Diseño de una red de distribución de Agua Potable

DISEÑO DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE

1. INTRODUCCION La red de distribución es la parte del sistema de abastecimiento de agua potable integrada por las tuberías de alimentación, circuitos y accesorios, instalados en las vías de las comunidades, por medio de la cual se lleva agua hasta las tomas domiciliarias para su entrega a los usuarios. Su correcto funcionamiento depende de un diseño adecuado, de la selección cuidadosa de los materiales a utilizar, de la mano de obra calificada para su instalación, de la observancia estricta de las especificaciones de construcción, de la correcta supervisión de la ejecución de la obra y de una operación y conservación eficiente. El siguiente documento presenta los pasos de diseño y la correspondiente memoria de cálculo de una red de distribución para un sector de la ciudad de Cartagena de Indias comprendido entre las carreras No. 17 y la No.20 y las calles No. 49 y la No.50. Tal diseño se hará según los parámetros fijados por el RAS 2000.

2. OBJETIVOS GENERAL Diseñar una red de distribución de agua potable y su tanque de reserva utilizando la aplicación informática EPANET. ESPECÍFICOS •

Determinar los diámetros, velocidades, pérdidas y presiones dentro de la red.

•

Definir la altura del tanque de reserva.

•

Realizar el diseño siguiendo los parámetros que establece el RAS 2000 para el diseño de redes de distribución de agua potable.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 3.1 DESCRIPCIÓN: Se trata

de un proyecto diseño de red de acueducto y su

correspondiente tanque de almacenamiento según los parámetros vigente definidos por el RAS 2000. 3.2 LOCALIZACIÓN: El área influencia del proyecto esta delimitada por las Carreras No. 17 y la No.20 y por las calles No. 49 y la No.50, correspondiente al barrio Torices de la ciudad de Cartagena de Indias. El proyecto abarca un área aproximada de 16 Ha.

ZONA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO

3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA POBLACIÓN: 3.3.1 DENSIDAD: El Plan de Ordenamiento Territorial ha definido las densidades de población permitidas para el desarrollo que se indican en la siguiente tabla:

3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA POBLACIÓN: 3.3.1 DENSIDAD: El Plan de Ordenamiento Territorial ha definido las densidades de población permitidas para el desarrollo que se indican en la siguiente tabla:

Manzanas N° Densidad

1–2–3–4–5–6–7 8 250 hab/Ha

9 – 10 – 11 350 hab/Ha

12 – 13 – 14 – 15 – 16 – 17 100 hab/Ha

3.3.2 ESTRATIFICACIÓN: Manzanas N°

4–9–1–5

10 – 2 – 6 – 11

6

4

Estrato

7 – 8 – 12 – 13 -14 – 15 – 16 -17 2

4. PARÁMETROS DE DISEÑO Para el diseño de sistemas de acueducto se definen los parámetros de diseño que proporciona el RAS 2000 a fin de garantizar y cumplir con la normatividad vigente. 4.1 NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA TABLA A.3.1 .ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD Nivel de complejidad Bajo Medio Medio Alto Alto

Población en la zona urbana (1) (habitantes) < 2500 2501 a 12500 12501 a 60000 > 60000

Capacidad económica de los usuarios Baja Baja Media Alta

4.2 PERIODO DE DISEÑO El periodo de diseño de las redes de distribución de agua potable es función del nivel de complejidad del sistema. 4.2.1

Período de diseño de la red matriz o primaria

El período de diseño de la red matriz se encuentra establecido en la siguiente tabla:

TABLA B.4.2 PERÍODO DE DISEÑO SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Nivel de complejidad del sistema Medio Medio alto Alto

Período de diseño 20 años 25 años 30 años

4.3 DOTACIÓN NETA MÍNIMA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD Son los valores de consumo per cápita de acuerdo a los niveles de complejidad del proyecto. TABLA B.2.2 DOTACIÓN NETA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Nivel de complejidad del sistema Bajo Medio Medio alto Alto

Dotación neta mínima (L/hab·día )

Dotación neta máxima (L/hab·día)

100 120 130 150

150 175 -

Para efectuar los cálculos de los caudales de diseño se aplica la siguiente tabla, donde se definen los rangos de consumo según el POT para cada estrato socioeconómico.

