menor a 0.60 m/s.

1.7.

Presiones de Servicio

Las presiones estáticas están diseñadas de acuerdo a la GUIA DE OPCIONES TECNOLOGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL, donde se indica que la presión estática no será mayor de 60 mH2O (metros de columna de agua) en cualquier punto de la red y en condiciones de demanda máxima horaria, la presión dinámica no será menor de 5 mH2O (metros de columna de agua).

1.8.

Ubicación y recubrimiento de tuberías

La ubicación de las tuberías está diseñada de acuerdo a la GUIA DE OPCIONES TECNOLOGICAS PARA SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL AMBITO RURAL, donde se indica que en las calles de 20 m de ancho o menos, las tuberías principales se proyectaran a un lado de la calzada como mínimo a 1.20 m del límite de propiedad y que en las calles y avenidas de más de 20 m de ancho se proyectara una línea a cada lado de la calzada cuando no se consideren ramales de distribución. El reglamento también nos indica que en vías vehiculares, las tuberías principales de agua potable deben proyectarse con un recubrimiento mínimo de 1 m sobre la clave del tubo. Recubrimientos menores, se deben justificar. En zonas sin acceso vehicular el recubrimiento mínimo será de 0.30 m. El recubrimiento minino medido a partir de la clave del tubo para un ramal distribuidor de agua será de 0.30 m.

2. TECNICAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE 2.1. Teorías y Formulas para diseño  Principio De Energía La primera ley de la termodinámica establece que para cualquier sistema dado, el cambio de energía es igual a la diferencia entre el calor transferido al sistema y el

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MEMORIA DE CÁLCULO

de tiempoAGUA POTABLE REDES

dado.

La energía se refiere este principio representa la energía total del sistema menos la suma del potencial, cinética, e internos (moleculares) las formas de energía, como la energía eléctrica y química. Los cambios de energía interna son frecuentemente ignorados en el análisis de distribución de agua a causa de su magnitud relativamente pequeña. En las aplicaciones hidráulicas, la energía es a menudo representada como la energía por unidad de peso, resultando en unidades de longitud. El uso de estos equivalentes de longitud proporciona a los ingenieros una mejor sensación para el comportamiento resultante del sistema. Al utilizar estos equivalentes de longitud, el estado del sistema se expresa en términos de la cabeza. La energía en cualquier punto dentro de un sistema hidráulico es a menudo representada en tres partes. Presión

:p/γ

Elevación : z Velocidad : V2/2g Dónde: p= Presión (N/m2, lb. /ft.2) γ = Peso específico (N/m3) z = Altitud (m) V = Velocidad (m / s) g = Constante de aceleración gravitacional (m/s2) Estas cantidades pueden ser utilizadas para expresar la ganancia o pérdida de carga la cabeza con la ecuación de energía. 

La Ecuación de la Energía Además de la presión, elevación, y la velocidad, también puede ser añadida al sistema, por una bomba, por ejemplo; y la carga eliminada del sistema debido a la fricción. Estos cambios en la carga se hacen referencia a las ganancias y pérdidas de carga, respectivamente. Equilibrio de la energía a través de dos puntos en el sistema, a continuación, se obtiene la ecuación de la energía:

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Dónde: p = Presión (N/m2) γ = Peso específico (N/m3) z = Elevación en el centro de gravedad (m) V = Velocidad (m / s) g = Constante de aceleración gravitacional (m/s2) hP = Ganancia de carga de una bomba (m) hL = Pérdida de carga combinada (m) Los componentes de la ecuación de la energía se pueden combinar para expresar dos cantidades útiles, que son el gradiente hidráulico y el gradiente de energía. 

Gradiente Hidráulico El gradiente hidráulico es la suma de la carga de presión (p / g) y la carga de elevación (z). La carga hidráulica representa la altura a la que una columna de agua se elevaría en un piezómetro. La representación de la gradiente hidráulica en un perfil se refiere a menudo como la línea piezométrica, o HGL.



Gradiente de Energía El gradiente de energía es la suma de la gradiente hidráulica y la carga de velocidad (V2/2g). Esta es la altura a la que una columna de agua se elevaría en un tubo de Pitot. La representación de la gradiente hidráulica en el perfil se refiere a menudo como la línea de energía, o EGL. En un lago o embalse, donde la velocidad es esencialmente cero, el EGL es igual a la HGL, como puede verse en el siguiente diagrama.

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Diagrama de EGL (Línea de Gradiente de Energía) y HGL (Línea de Gradiente Hidráulico).



