Ing: Giovene Pérez Campomanes Nuevo Chimbote, 17de setiembre del 2017.

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1 Ing: Giovene Pérez Campomanes Nuevo Chimbote, 17de setiembre del 2017

2 CONTENIDO 2 1.Introducción 2.Redes de distribución de agua. 3.Casos que se presentan en el diseño. 4.Ejemplos de diseño.

3 INTRODUCCION 3 Los estudios básicos, técnicos y socioeconómicos, que deben ser realizados previamente al diseño de las redes de distribución de agua potable.  Evaluación del sistema de abastecimiento de agua existente.  Determinación del consumo promedio del agua y sus variaciones.  Determinar las redes de distribución de agua potable.

4 I. DEFINICIONES

5 Consumo de agua: La dotación mínima a adoptarse debe ser suficiente para satisfacer los requerimientos de consumo: Domestico, Comercial, Industrial, Social y publico, así como considerar las perdidas de la red de distribución.

6 Demanda Contra incendio no se considera a) Para habilitaciones urbanas en poblaciones menores de 10,000 habitantes, no se considera obligatorio demanda contra incendio. 10,000 habitantes b) Para habilitaciones en poblaciones mayores de 10,000 habitantes, deberá adoptarse el siguiente criterio: - El caudal necesario para demanda contra incendio, podrá estar incluido en el caudal doméstico; debiendo considerarse para las tuberías donde se ubiquen hidrantes, los siguientes caudales mínimos: 15 I/s. - Para áreas destinadas netamente a viviendas: 15 I/s. 30 I/s. - Para áreas destinadas a usos comerciales e industriales: 30 I/s.

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8 DISEÑO REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE

9 Requisitos que debe reunir: a) Proporcionar agua inocua y sana a todos los usuarios. b) Suministrar agua en cantidad suficiente a todos los usuarios. c) Presión requerida en todas las zonas por abastecer. d) Costo accesible a la economía de los usuarios. e) Servicio continuo.

10 Parámetros de diseño: Para el diseño de redes de distribución de agua potable se debe tener en cuenta lo siguiente: La concepción básica del sistema de abastecimiento. Los trabajos topográficos de la localidad y sus áreas de expansión, que incluye: Perímetro urbano de la ciudad. Áreas de expansión previstas en el plan regulador. Áreas cuyo desarrollo es evidente y no están previstas en el plan regulador. Áreas que están prohibida la ejecución de obras de abastecimiento (parques urbanos, reservas forestales, etc.).

11 Vías de ferrocarril y vehiculares existentes y proyectadas. Cursos de agua con sus obras de canalización previstas y proyectadas. Puentes, viaductos, y otros pasos de cursos de agua, vías publicas y calles. Urbanizaciones existentes, tipo de pavimento existente y futuros. Relevamiento de las partes del sistema de distribución existente, debidamente localizados en planos topográficos Información de componentes de sistemas existentes y otros.

12 oblación del proyecto y las áreas industriales y comerciales Area del proyecto: Debe comprender la población del proyecto y las áreas industriales y comerciales, presentes y resultantes de la expansión futura. interrelación de caminos, calles, ríos, y otros accidentes geográficos El área del proyecto debe estar definida mediante la interrelación de caminos, calles, ríos, y otros accidentes geográficos y demarcada en planos cuya escala permita mostrar los accidentes geográficos utilizados para la demarcación.

13 osibilidades técnicas y económicas lo permitan Trazado de red: Preferentemente deben proyectarse las redes cerradas cuando las posibilidades técnicas y económicas lo permitan. La forma y longitud de las mismas debe ceñirse a las características topográficas de la localidad, densidad poblacional, y ubicación del tanque de almacenamiento.

14 La red abierta: Se debe aplicarse en poblaciones dispersas y/o nucleadas(zonas rurales) que presenten desarrollo a lo largo de las vías de acceso a la población, donde los tramos de tuberías para cerrar círculos resulten muy largos o de escasa utilidad.

15 EJEMPLO 1) Diseñar la red de distribución abierta con los datos siguientes: Numero de tomas publicas o instaladas = 10 ; Gasto máximo horario= QMH = 0.528 lps.

