Dimensionamiento Optimo

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Ambiental Especialidadde IngenieríaSanitaria

DIMENSIONAMIENTO ÓPTIMO DE SISTEMAS DE DICTRIBUCIÓN DE AGUA

Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo

Análisis, diseño y dimensionado de redes A nális nálisis is de Red es : Consiste en determinar las características funcionales del sistema (pr esi esióó n, velocidad, flujo flujo , et céter a).

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Análisis, diseño y dimensionado de redes Diseño: Trata de co nstru ir el m o delo hidr áulico de la red, incluyendo los e l em e n t o s n ec e sar i o s p ar a s u f u n c io n am i e n t o c o r r e c t o , c o m o :  Trazado

de t uber ías  U b i cac i ó n d e d e p ó si t o s  N e c esi d ad d e e q u i p o s d e b o m b e o  Válvulas  Z o nas de Presió n, etcét er a.

Análisis, diseño y dimensionado de redes D i m e n si o n ad o : Es la det er m inació n de las caracter ísticas de cada uno de lo s element o s que integran el sistem a par a co nseguir un det er m inado estado hidr áulico (N iveles de pr esión, caudales en pun to s de consumo). D iám e t r o s d e c o n d uc cio n e s  A l t u r a y cau d al d e ap o r t e d e b o m b a  N iveles de agua en reservo r io  Etcétera. 

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Análisis, diseño y dimensionado de redes D i m e n si o n ad o : Se ut iliza la simu lación en estado estático (r égim en per m anent e). CAPTACION Fuente sub -superficial Qmd L.C. por gravedad Qmd

CAPTACION

Fuentesuperficial Qmd

RESERVORIO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA CRUDA L.C. de agua cruda Qmd

RED DE DISTRIBUCION Qmh Qmd + Qci Qmín

L.C. de agua tratada Qmd

Estación de Bombeo CAPTACION

Línea de Impulsión L.C. por bombeo 24 Qb = ----- x Qmd N

Línea de Aducción Qmh Qmd + Qci Qmín

FuenteSubterránea

Análisis, diseño y dimensionado de redes D i m e n si o n ad o : En el dimensionado se debe atender los siguientes estándares: Estándares hidráulicos  Estándares de calidad  Estándares de fiabilidad 

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua La opt imización del diseño de r edes de distr ibución de agua está refer ida a la selección d e la m ejor com binación de m ínim o co sto de lo s co m po nent es del sistem a, de t al for m a que q uedan satisfechas las dem andas de agua y las restr iccion es de d iseño .

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua C audal de d iseño : Ser á la D em anda M áxim a para la et apa final del pro yecto

Inicial

Final

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua C audal de d iseño : QD D esde el pun to de vista de capacidad h idr áulica, la situ ació n m ás desfavorable es la correspondiente al caudal punta.

Caudal punta: Q D

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua C audal de d iseño : Q D Po blaciones > 1 0 000 hab 

Q D = Q mh = K 2 Q p

mayor

Q D = Q m d + Q in c = K 1 Q p + Q in c Po blaciones < 1 0 000 hab  Q D = Q m h = K 2 Q p Donde: Q m h = C au d al m áx i m o h o r ar i o Q m d = C audal máximo diario Q p = C au d al p r o m e d io Q in c = C audal de incendio (residencial (15 l/s) , com ercial ó industr ial (30 l/s) K 1 = co eficiente de variación ho r aria = 1,8 a 2,5 K 2 = coeficiente de variación diaria = 1,3

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua Restricciones Físicas D e fi n ir e l r an go d e d i ám e t r o s:

 Dmín

  Di  Dmáx

D iám etr o m ínim o : en base a a la no r m atividad D iám etr o m áxim o : de acuerdo a las tub erías de aducció n Po r l o t a n t o e l n ú m e r o d e d i ám e t r o s d isp o n i b le s so n : N D (en t r e D m ín y D m áx )

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua Restricciones Económicas Diámetro (Di)

Costo Unitario (S/./m)

D m ín

C U Dmín

…

…

Di

CUi

…

…

D m áx

C U Dmáx

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua Restr iccion es H idr áulicas Presión

