Linea de Conducción.

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ÍNDICE RESUMEN I.

INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVOS. 1.2. ALCANCE. 1.3. JUSTIFICACIÓN.

II.

REVISIÓN DE LITERATURA II.1. DEFINICIONES. II.2. TUBERÍAS DE CONDUCCIÓN. A. LÍNEAS DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. - CLASIFICACIÓN. - RECOMENDACIONES PARA EL SISTEMA DE BOMBEO B. LÍNEAS DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. - CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN TUBERIAS: - INFORMACIÓN BÁSICA. - TRAZADO. - CAUDAL DE DISEÑO. - CARGA ESTÁTICA Y DINÁMICA. - TUBERÍAS. - DIÁMETROS. - VELOCIDAD PERMISIBLE. - CLASES DE TUBERÍAS. - LÍNEA DE GRADIENTE HIDRAÚLICA. - PÉRDIDA DE CARGA. - PÉRDIDA DE CARGA UNITARIA. - PÉRDIDA DE CARGA POR TRAMO. - PRESIÓN. - CONBINACIÓN DE TUBERÍAS. - ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS. a) Cámara de Válvula de Aire. b) Cámara de Válvula de Purga. c) Cámara Rompe-Presión. RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO -

CONSIDERACIONES BÁSICAS. a. CAPACIDAD DEL RESERVORIO.  DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE REGULACIÓN. a) Método basado en la curva de consumo. b) Método empírico. b. TIPOS DE RESERVORIOS. c. UBICACIÓN DEL RESERVORIO. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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ADUCCIÓN. DISTRIBUCIÓN. III.

IV.

METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO. A. METODOLOGIA. B. PROCEDIMIENTO.  LÍNEA DE CONDUCCIÓN.  VARIACIONES HORARIAS.  ALMACENAMIENTO.  LÍNEA DE ADUCCIÓN.  LÍNEA DE DISTRIBUCIÓN.  CÁLCULO DE LOS DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS DE LA RED.  VERIFICACIÓN DE PRESIONES EN LAS TUBERÍAS. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES IV.1. IV.2. IV.3. IV.4. IV.5.

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA. ANÉXOS. PLANOS.

RESUMEN: Ahora en el presente trabajo nos ocuparemos a diseñar las tres siguientes partes: Conducción del agua, almacenamiento del agua, y finalmente la distribución del agua. La primera parte que se refiere a la conducción del agua el diseño será por gravedad y se diseñará con bombas donde los tramos de la topografía sean desfavorables, el diseño por gravedad consiste en utilizar tubería clase 5, asignado por el docente y en tramos donde se ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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diseñen por bombeo la clase se lo determinan por el golpe de ariete. La segunda parte consiste en diseñar el reservorio, el cual por cuestiones del presente trabajo, el volumen de equilibrio se lo determinará con el volumen más bajo calculado por el suministro de bombas para periodos de tiempo 12, 14, 16 y 18 horas, en variaciones de consumo continuas y discontinuas. Finalmente en la última parte de este trabajo se diseñará la distribución del agua previo a ello se diseñará la tubería de aducción donde aquí se tendrá en cuenta el fenómeno de golpe de ariete para poder determinar la clase de la tubería, la verificación de caudales en los tramos se lo hará con el método de Hardy Cross luego se comprobará las presiones en cada nudo y finalmente se hace el trazo de la red secundaria. I.

INTRODUCCIÓN Un sistema de agua potable cuenta con una serie de obras, desde la captación, hasta su distribución en la ciudad. Una de estas obras hidráulicas es la línea de conducción que salvando los obstáculos que la topografía presenta, tiene por finalidad trasladar el agua desde la captación o la planta de tratamiento hacia un almacenamiento, esta línea es parte vital en el sistema, ya que de un buen diseño dependerá el costo y eficiencia que tenga, la línea de conducción puede ser: por gravedad o por bombeo dependiendo de la topografía existente, el material puede ser PVC, cemento, F°F°, acero, etc. Para un adecuado funcionamiento de esta obra, requiere una serie de condiciones técnicas y accesorios de seguridad y protección como material de la tubería, clase, presión, velocidad, de las cuales necesariamente se tiene que realizar un chequeo hidráulico en los puntos de mayor riesgo; dentro de los accesorios de protección tenemos las válvulas de purga (válvula de limpieza) que se instalan en las partes más bajas de la tubería, las ventosas (válvulas de expulsión de aire) que se colocan en los puntos más altos de la tubería, las cámaras rompe-presión que se instalan en lugares adecuados con la finalidad de disminuir la presión a cero en la tubería. La línea de aducción tiene similar comportamiento, con la consideración de evaluar la sobrepresión por el fenómeno de golpe ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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de ariete, el caudal de diseño es el caudal máximo diario y horario respectivamente. El sistema tendrá un reservorio de almacenamiento que ayudará a regular el consumo de la población, así como una línea de aducción y una red de distribución. I.1.