16 poblaciones nucleadas La red mixta: Debe aplicase a poblaciones nucleadas y además presentan un desarrollo a lo largo de las vías de acceso.

17 2 2) Diseñar la red abierta con los datos que se dan a continuación?: Q= 1.26 lps ; n=0.009 ; PVC ; numero de hidrantes o tomas publicas: 13.

18 3 3. Un tramo existente de una malla tiene los siguientes diámetros: 8”, 10”, y 14, con longitudes de 120 m, 150 m y 220 m, respectivamente. Para mejorar las condiciones hidráulicas se debe reforzar con una tubería paralela de 12“ de diametro¿Qué diámetro utiliza para el calculo hidráulico?

19 Presiones de servicio: presión dinámica mínima Durante el periodo de la demanda máxima horaria, la presión dinámica mínima en cualquier punto de la red no debe ser menor a: 50 m.c.a 50 m.c.a 10 mca En el caso de sistemas con tanques de almacenamiento, las presiones deben referirse al nivel del agua considerando el nivel del agua mínimo del tanque de almacenamiento. La presión máxima en una red, no debe ser superior a 50 m.c.a. La presión estática aconsejable y permitida en tuberías de distribución será de 50 m.c.a. y Presión dinámica: 10 mca. POBLACION( Hab.)PRESION( m.c.a) <= 20005 2001<= 1000010 >1000013

20 4) Para el esquema de redes mostrado, cada nudo tiene las siguientes áreas de influencia. La densidad poblacional para la zona alta y media es 220 y 180 hab/Ha, respectivamente. La cobertura para la zona alta y media es 95%y 85 %, respectivamente. Las dotaciones para la población servida y no servida es 250 y 50 lphd. El coeficiente de variación horaria es de 1.80. Determinar. a) Datos necesarios para el diseño hidráulico.. b) Presiones en cada nudo de la red. Nudoabcdef Alta(Ha)4.603.715.56.210.919 Media (Ha)12.915.24.28.55.62.9

21 Velocidad de diseño: Bajo ningún caso deben ser menores de 0.60 m/s, para garantizar la autolimpieza del sistema( *) velocidad máxima 3.00 m/s.(*). La velocidad máxima en la red de distribución no debe ser mayor a 3.00 m/s.(*). Aplicando la formula de Mougnie, que se emplea en velocidades ideales para cada diámetro, y esta dada por: De donde: V: Velocidad en m/s D: Diámetro de la tubería en m.

22 Diámetros mínimos: Los diámetros mínimos de las tuberías principales para redes cerradas deben ser : En redes abiertas, el diámetro mínimo de la tubería principal debe ser de 1”. POBLACION( Hab.)Diametro( pulg.) <= 20001 2001<= 100001 1/2 >200002

23 Caudales de diseño: La red de distribución debe calcularse con el caudal máximo horario o con el caudal máximo diario mas la demanda contra incendios, utilizando para el diseño el mayor valor resultante. La estimación de los consumos debe ser realizada: análisis de los datos de medición consumo medido Mediante el análisis de los datos de medición, en poblaciones con sistema de abastecimiento de agua de consumo medido.

24 datos de poblaciones próximas Mediante los datos de poblaciones próximas considerando el grado de semejanza de las condiciones socioeconómicas, en poblaciones que no dispongan de datos de consumo.

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26 Ubicación y profundidad de las tuberías: Debe colocarse doble vía en una calle, cuando: El ancho de la vía es mayor a 18 m. intenso trafico Existe intenso trafico de vehículos de alto tonelaje. Existe de reposición de pavimentos de las conexiones domiciliarias fuese mas caro que la construcción de red doble. 1.50 m 0.30 m La separación entre tuberías de agua potable y alcantarillado debe ser de 1.50 m en planta, debiendo colocarse la tubería de agua potable a 0.30 m como mínimo por encima de la del alcantarillado.

