REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE. UNET Ing. Ambiental SAAP Prof.: Ing. Martín Moros

Transcripción

1 REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE UNET Ing. Ambiental SAAP Prof.: Ing. Martín Moros

2 Breve reseña histórica Las primeras civilizaciones transportaban el agua en canales abiertos (práctica muy antigua) El primer sistema de transporte de agua en el que se usaron conductos de sección circular cerrados data de a.c. en la isla de Creta Primeras leyes de la mecánica de fluidos: Arquímedes (250 a.c.) Acueducto Romano (100 d.c.): agua transportada desde grandes distancias. Surgieron los primeros libros sobre sistemas de abastecimiento de agua Tubería de hierro: Alemania (1.455)

3 Breve reseña histórica (2) Bases de la hidráulica: Pitot (1.732): medición de la velocidad del flujo Bernoulli (1.738): principio de las leyes de la energía en los sistemas Hidráulicos Euler (1.752): desarrollo de la ecuación de energía Primer acueducto en EE.UU. (1.754): Pennsylvania Bases de la modelación matemática del flujo en tuberías St. Venant (1.843): ecuación de la cantidad de movimiento Darcy-Weisbach (1.845): primer desarrollo de la ecuación de perdida de energía Hazen-Williams (1.906): formula empírica para el cálculo de la perdida de energía

4 Breve reseña histórica (3) Segunda mitad del siglo XX: desarrollo de los primeros computadores Años 60 s y 70 s: primeros modelos digitales para el desarrollo de redes de tuberías Surgen muchos métodos de análisis de redes numéricamente complejos pero de relativa facilidad en su solución gracias a los computadores E. Todini y S. Pilati (1.988): método del gradiente En la actualidad: numerosos programas comerciales para modelación hidráulica y de calidad del agua en redes de distribución de acueductos Los resultados de un modelo jamás serán superiores a la calidad de los datos de entrada y no reemplazan el análisis (técnico, económico, social ) juicioso del ingeniero

5 Red de Distribución Conjunto de tuberías cuya función es suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de calidad y calidad aceptables Tanque de Almacenamiento Línea matriz Conducción a presión por gravedad Red de distribución

6 Tipos de tuberías Red principal (matriz): DN 12 (30 cm). Distribuye el agua en las diferentes zonas de la población. Garantiza caudales y presiones según norma exigida. NO DEBEN REALIZARSE CONEXIONES DOMICILIARIAS DESDE LA RED MATRIZ. Red secundaria: DN < 12 pero 4 (10 cm). Se abastece de la tubería principal y alimentan a las redes terciarias (menores). No debe realizarse ninguna conexión domiciliaria salvo grandes consumidores [DN > 3 (7,5 cm)] Red terciaria: DN < 3. alimentada por la red secundaria y a ella se unen las conexiones domiciliarias. DNmin 1,5 (en función del uso del agua) Conexión domiciliaria: conexión de la red menor a cada predio. DN de 0,5 a 3 (en función del tipo de usuario)

7 Materiales de las redes Acero Concreto Hierro Polivinilo de cloruro Poliéster reforzado con fibra de vidrio Polietileno de alta y baja densidad DN en función de la casa comercial. Cálculos con el Dint real (del catalogo comercial)

8 Trazado de redes Características topográficas de la población actual y futura: perímetro urbano, calles con infraestructura vial, áreas de desarrollo futuro, cursos de agua, localización de servicios públicos (alcantarillado, energía, telefonía, gas) Características geológicas y del subsuelo: fallas, deslizamientos, inundaciones Nivel de amenaza sísmica: sismo de diseño (material de la tubería) y tipo de unión (esfuerzo de tensión y corte)

9 Trazado de redes (2) Tubería matriz: Generalmente longitudinales o abiertas Cerradas (enmalladas) en sistemas de gran tamaño. El área servida internamente por una malla debe ser aproximadamente igual al área externa correspondiente Trazado que genere buena distribución del agua en el área abastecida. No trazar la red periféricamente a la población (distribución poco eficiente del caudal y altos costos) Localizar los puntos de mayor consumo (industrias, comercios, hospitales )