OBJETIVOS.



Realizar el diseño de la línea de conducción para el perfil asignado, combinando conducción por gravedad y bombeo, empleando únicamente tubería CLASE 5 la primera.



Evaluar las variaciones horarias para diferentes tiempos y tipos de bombeo.



Diseñar el reservorio de almacenamiento del sistema.



Realizar el diseño de la línea de aducción.



Diseñar la red primaria de distribución.

I.2.

ALCANCES.

Para poder dimensionar los diámetros de la tubería de conducción se tiene como dato el caudal determinado del primer trabajo escalonado que es el (Qmáxd= 46.76 lt/s). Y teniendo en cuenta la velocidad mínima y máxima para tubería PVC. También se tiene el perfil del Terreno trazado por el docente del curso. En cuanto al almacenamiento, el volumen de equilibrio se lo determinará con el volumen más bajo calculado por el suministro de bombas para periodos de tiempo 12, 14, 16 y 18 horas, en variaciones de consumo continuas y discontinuas. Otro dato a emplear del primer trabajo escalonado es (Qmáxh= 64.75 lt/s). Para dimensionar la tubería de aducción. Además para la ejecución del proyecto se cuenta con un plano a curvas de nivel en las cuales están ubicadas las manzanas de una ciudad con sus cotas respectivas, donde se traza la red principal, luego en cada punto de salida, las presiones deben cumplir las condiciones mínimas para llevar el agua a las viviendas y tener el servicio de agua satisfactorio. El caudal que pasará por cada tubería se tomará del consumo máximo horario. I.3.

JUSTIFICACIÓN. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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La búsqueda de soluciones técnicas–económicas, es una de las principales justificaciones para hacer el presente trabajo, de tal manera diseñar que el sistema de abastecimiento además de ser económica sea eficiente. En cuanto a la red de distribución su importancia de diseño está en que debemos dejar en cada punto de salida la cantidad de agua necesaria y la presión mínimas para poder satisfacer diversas necesidades en una ciudad, esto conllevará a evitar enfermedades y elevando de esta forma el nivel de calidad de vida del poblador. II.

REVISIÓN DE LITERATURA II.1. DEFINICIONES: 















Cámaras rompe presión: Estructura que permite disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión atmosférica), con la finalidad de evitar daños a la tubería. Carga dinámica: En cualquier punto de la línea, representa la diferencia de la carga estática y la pérdida de carga por fricción en la tubería. Golpe de ariete: Se denomina a la sobrepresión que reciben las tuberías, por efecto del cierre brusco del flujo de agua. Línea gradiente hidráulica: Es la línea que indica la presión en columna de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. Línea de impulsión: En un sistema por bombeo, es el tramo de tubería que conduce el agua desde la estación de bombeo hasta el reservorio. Nivel de carga estática: Representa la carga máxima a la que puede estar sometida una tubería al agua cuando se interrumpe bruscamente el flujo. Pérdida de carga unitaria (hf): Es la pérdida de energía en la tubería por unidad de longitud debida a la resistencia del material del conducto al flujo del agua. Se expresa en m/km o m/m. Pérdida por tramo (Hf): Viene a representar el producto de pérdida de carga unitaria por la longitud del tramo de tubería.

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

Reservorio: Es la instalación destinada al almacenamiento de agua para mantener el normal abastecimiento durante el día.  Válvula de aire: Válvula para eliminar el aire existente en las tuberías; se las ubica en los puntos altos de la línea.  Válvula de purga: Válvula ubicada en los puntos más bajos de la red o conducción para eliminar acumulación de sedimentos.

II.2. TUBERÍAS DE CONDUCCIÓN Por lo general las tuberías de conducción son largas, y por lo tanto las pérdidas de carga en las tuberías son muy grandes comparadas con las pérdidas locales en cambio de dirección, válvulas, etc. Además de lo energía cinética del agua es pequeña (V2/2g), puesto que la velocidad del agua es también pequeña. Existen maneras de transportar el agua: - Líneas de Conducción por Bombeo. - Líneas de Conducción por Gravedad. A. LÍNEAS DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO Es una máquina que absorber energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico ocasionada manualmente, molino de viento, máquina de combustión interna, etc. permite trasladar el fluido de un lugar a otro a un mismo nivel y/o a diferentes lugares o niveles. CLASIFICACIÓN. Nos referimos a la clasificación que presenta el manual de sistemas de abastecimiento de agua, Departamento de Salud y Bienestar de los Estados Unidos de Norteamérica, texto Manual de pozos por Gibson - Singer.  BOMBAS DE MOVIMIENTO ALTERNO - De superficie. - De pozo profundo.  BOMBAS ROTATIVAS - De superficie (engrane ó álabe) - De pozo profundo (rotor helicoidal) ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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 BOMBAS CENTRIFUGAS. -

De superficie. De turbina (paso sencillo) De pozo profundo.