27 circuitos cerrados Las tuberías principales deben formar circuitos cerrados siempre que: 1km2. El área a ser atendida fuera mayor a 1km2. La distancia media entre dos tuberías dispuestas según el trazado paralelo fuera igual a 250 m. La distancia media entre las tuberías dispuestas según un trazado paralelo fuera igual a 250 m. La distancia media entre las tuberías que se localizan junto a la periferie del área abastecible y/o el perímetro del área abastecible fuese igual o superior a 150 m.

28 exigidas por la entidad Fueran así exigidas por la entidad contratante. Se pretende una mayor seguridad de continuidad en el abastecimiento. El caudal máximo previsto para abastecer el área contenida en el circuito cerrado fuese igual o mayor a 25 l/s.

29 Válvulas reguladoras e hidratantes: interrumpir, controlar o regular el flujo La red de distribución debe ser provista de válvulas destinadas a interrumpir, controlar o regular el flujo de agua en la tubería, se pueden considerar los diferentes tipos de válvulas: sentido del flujo es contrario Si el sentido del flujo es contrario al deseado, la válvula se cierra y no permite que circule el caudal por ella. sentido real del flujo es igual al deseado Si el sentido real del flujo es igual al deseado y el valor de la presión de entrada a las válvulas es inferior al de la deseada, la válvula no produce perdidas y trabaja totalmente abierta.

30 Válvulas reguladoras e hidratantes: Si el sentido real del flujo es igual al deseado y el valor de la presión de entrada a la válvula es superior al de la deseada la válvula trabaja parcialmente abierta produciendo unas perdidas de altura tales que la presión inmediatamente aguas debajo de si misma iguale a la presión deseada.

31 La distancia que se coloca la válvula del nodo aguas arriba de la tubería en la que se encuentra localizada (y por tanto, del nodo aguas abajo), debe tenerse en cuenta debido a que las perdidas producidas por la válvula varían en función de esta posición.

32 hidratantes uberías de diámetro de 75 mm. establecimientos públicos e industriales vulnerables a los incendios Los hidratantes para combatir incendios deben instalarse en tuberías de diámetro de 75 mm. Deben ubicarse de acuerdo a un estudio especifico, con preferencia en lugares próximos a establecimientos públicos e industriales vulnerables a los incendios, a una distancia entre ellos no mayor de 500 m, para poblaciones de 10000 habitantes a 100000 habitantes y no mayor a 1000 m, para poblaciones mayores a 100000 habitantes. propia válvula para aislarlo de la red. Cada hidratante debe llevar su propia válvula para aislarlo de la red.

33 Pendientes: Las pendientes deben ser: aire circula J: 0.04 %, cuando el aire circula en el sentido de escurrimiento del agua. aire circula J: 0.10 a 0.15 %, cuando el aire circula en el sentido contrario al escurrimiento del agua. pendiente de la tubería pendiente de la línea piezometrica. En este ultimo caso la pendiente de la tubería no debe ser menor que la pendiente de la línea piezometrica.

34 Tipos de redes: Red abierta o ramificada. Red cerrada o anillada. Red mixta o combinada.

35 partir de una línea principal; semidesérticas y dispersas Red abierta o ramificada: Esta constituida por tuberías que tienen forma ramificada a partir de una línea principal; puede emplearse en poblaciones semidesérticas y dispersas o cuando las razones topográficas o de conformación de la población no es posible un sistema cerrado. Determinación de caudales en redes abiertas: numero de conexiones, para redes Se debe de considerar el numero de conexiones, para redes de mas de 30 conexiones debe aplicarse los siguientes métodos:

36 Método de longitud unitaria: Los pasos generales para el método de longitud unitaria son los siguientes: residencial, comercial, e industrial. Inicialmente se identifican las distintas zonas de distribución en función de su actividad, es residencial, comercial, e industrial. trazo preliminar ongitudes de cada tramo. Realizar un trazo preliminar de la red, partiendo del conducto primario para de este sacar las distintas ramificaciones necesarias para llevar agua a los distintos puntos o zonas de distribución. Se anotan las longitudes de cada tramo.

37 caudal unitario caudal máximo horario sumatoria de longitudes virtuales Calcular el caudal unitario por metro lineal del tubo, dividiendo el caudal máximo horario entre la sumatoria de longitudes virtuales de la red.