ESTRATO SOCIOECONÓMICO 1 2 3 4 5 6

4.4 CAUDAL MEDIO DIARIO

RANGO DE CONSUMOS LTS/HAB/DIA 100-130 130-150 150-180 180-220 220-280 280-350

El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

Q md =

p ⋅ d bruta 86400

4.5 CAUDAL MÁXIMO DIARIO El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1. (Véase TABLA B.2.5) El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación: QMD = Qmd k1 TABLA B.2.5. COEFICIENTE DE CONSUMO MÁXIMO DIARIO, K1, SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Nivel de complejidad del sistema Bajo Medio Medio alto Alto

Coeficiente de consumo máximo diario - k1 1.30 1.30 1.20 1.20

4.6 CAUDAL MÁXIMO HORARIO El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, (véase B.2.7.5) según la siguiente ecuación QMH =QMD·k2

TABLA B.2.6 COEFICIENTE DE CONSUMO MÁXIMO HORARIO, K2, SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Y EL TIPO DE RED DE DISTRIBUCIÓN. Nivel de complejidad del sistema Bajo Medio Medio alto Alto

Red menor de distribución

Red secundaria

Red matriz

1.60 1.60 1.50 1.50

1.50 1.45 1.45

1.40 1.40

4.7. CÁLCULO DE CAUDALES POR NODO La determinación de caudales de consumo para cada uno de los nodos de la red debe efectuarse por el método de las áreas o por el método de la repartición media. En el caso de redes simétricas y más o menos uniformes, también puede utilizarse el método de la longitud abastecida.

4.7.1 MÉTODO DE LAS ÁREAS En este método se determinan las áreas de influencia correspondientes a cada uno de los nodos de la red, para luego aplicar el caudal específico unitario (l/s/ha) determinado para cada tipo de área de abastecimiento y correspondiente al año horizonte del proyecto. Qi = Ai · Qe

(B.7.1)

El área de influencia es aquella área delimitada por cada una de las mediatrices de los tramos que llegan al nodo o punto singular. 4.8 HIDRATES Los hidrantes deben instalarse en tuberías con un diámetro mínimo de 75 mm (3 pulgadas) y a una distancia máxima entre ellos de 300 m. Cada hidrante llevará su propia válvula para aislarlo de la red. Se ubicarán de preferencia en las esquinas, en las intersecciones de dos calles y sobre la acera, para un mejor acceso.

En áreas comerciales, industriales o residenciales con una densidad superior a 200 habitantes por hectárea, los hidrantes deben tener una capacidad mínima de 20 L/s. Para el área restante del municipio la capacidad mínima debe ser de 5 L/s. 4.9 PRESIONES MÍNIMAS 4.9.1 PRESIONES MÍNIMAS EN LA RED La presión mínima en la red depende del nivel de complejidad del sistema, tal como se especifica a continuación: TABLA B.7.4 PRESIONES MÍNIMAS EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN NIVEL DE COMPLEJIDAD BAJO MEDIO MEDIO ALTO ALTO

PRESIÓN MÍNIMA (KPA) 98.1 98.1 147.2 147.2

PRESIÓN MÍNIMA (METROS) 10 10 15 15

4.10 DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN 4.10.1 DIÁMETROS INTERNOS MÍNIMOS EN LA RED MATRIZ Para aquellos casos de los niveles bajo y medio de complejidad en los cuales exista una red matriz y para los niveles medio alto y alto de complejidad, los diámetros mínimos para la red matriz se describen en la TABLA B.7.5 TABLA B.7.5 DIÁMETROS MÍNIMOS DE LA RED MATRIZ NIVEL DE COMPLEJIDAD NIVEL DE COMPLEJIDAD DE SISTEMA BAJO MEDIO MEDIO ALTO ALTO

DIÁMETRO MÍNIMO 64 mm (2.5 pulgadas) 100 mm (4 pulgadas) 150 mm (6 pulgadas) 300 mm (12 pulgadas) o más según diseño