10 Trazado de redes (3) Tubería secundaria. La delimitación de circuitos cerrados en redes secundarias debe obedecer a cualquiera de los siguientes cuatro criterios: Área > 1 Km 2 Distancia entre tuberías paralelas principales > 250 m Caudal abastecido > 25 L/s Distancia entre tuberías próximas al límite de servicio > 150 m Tuberías ppales. Tuberías 2rias. Tuberías prox. Limite de servicio > 250 m A > 1 Km2 Q > 25 L/s > 150 m

11 Configuración hidráulica Redes abiertas: para zonas rurales (< 30 hab/ha) Redes cerradas: mejor distribución de caudales, presiones, velocidades menores, mayor flexibilidad de operación y mantenimiento Redes mixtas 1. De mayor a menor diámetro: red principal hidráulicamente abierta Poblaciones pequeñas (1 calle principal) Forma alargada e irregular Red principal Red secundaria

12 Configuración hidráulica (2) 2. En árbol: red principal hidráulicamente abierta Red principal Red secundaria 3. En parrilla: red principal hidráulicamente mixta Red principal Red secundaria

13 Configuración hidráulica (3) 4. En mallas: red principal hidráulicamente abierta Forma más usual de trazado de redes Red principal Red secundaria

14 Zonas de presión Las presiones en la red se definen a partir del nivel máximo en el tanque de almacenamiento. En poblaciones con grandes desniveles altimétricos se subdivide la red en varias zonas de presión, para que en cada una se de cumplimiento a las exigencias de presión máxima (tanque) y mínima (VRP). Cada zona de presión debe contar con un tanque de almacenamiento que garantiza la presión máxima. En el límite entre dos zonas de presión debe colocarse una válvula reductora de presión (VRP) que reduce la presión aguas abajo al valor determinado para la zona. EN LOS PUNTOS BAJOS LAS PRESIONES SON ALTAS EN LOS PUNTOS ALTOS LAS PRESIONES SON BAJAS

15 Zonas de presión (2) Parámetros de diseño: Cota mínima del proyecto: 25 m Cota máxima del proyecto: 40 m 1 tanque de almacenamiento + 1 VRP por zona CP MÁX = CC mín + P MÁX CP mín = CC MÁX + P mín Donde: CP = Cota piezométrica CC = Cota de clave de la tubería P = Presión

16 Sectorización de redes Aislamiento de una zona y su abastecimiento a través de un punto de entrada de agua al sector. Así, un sector puede ser subdividido en otro Ventajas. Permite: Evaluar y controlar perdidas Facilitar la operación y mantenimiento Establecer diferentes zonas de presión Instalar macromedidores para verificar el funcionamiento de micromedidores Agilizar la detección de fugas, conexiones clandestinas y perdidas

17 Especificaciones de diseño 1. Periodo de diseño: Red matriz o ppal. 20 a 30 años Red 2ria. 15 a 25 años Red 3ria años El periodo de expansión recomendado en cada etapa es de aprox. 10 años 2. Caudal de diseño. CMH aplicando los siguientes coeficientes de mayoración : Población (hab) Red matriz Red 2ria Red 3ria < , ,5 1, ,4 1,45 1,5 > ,4 1,45 1,5

18 Especificaciones de diseño (2) 3. Presiones extremas y de servicio: Pmín: referencia a la línea piezométrica dinámica (nivel mínimo en el tanque de almacenamiento Q diseño en circulación). En cualquier punto de las redes matriz y secundaria > 10 m de columna de agua (10 mca) = 1 Kg/cm2. En ciudades de gran tamaño la Pmin > 15 mca (1,5 Kg/cm2). Pmáx: referida a la línea piezométrica estática (nivel máximo en el tanque de almacenamiento). Para cualquier tamaño de comunidad 60 mca (6 Kg/cm2). En cualquier caso Pmax < P(servicio) de la tubería (establecida según su clase y material) P(servicio): se establece teniendo en cuenta la altura de las edificaciones que serán servidas y la definición de las zonas de presión. Formula empírica del Ing. Gomez, B.: P = 1,2(3N+6); P en mca N = N máx de pisos en las edificaciones (hasta 5). Edificios de más de 5 pisos deberán disponer de equipos propios para elevar el agua