38 longitud virtual caudal que circula La longitud virtual es un concepto que se utiliza para determinar el caudal que circula por cada tramo de tubo, a este se le denomina caudal propio. De donde: Q u : Caudal unitario por metro lineal en l/s-m Q max_h : Caudal máximo horario en l/s ΣL virtual : Sumatoria de las longitudes virtuales de cada tramo de la red en m.

39 Numerar los nodos existentes de la red. Calcular el caudal propio de cada tramo de la red, multiplicando el coeficiente de gasto q, por la longitud virtual del tramo del tubo. De donde: Q tramo i : Caudal en el tramo “ i” en l/s. Q u : Caudal unitario por metro lineal de tubería en l/s- m L virtual : Longitud virtual del tramo “i” en m.

40 Partiendo del tramo mas distante hasta el mas cercano al deposito de regularización se hace la sumatoria de los caudales acumulados, tomando en cuenta los caudales de los tramos secundarios. el diámetro de cada tramo Determinar el diámetro de cada tramo, en base al caudal acumulado que debe conducir, considerando en el extremo o nudo terminal. diseño de la red. Se procede al diseño de la red. fff

41 Método de la repartición media: caudal de tramos adyacentes caudal por tramo caudal longitud unitaria El caudal por nodo debe determinarse utilizando los caudales de los tramos adyacentes. El caudal de tramos adyacentes debe determinarse con el caudal por tramo, repartiéndolos en partes iguales a los nodos de sus extremos. El caudal en cada tramo debe determinarse por el método de longitud unitaria

42 Numero de simultaneidad y numero de grifos: menos de 30 conexiones Para redes con menos de 30 conexiones debe determinarse el caudal por ramal, utilizando el método probabilístico o de simultaneidad, basado en el coeficiente simultaneidad y numero de grifos. El caudal por ramal es: De donde: Q ramal : Caudal de cada ramal en l/s K: Coeficiente de simultaneidad

43 Diseño hidráulico: En el diseño hidráulico de las tuberías de redes abiertas deben considerarse los siguientes aspectos: caudal es uniforme La distribución del caudal es uniforme lo largo de la longitud en cada tramo. perdida de carga caudal del tramo. La perdida de carga en el ramal debe ser determinada para el caudal del tramo. caudales puntuales Los caudales puntuales (escuelas, hospitales, etc.). Deben ser consideradas como un nodo.

44 Diseño hidráulico: calculo de ramales caudal mínimo de 0.10 l/s. Para el calculo de ramales debe considerarse un caudal mínimo de 0.10 l/s. Hazen-Wiliams En el diseño hidráulico de la red abierta, se emplea las siguientes formulas: Flamant, Darcy - Weisbach, Hazen-Wiliams entre otros.

45 Red cerrada o anillada: sistema redundante de tuberías por mas de una tubería Su característica primordial es tener algún tipo de circuito cerrado (loop, en ingles) en el sistema. El objeto es tener un sistema redundante de tuberías: cualquier zona dentro del área cubierta por el sistema puede ser alcanzado simultáneamente por mas de una tubería, aumentando así la confiabilidad del abastecimiento.

46 redes matrices son redes abiertas redes secundarias son redes cerradas edes matrices contengan circuitos y parcialmente las redes de distribución sean abiertas. En las redes matrices son redes abiertas mientras que las redes secundarias son redes cerradas en el sentido de que están conformados por circuitos. Sin embargo, puede haber casos en que las redes matrices contengan circuitos y parcialmente las redes de distribución sean abiertas.

47 Determinación de caudales en redes cerradas: Estas se determinan por los siguientes métodos: Método del área unitaria: Cuando se trata de un sistema de distribución en anillado para determinar los caudales se pueden mecanizarse en los siguientes casos: trazo tentativo de la red Contar con un trazo tentativo de la red de distribución en malla mostrando las líneas de alimentación

48 caudal unitario en cada nodo Calcular el caudal unitario en cada nodo de la red dividiendo el caudal máximo horario con el área total de influencia de la zona a proyectar de la red de distribución.