Ecuación de Hazen-Williams La fórmula de Hazen-Williams es de uso frecuente en el análisis de sistemas de tuberías de presión (como las redes de distribución de agua y red de alcantarillado). La fórmula es la siguiente:

Dónde: Q = Descarga en la sección (m3 / s) C = Hazen-Williams coeficiente de rugosidad (sin unidades) A = Área del flujo (m2) R = Radio hidráulico (m) S = Pendiente de fricción (m / m) k = Constante (0,85 para las unidades del SI.). A continuación en la TABLA Nº1 se muestran los valores establecidos por la Norma OS.050 del Reglamento Nacional de Edificaciones.

Para el diseño de las tuberías se tuvieron en consideración el tipo de tuberías proyectadas.

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Las pérdidas menores en tuberías de presión son causadas por áreas localizadas de mayor turbulencia que crean una caída en la energía hidráulica y los grados en ese punto en el sistema. La magnitud de estas pérdidas depende principalmente de la forma de la guarnición, que afecta directamente a las líneas de flujo en la tubería.

Líneas de flujo en la entrada (Efectos de la configuración de entrada en las líneas típicas de tubería de entrada) La ecuación más comúnmente utilizada para determinar la pérdida de un accesorio, válvula, medidor, u otro componente localizado es:

Dónde: hm = Pérdida debido a la pérdida de elementos menores (m). K = Coeficiente de pérdidas para la instalación específica. V = Velocidad (m/s). G = Constante de aceleración gravitacional (m/s2). Los valores típicos para los coeficientes de pérdida de montaje se incluyen en la tabla de accesorios.

3 METODOLOGIA TEORICA DE LA CALIDAD DEL AGUA (Software WaterCAD V8i) Las ecuaciones que rigen para el software WaterCAD V8i resuelven la calidad del agua que se basan en los principios de conservación de la masa junto con la cinética de la reacción.

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el diseño de las redes de las localidad de Huayllay Chico

3.1. Transporte por Convección en Tuberías Una sustancia disuelta viajará a lo largo de una tubería con la misma velocidad media como el fluido portador, mientras que al mismo tiempo la reacción (ya sea de crecimiento o decadencia) a una tasa determinada. Dispersión longitudinal no suele ser un importante mecanismo de transporte en la mayoría de las condiciones de funcionamiento. Esto significa que no hay mezcla de la masa entre los nodos adyacentes de agua que baja por una tubería. El transporte por convección dentro de un tubo está representado por la siguiente ecuación:

Dónde: Ci = Concentración (peso / volumen) en la tubería i ui = Velocidad de flujo (longitud / tiempo) en la tubería i r = Velocidad de reacción (masa/volumen/tiempo) en función de la concentración.

3.2. Mezclado en los Cruces de Tuberías En los cruces de recibir el influjo de dos o más tubos, la mezcla de líquido es llevado a ser completa e instantánea. Así, la concentración de una sustancia en el agua que sale de la unión es la suma ponderada según el caudal de las concentraciones de las tuberías de entrada.

Para un nodo específico k se puede escribir:

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Dónde:

I = Enlace con el flujo donde deja el nodo k. Ik = Conjunto de nodos con el flujo en k. Lj = Longitud de enlace j. Qj = Flujo (volumen / tiempo) en el enlace j. Qk, ext = Flujo de la fuente externa entrando en la red del nodo k. Ck, ext = Flujo de concentración externo que entra al nodo k. Ci | x = 0 = La concentración en el inicio del enlace i. Ci | x = L = La concentración al final del enlace i.

3.3. Mezcla en las Estructuras de Almacenamiento Es conveniente suponer que el contenido de las estructuras de almacenamiento (tanques y depósitos) está completamente mezclado. Esta es una hipótesis razonable para muchos tanques que operan en condiciones lleno y semi llenos, siempre que el impulso suficiente del flujo se imparte en la entrada. En condiciones completamente mixtas, la concentración en todas partes del tanque es una mezcla del contenido actual y la de cualquier agua de entrada. Al mismo tiempo, la concentración interna podría estar cambiando debido a reacciones.