 RECOMENDACIONES PARA EL SISTEMA DE BOMBEO -

Proteger la bomba contra inundaciones y el motor que puede estar en un lugar seco (principalmente cuando éste es eléctrico).

-

La cimentación debe ser bastante firme para asegurar una buena alineación del grupo motor bomba y se mantenga esta aún con el tiempo de servicio prolongado.

-

Alinear y fijar el grupo antes de unir las tuberías de aspiración y descargar. Al unir estas no deben forzar la bomba.

-

Cuando se eleva agua desde un pozo desde un nivel situado a 25 pies (7.6 m.) o más bajo a la superficie del suelo, se baja la bomba dentro del pozo y ya sea sumergiéndola completamente en el agua o llevándola muy cerca de la superficie del líquido permitir que desarrolle la altura de succión de ésta.

-

Proveer de las válvulas necesarias en la tubería de descarga.

-

La tubería de succión no debe tener entradas de aire ni debe formar bolsas de aire (ver cebado de bombas). así mismo evitar al máximo los codos y cambios de sección.

-

Antes de la puesta en marcha se debe asegurar el cebado de la bomba.

-

Para cada bomba en particular se debe seguir al pié de la letra las recomendaciones del fabricante, adicionales a las indicaciones en los párrafos anteriores.  CEBADO DE BOMBAS Cebado es el nombre que se da al proceso por el cual se introduce agua en una bomba a fin de desalojar el aire atrapado en ella y su tubo de succión durante los períodos de reposo. En otras palabras el cebado produce una masa continua de agua desde la abertura de admisión del impulsor de la bomba, hacia abajo, a través del tubo de succión. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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Los muchos mecanismos y procedimientos empleados en la obtención y el mantenimiento del cebado de las bombas, generalmente comprenden uno o una combinación de los siguientes factores: 1. Una válvula de pie para retener el agua en la bomba durante los períodos de interrupción. 2. Una ventilación para permitir el escape del aire atrapado. 3. Una bomba auxiliar u otro mecanismo (tubo desde un tanque elevado) para llenar la bomba con agua.  LÍNEA DE CONDUCCION POR BOMBEO La línea de conducción llamada también, tubería de bombeo o tubería de descarga deberán ser instalados luego en la salida de la bomba, una válvula de retención o válvula de Cheek y una válvula de compuerta. La primera tiene por objeto evitar que el líquido vuelva cuando la bomba sea desconectada. Así como también sirva de protección contra el acceso de presión, el golpe de ariete e impide al mismo tiempo que la bomba gire en sentido contrario al de su rotación. La válvula de retención debe ser colocada entre la válvula de compuerta y la bomba, permitiendo así inspeccionarla cuando sea necesario. Si se utilizan reducciones en la tubería de descarga deben estar situadas entre la válvula de retención y la bomba. El diámetro de la tubería de descarga deberá ser, siempre que sea conveniente dos medidas mayores que el diámetro de salida de la bomba y nunca menor que este último. Las características de la tubería de descarga son determinadas por la pérdida de carga, velocidad y viscosidad del líquido. B. CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD: Se la puede realizar por dos maneras: * Por canales. * Por conductos forzados. (Tuberías) En nuestro caso nos diseñaremos por conductos forzados; que tienen las siguientes características esenciales: - Evitan la contaminación. - Genera pérdidas de carga. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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- Soluciona problemas de irregularidades en la topografía.  CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN TUBERIAS: -

-

La profundidad a colocar la tubería dentro del terreno será de 0.80 m. Colocar los accesorios necesarios para la seguridad y protección. Se colocarán válvulas de aire, ventosas, válvulas de purga, reductoras de presión, cámara rompe presión donde sea necesario. Se usarán tuberías FºFº ; Acero ; PVC ; Asbesto-Cemento con diámetros comerciales de 2” ; 2½” ; 3” ; 4’ ; 6” ; 8” etc. Colocar una rejilla de entrada en el conducto forzado.