49 Método de densidad poblacional: El caudal en el nodo es: De donde: Q i : caudal en el nudo “i” en l/s. Q p : caudal unitario poblacional en l/s-hab. Q t : caudal máximo horario en l/s P t : Población total del proyecto en hab. P i : Población de área de influencia del nudo “i” en hab.

50 Método del numero de familias: El caudal en el nodo es: De donde: Q n : caudal en el nodo “n” en l/s. Q u : caudal unitario en l/s-familia. Q t : caudal máximo horario en l/s N f : Numero total de familias. N fn : Numero total de familias en el área de influencia del nudo “n”.

51 6) En el esquema mostrado, diseñar la línea de aducción considerando los accesorios necesarios. La presión de ingreso a la red debe variar entre 15 a 25 metros. El caudal indicado representa la demanda promedio de cada zona de servicio.

52 Diseño hidráulico de redes cerradas: Se deben considerar los siguientes aspectos: Determinar la áreas mediatrices en los tramos Determinar la áreas de influencia de cada nudo de la red, trazando mediatrices en los tramos, formándose figuras geométricas alrededor del nudo y estas se multiplican por el caudal unitario, así obteniendo el caudal de demanda en cada nodo de la red de distribución. El caudal en el nodo es: De donde: Q nudoi : caudal en el nodo”i”, en l/s. Q u : caudal unitario superficial en l/s-ha. A i : Area de influencia del nudo”i” en ha.

53 caudal total caudal que sale El caudal total que llega al nodo debe ser igual al caudal que sale del mismo. perdida de carga La perdida de carga entre dos puntos por cualquier camino es siempre la misma. errores máximos En las redes cerradas se podrán considerar los siguientes errores máximos: perdida de presión cada malla 0.10 m.c.a, de perdida de presión como máximo en cada malla y/o simultáneamente debe cumplir se en todas las mallas.

54 0.10 l/s, como máximo en cada malla y/o simultáneamente en todas las mallas. Las redes cerradas no deben tener anillos mayores a 1 km por lado. Preferentemente las perdidas de carga en tuberías principales y secundarias deben estar alrededor de 10m/ km. red de distribución Para el análisis hidráulico de una red de distribución cerrada puede utilizarse el siguiente método:

55 7) Para la figura mostrada, el caudal promedio es 54.94 lps, el coeficiente de variación horaria es 1.8 y la tubería tiene un coeficiente de rugosidad de 140. La presión mínima de ingreso a la red es 25.00 m. Se cuenta con una tubería existente 8” de diámetro y 1,000 m. Determinar los diámetros a utilizar en la línea, así como la base de la tubería y el costo total : costo de la tubería:

56 método de aproximaciones sucesivas Método de Hardy- Cross: Es un método de aproximaciones sucesivas por lo cual se realizan correcciones sistemáticas a los caudales originalmente asumidos (caudales de transito por las tuberías) hasta que la red se encuentre balanceada. suma de perdidas a través de una red cerrada es igual a cero. En un nodo cualquiera de una red cerrada, la sumatoria de caudales que entran (afluentes +) a nudo es igual a la suma de caudales que salen (efluentes -) del nudo, también la suma de perdidas a través de una red cerrada es igual a cero.

57 De donde: Cuando se emplee la formula de Hazen-Wiliams, para el calculo de perdidas de carga en las tuberías, el factor de corrección del caudal para cada malla esta dado por:

58 De donde: r=coeficiente de resistencia, cuyo valor depende del tipo de ecuación empleada para el calculo. n=Exponente del caudal, que depende de la ecuación de resistencia empleada n=1.851 ( Hazen Williams) n= 2.0, según la ecuación de Darcy- Weisbach ΔQ= variación de caudal en m3/s Δh = perdida de carga en m/m L= Longitud de la tubería en m. Q= Caudal que pasa por la tubería en m3/s. C= Coeficiente de rugosidad de la tubería según Hazen – Williams D= Diámetro de la tubería en m.