4.10.2 DIÁMETROS INTERNOS MÍNIMOS EN LAS REDES MENORES DE DISTRIBUCIÓN

El valor del diámetro mínimo de las redes menores de distribución depende del nivel de complejidad del sistema y del uso del agua, tal como se muestra en la TABLA B.7.6 TABLA B.7.6 DIÁMETROS MÍNIMOS DE LA RED MENOR DE DISTRIBUCIÓN NIVEL DE COMPLEJIDAD

DIÁMETRO MÍNIMO 38.1 mm

BAJO

(1.5 pulgadas) 50.0 mm

MEDIO (2.0 pulgadas) 100 mm (4 pulgadas). zona comercial e industrial 63.5 mm

MEDIO ALTO

(2 ½ pulgadas) zona residencial 150 mm (6 pulgadas) zona comercial e industrial 75 mm

ALTO

(3 pulgadas) zona residencial 4.10.3

DIÁMETROS

COMUNES

COMERCIALES

PARA

LA

RED

DE

DISTRIBUCIÓN En la TABLA B.7.7 se establecen los diámetros que pueden ser utilizados para el diseño y/o la construcción de una red de distribución. TABLA B.7.7 DIÁMETROS COMUNES COMERCIALES PARA LAS TUBERÍAS DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN

MILÍMETROS 38.1 50.0 63.5 75.0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 675 700 750 900 1000 1050 1200 1500

PULGADAS 1.5 2 2.5 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 28 30 36 40 42 48 60

5. PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO 5.1 DEFINICIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD: El nivel de complejidad se define de acuerdo a la capacidad económica de los consumidores y al número de habitantes. La zona de estudio se encuentra en la ciudad de Cartagena de indias la cual es una población de más de 60000 habitantes en su zona urbana, por tanto, de acuerdo con la TABLA A.3.1 del RAS 2000 (reseñada en el numeral 4.1 de este documento)

se fija el nivel de

complejidad para este proyecto como ALTO. 5.2 DEFINICIÓN DEL PERIODO DE DISEÑO: Al tratarse de un proyecto con nivel de complejidad Alto se fija el periodo de diseño a 30 años, de acuerdo a la TABLA B.2.2 del RAS 2000 (reseñada en el numeral 4.2.1 de este documento). 5.3 DEFINICIÓN DE LA DOTACIÓN NETA MÍNIMA: El POT define rango de consumos en lts/hab/día según la estratificación socio-económica como se muestra en el numeral 4.3. De acuerdo a ello se tiene: Manzana No. 1 2 3 4 5 6

Estrato 6 4 2 6 6 4

D.n.m (lts/hab/día) 350 220 150 350 350 220

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

2 2 6 4 4 4 2 2 2 2 2

150 150 350 220 220 220 150 150 150 150 150

5.4 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE HABITANTES: Se calcula el número de habitantes por manzana de la zona de influencia del proyecto a partir de su densidad y su área (población = densidad*área).

Manzana No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Area(M2)

Área(Ha)

POBLACIÓN

8308,789 7242,182 12084,654 10365,485 8738,389 7143,586 21644,770 24647,091 7718,835 9386,426 7246,020 9621,726 5975,000 7164,935 2253,793 2402,406 3379,006

0,831 0,724 1,208 1,037 0,874 0,714 2,164 2,465 0,772 0,939 0,725 0,962 0,598 0,716 0,225 0,240 0,338

208 181 302 259 218 179 541 616 270 329 254 96 60 72 23 24 34

5.5 DETERMINACIÓN DE LOS CAUDALES: Se establece inicialmente el caudal medio horario y posteriormente los caudales máximo diario y máximo horario. El RAS define las expresiones a emplear para el cálculo de estos caudales (como se reseña en los

numerales 4.4, 4.5 y 4.6 de este documento). Al tratarse de una red matriz de nivel de complejidad alto se toman los siguientes valores para los coeficientes de consumo de acuerdo a lo establecido por el RAS en las TABLA B.2.5- B.2.6 respectivamente:

K1 = 1.2 K 2 = 1.4

Manzana No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Qmd

QMD

QMH

0,841 0,461 0,525 1,050 0,885 0,455 0,939 1,070 1,094 0,837 0,646 0,245 0,104 0,124 0,039 0,042 0,059

1,010 0,553 0,629 1,260 1,062 0,546 1,127 1,284 1,313 1,004 0,775 0,294 0,124 0,149 0,047 0,050 0,070

1,414 0,775 0,881 1,764 1,487 0,764 1,578 1,797 1,839 1,405 1,085 0,412 0,174 0,209 0,066 0,070 0,099

5.6 REPARTICIÓN DE CAUDALES POR NUDO: Inicialmente se hace el trazado de la tubería que abastecerá a la comunidad del área de influencia del proyecto, al tiempo que se establecen los nudos del sistema Posteriormente se distribuye el área que abastecerá cada nudo tendiendo en cuenta lo estipulado por el RAS en el numeral B.7.4.9. Se selecciona como método de cálculo el de las áreas. Para el cálculo de los caudales por nudo se emplea la expresión B.7.1.

DISTRIBUCIÓN DE LA RED DE ABASTECIMIENTOS DE LOS NUDOS

14 15

4

1

13 9

2

5

7

12 3

11 7

10

6

10

12

8 9

11

5 13

4

8 14

3

2

1

DISTRIBUCIÓN DEL ÁREA A ABASTECER POR NUDO

14 15

4

1

13 9

2

5

7

12 6

3

10

11 7

10

12

8 9

11

5 13

4

8 14

3

2

1

ASIGNACIÓN DE LA POBLACIÓN Y CAUDALES DE DISEÑO Nodos MZ 1

2

3

4

5

6

7

8

9

12 13 15 16

Área (Ha) 0,241 0,149 0,225 0,240

13 0,149 14 0,358 17 0,338 7 0,541 8 1,232 14 0,179 7 11 13 14 10 11 12 13

0,361 0,181 0,149 0,179 0,235 0,181 0,241 0,149

9 0,386 10 0,235 12 0,481 4 5 9 10 5 6 10 11 6 7

0,518 0,218 0,386 0,235 0,218 0,179 0,235 0,181 0,179 0,361

Densidad Dnm (Hab/Ha)) (lts/hb/día) 100 100 100 100 100 100 100 250 250 100 250 350 100 100 350 350 100 100 350 350 100 250 250 350 350 250 250 350 350 250 250

habitantes

Caudal Qmd (lts/seg)

caudal QMD (lts/seg)

caudal QMH (lts/seg)

150 150 150 150

24 15 23 24

0,04 0,03 0,04 0,04

0,05 0,03 0,05 0,05

0,07 0,04 0,07 0,07

Total

86

0,15

0,18

0,25

150 100 100

15 36 34

0,02 0,04 0,04

0,02 0,05 0,05

0,03 0,07 0,07

Total

85

0,10

0,12

0,16

150 150 150

135 308 18

0,39 0,89 0,02

0,47 1,07 0,02

0,66 1,50 0,03

Total

461,281

1,30

1,56

2,19

150 220 150 150

90 63 15 18

0,16 0,16 0,03 0,03

0,19 0,19 0,03 0,04

0,26 0,27 0,04 0,05

Total

186

0,38

0,45

0,63

220 220 220 150

82 63 24 15

0,21 0,16 0,06 0,03

0,25 0,19 0,07 0,03

0,35 0,27 0,10 0,04

Total

185

0,46

0,55

0,77

350 220 220

135 82 48

0,55 0,21 0,12

0,66 0,25 0,15

0,92 0,35 0,21

Total

265

0,88

1,05

1,48

350 350 350 220

130 55 135 82

0,52 0,22 0,55 0,21

0,63 0,27 0,66 0,25

0,88 0,37 0,92 0,35

Total

401,394

1,50

1,80

2,52

350 220 220 220

55 45 82 63

0,22 0,11 0,21 0,16

0,27 0,14 0,25 0,19

0,37 0,19 0,35 0,27

Total

245

0,71

0,85

1,19

220 150

45 90

0,11 0,16

0,14 0,19

0,19 0,26

11 0,181 10

11

12

13

14

15

3 7 8 2 3 6 7 1 2 5 6 1 4 5 1 2 2 3

0,302 0,541 1,232 0,181 0,302 0,179 0,361 0,208 0,181 0,218 0,179 0,208 0,518 0,218 0,415 0,181 0,181 0,604