19 Especificaciones de diseño (3) 4. Velocidades de diseño. 0,6 a 1,5 m/s en zonas urbanas 0,4 a 2,5 m/s en zonas rurales Redes cerradas Mínima: 0,3 m/s 4 m/s: Cobre; 4,5 m/s: hormigón, hierro y acero dúctil con recubrimiento de mortero centrifugado; 4,5 m/s: PVC; 5 m/s: Gres; 6 m/s: Acero Redes abiertas 5. Profundidad de las tuberías. Desde la rasante hasta la cota externa superior de la tubería (si hay tráfico vehicular se debe hacer un análisis estructural en la tubería). Mín. 0,6 m Std. 1 m Máx. 1,5 m

20 Especificaciones de diseño (4) 6. Distancia a otras redes de servicio público. La tubería del acueducto estará siempre por en encima de los demás ductos (alcantarillados sanitarios, pluviales, combinados; energía, teléfono, gas ). Se ubican en el anden norte. Tamaño relativo de la población Distancia horizontal Distancia vertical Pequeñas Libre mínima: 1 m Libre mínima: 0,3 m Energía y teléfono: 0,2 m Grandes Libre mínima: 1,2 m Alcantarillados sanitarios o combinados: 1,5 m Libre mínima: 0,5 m

21 Accesorios Válvulas de corte: de compuerta o mariposa. Para sectorización de la red. En la tubería matriz min cada 1500 m y en todo cambio de diámetro sobre la tubería de menor diámetro (regla general). Tuberías de 6 1 válvula cada 500 m. En redes menores 1 válvula en la interconexión con la red principal. Para aislar un máximo de 2 tramos cerrados, 4 válvulas. Válvulas de purga: en todos los puntos bajos de la red. Descargar al sistema de alcantarillado. Tiempo de vaciado: 10 h para 48. Diámetro de la purga (min: 3 ): 1/3 a 1/4 del diámetro de la red. Para tuberías < 3 el diámetro de la purga = diámetro de la tubería. Válvulas de ventosa: en todos los puntos altos de la red. Remueven aire. En redes menores el diámetro de la válvula de 1 a 2.

22 Accesorios (2) Válvulas reguladoras de presión: ya explicadas. Válvulas reguladoras de caudal: tipo mariposa. Limita el caudal a través de la red a un valor máximo, previniendo que la presión aguas arriba caiga por debajo de un valor crítico. Válvulas de paso directo: permiten el paso del agua en un solo sentido y se colocan aguas debajo de una bomba. Válvulas de alivio: se abren cuando se supera una presión determinada, disminuyendo la presión y descargando el agua al alcantarillado o al drenaje natural. Hidrante: permite obtener el caudal de agua a la presión requerida para atender un incendio. Cuenta con una válvula de corte para aislarlo de la red. El diámetro mínimo es 3 y la distancia máxima entre hidrantes es 300 m (4 y 100 m en zonas comerciales residenciales de alta densidad).

23 Cálculos en mallas Se busca el equilibrio hidráulico. Métodos de cálculo manual: Hardy Cross Longitudes equivalentes Método del gradiente Programas comerciales más populares: Kypipe Water CAD Epanet Cybernet y redes

24 Hardy Cross para mallas Se seleccionan previamente los caudales iniciales y los diámetros en los diferentes tramos de la red. Se aplica un proceso iterativo para corregir los caudales de tal manera que el cierre de la malla no exceda un valor límite. Luego del cierre se verifican las velocidades y presiones en cada tramo de la red. Los caudales y perdidas de carga tendrán un signo de acuerdo con una convención (dirección horaria positiva y viceversa). Al existir una red contigua, habrá al menos un tramo en común, en que se aplicará una doble corrección de caudales, una por cada ramal. J = Q 0,2785. C. D 2,63 Q + Q = Caudal corregido 1,85 Q = = H L H H 1,85 Q J = perdida de carga unitaria en el tramo H = perdida de carga total en el tramo Condiciones de cierre del proceso iterativo H < 0,1 m Q 0