Pmín

Pmín

 P  Pmáx

 10m.c.a Pmáx

 50 m.c.a

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua Restr iccion es H idr áulicas Velocidad: V mín

 V   V máx

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua N úm ero de com binacio nes po sibles: N C

 NT   NC    ND Donde: NC = Número de combinaciones de diámetros posibles ND = Numero de diámetros disponible (entre el D mín y Dmáx) NT = Número de tuberías a dimensionar

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua N úm ero de com binacio nes po sibles: N C Ejemplo: N ú m e r o d e t u b e r ías ( N T ) = 4 N ú m e r o d e d iám e t r o s d i sp o n i b le s ( N D ) = 2 ( Ø 1 y Ø 2 ) N ú m e r o d e c o m b i nac io n e s = T u b e r í a

 NT   ND

= 24 = 16

C o m b in acio n es d iám e t r o ( 1 6 )

P-1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø1

Ø2

Ø2

Ø2

Ø2

Ø2

Ø2

Ø2

Ø2

P-2

Ø1

Ø1

Ø1

Ø2

Ø1

Ø2

Ø2

Ø2

Ø1

Ø2

Ø1

Ø1

Ø1

Ø2

Ø2

Ø2

P-3

Ø1

Ø1

Ø2

Ø2

Ø2

Ø1

Ø1

Ø2

Ø1

Ø1

Ø2

Ø2

Ø1

Ø1

Ø2

Ø2

P-4

Ø1

Ø2

Ø2

Ø2

Ø1

Ø1

Ø2

Ø1

Ø2

Ø2

Ø1

Ø2

Ø1

Ø1

Ø1

Ø2

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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua N úm ero de com binacio nes po sibles: N C Cumplen las restricciones hidráulicas

No cumplen restricciones hidráulicas

Combinación de diámetros de menor costo

Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua Fu n c ió n O b j et i vo :

 Dmáx

Minimizar



CT 



 CU 

 Di

 L D

i

i  Dmín

Donde: CT = Función costo total CUDi = Costo unitario para el diámetro Di (entre el Dmín y Dmáx) LDi = Longitud de tubería para el diámetr o Di

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Procedimiento de dimensionado

INICIO

ASIGNAR DIAMETROS

Paso 1: A signar diámetr os a cada tub ería, en el rango [D

m ín

y D m áx ] . EFECTUAR EL CALCULO HIDRAULICO

Paso 2: Efectuar el cálculo hidr áulico, deter minar p resión en cada unió n y velocidad en cada tuber ía.

VERIFICAR RESULTADOS

Paso 3: Verificar q ue las presion es en cada unión d e la red se encuent ren e n e l r a n g o r e c o m e n d a d o [ P m ín y P m áx ]. Lo mismo con la velocidad d e c ad a t r a m o q u e d e b e e s t ar e n t r e [ V m ín y V m áx ] . No

Paso 4: Si las presiones y/o velocidades están fuera de los r angos permitidos, se deberá iniciar nuevamente con el Paso 1, m o d i f ic an d o l o s d i ám e t r o s e n l o s t r a m o s d o n d e n o s e c u m p l e con las restricciones de presión y/o velocidad. Paso 5: Teniendo la com binación de diámet ro s que cum ple con las restricciones, debemos estimar los Costos de Inversión de la Red con dichos diámetros. Paso 6: D ebem os consultarno s si el costo d e inversión estimado es el mínimo , si no e s así debem os r egresar al Paso 1, optim izar diámetros.

Pmin < P < Pmax Vmin < V < Vmax

Si CALCULO DEL COSTO DE INVERSION

No ¿COSTO MINIMO?

Si RESULSADOS FINALES

FIN

Procedimiento de dimensionado Se p u ed e r e alizar e n fo r m a: 

M an ual: M é t o do em p ír ico o d e en sayo y er r o r



A u t o m át ic a: u san t é cn ic as d e o p t im i zac ió n ( m é t o do d e b úsq ue d a e st o c ást i ca o al go r i t m o s ge n ét i co s )

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Procedimiento de dimensionado El W at er C A D / W at er G EM S r ealiza d e las d o s fo r m as, h acien do u so d el m ó d u lo D ar w in D esign er

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