350 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250

220

63

0,16

0,19

0,27

Total

198

0,43

0,52

0,73

150 150 150

76 135 308

0,13 0,23 0,53

0,16 0,28 0,64

0,22 0,39 0,90

Total

519

0,90

1,08

1,51

220 150 220 150

45 76 45 90

0,12 0,13 0,11 0,16

0,14 0,16 0,14 0,19

0,19 0,22 0,19 0,26

Total

256

0,52

0,62

0,87

350 220 350 220

52 45 55 45

0,21 0,12 0,22 0,11

0,25 0,14 0,27 0,14

0,35 0,19 0,37 0,19

Total

196

0,66

0,79

1,11

350 350 350

52 130 55

0,21 0,52 0,22

0,25 0,63 0,27

0,35 0,88 0,37

Total

236,113

0,96

1,15

1,61

350 220

104 45

0,42 0,12

0,50 0,14

0,71 0,19

Total

149

0,54

0,64

0,90

220 150

45 151

0,12 0,26

0,14 0,31

0,19 0,44

Total

196

0,38

0,45

0,63

CAUDALES POR DE DISEÑO POR NUDO

NUDO

QMH (lts/seg)

1

0,250

2

0,164

3

2,190

4

0,630

5

0,769

6

1,476

7

2,524

8

1,185

9

0,725

10

1,513

11

0,868

12

1,110

13

1,607

14

0,900

15

0,634

TOTAL

26,547

CAUDALES POR DE DISEÑO POR NUDO

5.7 DISEÑO DEL HIDRANTE: Se selecciona el nudo 8 (intersección entre la carrera 18A y la calle 52) para la ubicación del hidrante, atendiendo la especificación del RAS en cuanto a que cada uno de estos elementos puede barrer como máximo un radio de 300 m,

como se muestra en el numeral 4.8. Se le asigna un caudal de 10 lts/seg, cumpliendo con la capacidad mínima estipulada por el RAS. Por tanto el caudal correspondiente al nudo 8 pasa de 1,185 lts/seg a 11,185 lts/seg. La parte superior del hidrante debe pintarse de color rojo. UBICACIÓN DEL HIDRANTE (INTERSECCIÓN ENTRE LA CARRERA 18A Y LA CALLE 52)

5.8 DISEÑO DEL TANQUE DE ABASTECIMIENTO El tanque de almacenamiento compensará las variaciones existentes de consumo, debe tener una capacidad tal que satisfaga las necesidades de la población, cuando se tenga la hora de máximo consumo, y suplir cualquier eventualidad que se presente. Los tanques cumplen tres funciones principales a saber:  Compensar las variaciones horarias de consumo.  Mantener las presiones de servicio en la red.  Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia (incendios) e interrupciones (daños, mantenimiento).

5.8.1 CAUDAL DE DISEÑO El tanque debe proveer el caudal máximo horario (QMH), teniendo en cuenta la variación del consumo que se entrega a la zona que está abasteciendo. 5.8.2 CAPACIDAD DE REGULACIÓN El tanque debe tener capacidad de compensar las variaciones entre el caudal de entrada de las plantas de tratamiento y el caudal de consumo en cada instante. Para definir el volumen del tanque deben tenerse en cuenta las siguientes disposiciones: 1. Debe hacerse un análisis por métodos gráficos o analíticos, con base en curvas de demanda de cada población o zona abastecida y del régimen previsto de alimentación de los tanques. El volumen que va a ser almacenado será igual al volumen calculado multiplicado por un factor de 1.2. 2. En el nivel bajo de complejidad, si no existen datos que describan las curvas de variación del consumo horario, el volumen almacenado será igual a 1/3 del volumen distribuido a la zona que va a ser abastecida en el día de máximo consumo, garantizando en todo momento las presiones adecuadas. 3. En los niveles medio y medio alto de complejidad, en caso de preverse discontinuidad en la alimentación al tanque, el volumen de almacenamiento debe ser igual o mayor que 1/3 del volumen distribuido a la zona que va a ser abastecida en el día de máximo consumo, más el producto del caudal medio diario (Qmd) por el tiempo en que la alimentación permanecerá inoperante. 4. Para el nivel alto de complejidad el volumen de regulación debe ser ¼ del volumen presentado en el día de máximo consumo. 5.8.3 CAPACIDAD DEL TANQUE La capacidad del tanque es función de varios factores a considerar:  Compensación de las variaciones horarias: La capacidad requerida para compensar dichas variaciones en los consumos, estará basada en la curva representativa de las demandas durante las 24 horas del día y en la condición de conducción de agua al estanque, de forma tal que se produzca un equilibrio entre los caudales de llegada y salida que garanticen un servicio continuo y eficiente.