59 iteración tras iteración El método de Hardy- Cross corrige sucesivamente, iteración tras iteración, los caudales en los tramos, con la siguiente ecuación:

60 vivienda debe estar a 200 m Piletas publicas: Deben ser proyectadas solamente en caso de que el caudal de la fuente es insuficiente o en caso de que la dispersión de la comunidad no obligue por razones económicas. La distancia a la vivienda debe estar a 200 m. Caudal en piletas publicas: El caudal debe ser calculado mediante:

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62 De donde: Q pp = Caudal máximo probable por pileta publica en l/h. N= Población a servir por pileta. Un grifo debe abastecer a un numero máximo de 5 familias (25 personas), considerando que una pileta puede estar constituida por 2 grifos N= 50 personas. D c = Dotación promedio por habitante en l/hab-dia. C p =Porcentaje de perdidas por desperdicio, estas perdidas son generadas por los usuarios durante los procesos de recolección de agua(manipuleo de recipientes, llenado de los mismos, etc). El coeficiente Cp varia entre 1.10 y 1.40 Ef= eficiencia del sistema considerando la calidad de los materiales y accesorios. Ef varia entre 0.7 y 0.9 F u =factor de uso, definido por Fu= 24/t. Depende de las costumbres locales, horas de trabajo, condiciones climatológicas, etc. Se evalúa en función al tiempo real de horas se servicio (t) y puede varias entre 2 a 12 horas.

63 Resolver el sistema Resolver el sistema de agua potable mostrado en la figura, aplicando el método de Hardy Cross: C HW =140

64 En la figura mostrada En la figura mostrada una red abierta, se desea diseñar el sistema de distribución de agua potable con tuberías de PVC, donde se necesita saber la población proyectada a 20 años, los caudales de consumo, las presiones residuales. La población tiene 5505 habitantes, con una tasa de crecimiento de 1.5 % y la dotación es de 110 l/hab/día. Utilizar el método geométrico. T.A. N.A: 2553 m 2 1 L: 300m L: 120m C.T: 2508 m C.T: 2510 m L: 130m L: 100m C.T: 2503 m C.T: 2505 m C.T: 2507 m L: 90m 3 4 5

65 En la figura s En la figura se muestra una red de agua potable, se desea diseñar la red principal, con tuberías de PVC, en donde se necesita saber la población proyectada a 20 años, los caudales de consumo, el equilibrio en el sistema por el método de Hardy Cross y la presión de los nudos. La población tiene 2650 hab., con una tasa de crecimiento de 1.2 % y la dotación es de 110 l/hab/día. Utilizar el método Exponencial. 1.2 Ha 1 1 T.A 25 0 m 220m 240m 220m 240m 1.2 Ha 1 1 1 1 2500 2502 2504 2506 2508 2510 220 m m Tanque Elevado 20m N.A.=2533.00

66 PREGUNTAS? En que casos es conveniente la utilización de cámaras de rompe presión en lugar de válvulas reductoras de presión? Cuales son los criterios para determinar si el diseño de una red de distribución ( diámetros aceptables), como se corrige si el diseño no es adecuado?.

67 Que criterios se tendrá en cuenta para considerar o descartar una tubería matriz existente en el nuevo sistema de redes matrices? En un sistema existente el crecimiento del área habitada ha superado el área de influencia del reservorio ?.¿como se puede abastecer a esta parte de la población?

68 Como se determina la cota piezometrica para un reservorio existente? Que criterios debes tener en cuenta para determinar el numero de mallas de un sistema de distribución?

69 Que aspectos debes considerarse para el trazado de tuberías matrices? En que casos de puede considerar una tubería, como tubería matriz un diámetro de 4”?

70 BIBLIOGRAFIA 1) Rodríguez, P(2010), Abastecimiento de agua, Instituto tecnológico de Oaxaca. México 2) López, R. (2007), Elementos de diseño de acueductos y alcantarillas, Segunda edición, Editorial Escuela colombiana de ingeniería, Medellín- Colombia. 3) Corcho, F(2007), Acueductos, Medellín Colombia. 4) Regal, A ( S/A), Abastecimiento de agua, Editorial Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería.UNI- Peru

71 71 FIN DE LA PONENCIA EMAIL: giovene.perez.consultores@gmail.com http://es.slideshare.net/gioveneperezcampomanes/edit_my_uploads