La siguiente ecuación expresa estos fenómenos: Dónde: Vs. = Volumen de almacenamiento en el tiempo t CS = Concentración en la planta de almacenamiento Is = Conjunto de nodos que proporcionan el flujo en la Instalación. Os =Conjunto de nodos retirados en el flujo de la instalación

3.4. Algoritmo de transporte de Lagrange El software WaterCAD V8i, simulador de la calidad del agua utiliza un enfoque lagrangiano basado en el tiempo para rastrear el destino de los paquetes discretos de agua a medida que avanzan a lo largo de las tuberías y se mezclan en las

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de tiempo suelen ser mucho más corto que el paso de tiempo hidráulico (por ejemplo, a pocos minutos en lugar de horas) para dar cabida a los cortos tiempos

de viaje que puede ocurrir dentro de las tuberías. Con el tiempo, el tamaño del segmento más arriba en un aumento de la tubería el agua entra en el tubo, mientras que una pérdida del mismo tamaño del segmento de más abajo se produce como el agua deja el enlace. El tamaño de los segmentos entre estos se mantiene sin cambios. Los pasos siguientes se producen al final de cada paso de tiempo como: a) La calidad del agua en cada segmento se actualiza para reflejar cualquier reacción que pueda haber ocurrido durante el paso del tiempo. b) El agua de los segmentos principales de las tuberías con el flujo en cada unión se mezcla para calcular un valor de calidad de agua nueva en el cruce. El volumen aportado por cada segmento es igual al producto de la tasa de flujo de su tubería y el paso del tiempo. Si este volumen supera al del segmento, el segmento es anulado y el siguiente en la línea detrás de ella comienza a contribuir con su volumen. c) Las contribuciones de fuentes externas se añaden a los valores de calidad en las uniones. La calidad en los tanques de almacenamiento se actualiza en función del método utilizado para el modelo de mezcla en el tanque (MEZCLA EN LAS ESTRUCTURAS DE ALMACENAMIENTO). d) Nuevos segmentos se crean en las tuberías con flujo de salida de cada cruce, depósito y tanque. El volumen del segmento es igual al producto del flujo de la tubería y el paso del tiempo. El segmento de la calidad del agua es igual al valor calculado para la nueva calidad del nodo. e) Para reducir el número de segmentos, este paso sólo se realiza si la calidad del nuevo nodo se diferencia por una tolerancia especificada por el consultor de la del último segmento en la tubería de salida. Si la diferencia de calidad es inferior a la tolerancia, el tamaño del segmento actual por última vez en el tubo de salida se incrementa por el volumen que fluye en la tubería sobre el paso del tiempo. f)

Este proceso se repite para el próximo paso del tiempo la calidad del agua. Al inicio del estado estático hidráulico, el orden de los segmentos en los enlaces que experimentan una inversión del flujo se cambia. Inicialmente

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MEMORIA DE CÁLCULO

calidad REDESesAGUA POTABLE

igual a la calidad inicial asignada al nodo ascendente.

Comportamiento de los segmentos en el método de solución de Lagrange

3.5. Presión dependiente de la demanda Siempre que ocurre una desgracia, los sistemas de presiones se ven afectados. Algunos lugares pueden no tener la presión necesaria. Nodal de la demanda, el agua disponible en un lugar, depende de la presión en el nodo cuando la presión es baja. A diferencia del enfoque convencional de análisis de la demanda, la demanda es función de la presión, la presión de la demanda dependiente (PDD). Sin embargo, se cree que la demanda de la salida no se ve afectada por la presión si la presión está por encima de un umbral. La demanda de conexiones se reduce cuando la presión desciende por debajo del umbral de la presión y es cero cuando la presión es cero. La presión dependiente de la demanda puede ser definida como una de las dos relaciones de presión de la demanda como una función de potencia y una curva de demanda de presión a trozos lineales (tabla).

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Dónde: Hi = Presión calculada en el nodo i QRI = Demanda requerida o de referencia de la demanda en el nodo i QSI = La demanda calculada en el nodo i Hri = Presión de referencia que se considera que la oferta total solicitado y la demanda de referencia Ht = Presión umbral por encima del cual la demanda es independiente de la presión ganglionar α = Exponente de la relación de presión de la demanda.

4. MODELAMIENTO HIDRAULICO A continuación se detalla el procedimiento en el software WaterCAD V8i para el diseño de las redes de distribución de agua potable.

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Se procede a crear y guardar el proyecto en el software WaterCAD y se procedió a configurar el sistema de unidades y gráficos.

MODELAMIENTO HIDRAULICO

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PLANTILLA EN EL SOFTWARE YA IMPORTADA

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MEMORIA DE CÁLCULO REDES AGUA POTABLE

Redes proyectadas y cálculos exportados al Excel.

5. REPORTE DE RESULTADOS A continuación se adjunta los resultados de los tramos y nodos del sistema de agua potable.

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