 Reserva para emergencia por incendio: El volumen adicional para combatir incendios será el que resulte de considerar un incendio de duración entre 2 a 4 horas. En la siguiente tabla se muestra la variación horaria del consumo de la población con cálculo del QMH, incluida el caudal necesario en caso de incendios.

Horas 0_1 1_2 2_3 3_4 4_5 5_6 6_7 7_8 8_9 9_10 10_11 11_12 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24

CURVA DE MODELACIÓN Demanda Consumo por hora Horaria 0,45 11,95 0,48 12,74 0,55 14,60 0,70 18,58 0,85 22,56 0,95 25,22 1,00 26,55 0,95 25,22 0,90 23,89 0,80 21,24 0,65 17,26 0,75 19,91 0,85 22,56 0,85 22,56 0,80 21,24 0,70 18,58 0,60 15,93 0,55 14,60 0,68 18,05 0,65 17,26 0,55 14,60 0,55 14,60 0,47 12,48 0,46 12,21

A continuación se muestra una curva de modulación del acueducto, en función de la variación horaria del consumo.

GRAFICO N0 1.

Demanda por hora 30,00

Demanda

25,00 20,00 15,00 10,00 5,00

23

21

19

17

15

13

11

9

7

5

3

1

0,00 Horas

5.8.4 CALCULOS DEL VOLUMEN DEL TANQUE DE ABASTECIMIENTO Para el cálculo del volumen del tanque se presenta la siguiente tabla de cálculos donde se muestra la variación del consumo durante el día.

Horas 0_1 1_2 2_3 3_4

Abastecimiento 1 1 1 1

Demanda horaria 0,45 0,48 0,55 0,70

Demanda Horaria

Diferencia

Acumulada 0,45 0,93 1,48 2,18

0,55 0,52 0,45 0,30

Diferencia Acumulada 0,55 1,07 1,52 1,82

4_5 5_6 6_7 7_8 8_9 9_10 10_11 11_12 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0,85 3,03 0,95 3,98 1,00 4,98 0,95 5,93 0,85 6,78 0,75 7,53 0,65 8,18 0,60 8,78 0,75 9,53 0,85 10,38 0,80 11,18 0,70 11,88 0,65 12,53 0,63 13,16 0,68 13,84 0,65 14,49 0,55 15,04 0,50 15,54 0,47 16,01 0,46 16,47 CURVA DE MODELACION

0,15 0,05 0,00 0,05 0,15 0,25 0,35 0,40 0,25 0,15 0,20 0,30 0,35 0,37 0,32 0,35 0,45 0,50 0,53 0,54

1,97 2,02 2,02 2,07 2,22 2,47 2,82 3,22 3,47 3,62 3,82 4,12 4,47 4,84 5,16 5,51 5,96 6,46 6,99 7,53

Diferencia Acumulada Vs. Horas 8,00

Diferencia Acumulada

7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Horas

El abastecimiento del tanque debe satisfacer la demanda de la población. Para calcular el volumen del tanque se hace la siguiente formulación:

Volumen del tan que = Volumen gasto +Volumen incendio

16.55 l × 0.55 × 7.53 × 3600 s s Volumen gasto = = 246,70 m 3 1000 10 l × 3600 s s Volumen incendio = = 36 m 3 1000 Volumen del tan que = 282.70 m 3

Para definir las dimensiones del tanque se asume una altura de tanque de 4 m. Para esta altura se procede a calcular los lados mediante la siguiente relación: Lados =

VT 282.70 m 3 = = 8.41 m H 4m

5.8.5 UBICACIÓN DEL TANQUE DE ABASTACIMIENTO El tanque de almacenamiento, representan el enlace entre la red de distribución y el sistema de provisión. Dicha ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio establecidas por las normas, en los cuales la presión mínima es de 15 mca y la máxima de 60 mca; sin embargo, parece más conveniente basar la presión mínima acorde con el número de pisos de las edificaciones, empleando la expresión: P= 1.2 (3N+6), en donde: P: Presión en metros N: Número de pisos de la edificación Considerando que la zona en estudio tiene un predominio de construcciones de 2 pisos, se obtiene entonces: P= 1.2 (3x2+6) =14.4 m = 15 m.

Dado que la cota a la que se encuentra el tanque es elevada (32 m) y después de hacer la simulación de la red con EPANET, las presiones mínimas en los nudos cumplen con la normatividad dada por el RAS 2000 (para el nivel de complejidad alto corresponde a 15 mca), esto permite no elevar considerablemente el tanque, la altura de simulación es de 4m.

5.9 MODELACIÓN DEL SISTEMA: Se empeló el software Epanet 2.0 (U.S. Environmental Protection Agency) para evaluar el comportamiento del sistema de distribución a diseñar. Los datos introducidos al programa fueron: 5.9.1 DATOS INICIALES 5.9.1.1 DETERMINACIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO: Al tratase de una red de distribución se selecciona el caudal máximo horario como caudal de diseño. Para el nudo 8 donde se ubicó el hidrante se tendrá en cuenta un caudal extra correspondiente al requerimiento del hidrante. 5.9.1.2 DETERMINACIÓN DE LA COTA CLAVE: Conociendo la cota natural del terreno (cota negra) se calcula la cota clave. La tubería se ubicará a una profundidad de 1.2 metros, por tanto: Cota Clave = Cota negra − 1.2m 5.9.1.3 SELECCIÓN DEL MATERIAL: Para la red de distribución se empleará tuberías de PVC, para el cual corresponde un coeficiente de fricción de 150. 5.9.1.4 SELECCIÓN DEL DIÁMETRO: Se tendrá en cuenta la especificación del RAS en cuanto a los diámetros mínimos permitidos según el nivel de complejidad. Para este proyecto se toma como mínimo valor para el diámetro 100 mm. DATOS INICIALES POR NUDO NUDO

QMH (lts/seg)

1 2 3 4 5 6 7

0,2495 0,1644 2,1901 0,6301 0,7690 1,4764 2,5241

COTA NEGRA (m) 19,10 16,68 15,01 12,42 14,63 19,72 9,00

COTA CLAVE (m) 17,90 15,48 13,81 11,22 13,43 18,52 7,80

8 9 10 11 12 13 14 15

11,1852 0,7253 1,5135 0,8680 1,1097 1,6069 0,9005 0,6342

9,18 7,47 3,73 5,26 3,94 2,66 1,80 1,70

7,98 6,27 2,53 4,06 2,74 1,46 0,60 0,50

DATOS INICIALES POR TRAMO

Longitud

DIÁMETRO

(M)

(MM)

Tanque -1 1-2 1-5 2-4 3-4 3-10 4-9 4-5 5-8 5-6 6-7 7-8 7-13 8-9 8-12 9-11 10-11

72.2855 102.7505 74.700 78.3186 111.2591 214.900 105.1106 96.966 102.9672 143.5775 98.1408 123.3506 113.2359 85.5202 110.589 110.004 112.7517

11-15 11-12 12-13 12-14 14-15

122.6482 80.4666 102.7089 127.200 68.950

200 150 200 150 100 100 100 100 150 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

tramo

CAUD AL

C

LPS 26.55 6.87 19.43 6.71 3.77 1.58 3.99 -1.68 13.34 3.64 2.16 -1.45 1.09 -1.16 0.01 2.11 0.07

150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150

-0.82 0.49 0.52 0.71 0.01

150 150 150 150 150

CAUDAL POR TRAMO

LONGITUD DE TRAMOS Y ELEVACION DE NUDO

DIAMETROS DE TUBERIAS

5.9.2

VERIFICACIÓN DE LAS PRESIONES EN LOS NUDOS: El RAS establece 15

mca como presión mínima para un sistema de nivel de complejidad alto, como se reseña en la TABLA B.7.4. De acuerdo a ello se comparan los resultados arrojados por el software, observando que para los diámetros seleccionados se cumple con este requerimiento en todos los nudos del sistema.

PRESIONES EN LOS NUDOS Nudo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Presión 16.68 19 24.32 23.18 21.03 15.61 26.24 26.12 27.75 31.5 29.97 31.28 32.56 33.41 33.51

PRESIONES EN LOS NUDOS

5.9.3

VERIFICACIÓN DE LAS VELOCIDADES EN CADA TRAMO: La

verificación de las velocidades en los tramos del sistema es necesario para el control de la posible sedimentación. Se tiene como valor mínimo permitido para ello a 0.3 m/s. Sin embargo al analizar los valores arrojados por el software se nota que no en todos los tramos se cumple con este requerimiento, por tanto en su operación y mantenimiento se debe prestar atención a una posible sedimentación para no generar traumatismo en la prestación del servicio y poder garantizar la presión mínima establecida por el RAS. VELOCIDADES EN CADA TRAMO Tramo Tanque -1 1-2 1-5 2-4 3-4 3-10 4-9 4-5 5-8 5-6 6-7 7-8 7-13 8-9 8-12 9-11 10-11

11-15 11-12 12-13 12-14 14-15

Velocidad M/SEG 0.85 0.39 0.62 0.38 0.48 0.20 0.51 0.21 0.75 0.46 0.27 0.18 0.14 0.15 0.01 0.27 0.01 0.10 0.06 0.07 0.04 0.01

VELOCIDADES EN CADA TRAMO

5.9.4 VERIFICACIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN CADA TRAMO: El RAS establece como valor permitido para las pérdidas en los tramos de tubería 5m/km. Al analizar los valores arrojados por el software se puede concluir que la configuración planteada para la red se cumple con este parámetro. PÉRDIDAS EN CADA TRAMO Tramo Tanque -1 1-2 1-5 2-4 3-4 3-10 4-9 4-5 5-8 5-6 6-7 7-8 7-13 8-9 8-12 9-11 10-11

11-15 11-12 12-13 12-14 14-15

Perdidas M 3.05 1.01 1.71 0.97 2.40 0.45 2.67 0.54 3.46 2.25 0.86 0.41 0.24 0.27 0.07 0.82 0.00 0.14 0.05 0.06 0.11 0.00

PÉRDIDAS EN CADA TRAMO

VALVULAS EN TUBERIAS TRAMO Tanque -1 1-2 1-5 2-4 3-4 3-10 4-9 4-5 5-8 5-6 6-7 7-8 7-13 8-9 8-12 9-11 10-11

11-15 11-12 12-13 12-14 14-15

VÁLVULA

x x x

x

X X

X

X

VALVULAS EN TUBERIAS

ACCESORIOS EN NUDOS, INTERSECCIONES Y ESQUINAS

CONCLUSIONES



Para un diseño óptimo de un sistema de suministro de agua potable es necesario

reconocer las características socio-económicos de la población a abastecer dado que a partir de esta información se logrará establecer los valores de los caudales requeridos y por tanto de las características físicas del sistema.



El diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable debe regirse por los

parámetros fijados por el RAS 2000, documento que establece las condiciones mínimas y especificaciones de todos los elementos del operabilidad del sistema.



Se concluye que el funcionamiento de la red de distribución esta condicionado por

la presión que debe existir en los nudos para garantizar la prestación del servicio, cabe anotar que las velocidades en algunos tramos de la tubería no era considerables dada la distribución de caudales y la influencia de los diámetros.

BIBLIOGRAFIA

 REGLAMENTO DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, RAS 2000.