 INFORMACIÓN BÁSICA Para el diseño se requiere de: a) b) c) d)

Información de la población. Investigación de la fuente: Caudal y temporalidad Plano topográfico de la ruta seleccionada. Estudio de suelos y si es el caso estudio geológico para determinar la estabilidad del terreno. e) Calidad fisicoquímico de la fuente.  TRAZADO Se tomará en cuenta lo siguiente: a) Evitar pendientes mayores del 30% para evitar velocidades excesivas. b) En lo posible buscar el menor recorrido siempre y cuando esto no conlleve a excavaciones excesivas u otros aspectos. c) Evitar cruzar por terrenos privados o comprometidos para evitar problemas durante la construcción y en la operación y mantenimiento. d) Mantener las distancias permisibles de vertederos sanitarios, márgenes de ríos, terrenos aluviales, nivel freático alto, cementerios y otros servicios. e) Utilizar zonas que sigan o mantengan distancias cortas a vías existentes o que por su topografía permita la creación de caminos para la ejecución, operación y mantenimiento. f) Evitar zonas vulnerables a efectos producidos por fenómenos naturales. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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g) Tener en cuenta la ubicación de las canteras para los préstamos y zonas para la disposición del material sobrante, producto de la excavación. h) Establecer los puntos donde se ubicarán instalaciones, válvulas y accesorios, u otros accesorios especiales que necesiten cuidados, vigilancia y operación.  CAUDAL DE DISEÑO Para el diseño de líneas de conducción se utiliza el caudal máximo diario (Qmd) para el período del diseño seleccionado.  CARGA ESTÁTICA Y DINÁMICA La Carga Estática máxima aceptable será de 50 m y la Carga Dinámica mínima será de 1 m.

 TUBERÍAS Para la selección de la clase de tubería se debe considerar los criterios que se indican en la figura 2.

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CUADRO Nº 01.- PRESIONES MÁXIMAS SEGÚN LA CLASE DE TUBERIA CLASE 5 7.5 10 15

PRESIÓN MÁXIMA DE PRUEBA (m.) 50 75 100 150

PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO (m.) 35 50 70 100

 DIÁMETROS Para determinar los diámetros se consideran diferentes soluciones y se estudian diversas alternativas desde el punto de vista económico. Considerando el máximo desnivel en toda la longitud del tramo, el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de conducir el gasto de diseño con velocidades permisibles dependiendo del material de la tubería y las pérdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a la carga disponible. El diámetro mínimo de la línea de conducción es de 3/4” para el caso de sistemas rurales.  VELOCIDAD PERMISIBLE MATERIAS CONCRETO FºFº ; Acero ; PVC ; A-C

MÍNIMA (m / seg.) 0.6 0.6

MÁXIMO (m / seg.) 3 5

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 CLASES DE TUBERÍA Las clases de tubería a seleccionarse estarán definidas por las máximas presiones que ocurran en la línea representada por la línea de carga estática. Para la selección se debe considerar una tubería que resista la presión más elevada que pueda producirse, ya que la presión máxima no ocurre bajo condiciones de operación, sino cuando se presenta la presión estática, al cerrar la válvula de control en la tubería. En la mayoría de los proyectos de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales se utilizan tuberías de PVC. Este material tiene ventajas comparativas con relación a otro tipo de tuberías: es económico, flexible, durable, de poco peso y de fácil transporte e instalación; además, son las tuberías que incluyen diámetros comerciales menores de 2” y que fácilmente se encuentran en el mercado.  LÍNEA DE GRADIENTE HIDRÁULICA La línea de gradiente hidráulica (L.G.H.) indica la presión de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. Cuando se traza la línea de gradiente hidráulica para un caudal que descarga libremente en la atmósfera (como dentro de un tanque), puede resultar que la presión residual en el punto de descarga se vuelva positiva o negativa, como se ilustra.

b) Presión Residual

a) Presión Residual Negativa la presión residual positiva, que En el Figura (a) se observa indica que hay un exceso de energía gravitacional; quiere decir, que hay energía suficiente para mover el flujo. En la Figura

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(b) se observa la presión residual negativa, que indica que no hay suficiente energía gravitacional para mover la cantidad deseada de agua; motivo suficiente para que la cantidad de agua no fluya. Se puede volver a trazar la L.G.H. usando un menor caudal y/o un diámetro mayor de tubería con la finalidad de tener en toda la longitud de la tubería una carga operativa de agua positiva.  PÉRDIDA DE CARGA La pérdida de carga es el gasto de energía necesario para vencer las resistencias que se oponen al movimiento del fluido de un punto a otro en una sección de la tubería. Las pérdidas de carga pueden ser lineales o de fricción y singulares o locales. Las primeras, son ocasionadas por la fuerza de rozamiento en la superficie de contacto entre el fluido y la tubería; y las segundas son producidas por las deformaciones de flujo, cambio en sus movimientos y velocidad (estrechamientos o ensanchamientos bruscos de la sección, torneo de las válvulas, grifos, compuertas, codos, etc.)  PÉRDIDA DE CARGA UNITARIA Para este cálculo, pueden utilizarse muchas fórmulas, sin embargo una de las más usadas en conductos a presión, es la de Hazen-Williams. Esta fórmula es válida únicamente para tuberías de flujo turbulento, con comportamiento hidráulico rugoso y con diámetros mayores a 2”. Las Normas del Ministerio de Salud, para el cálculo hidráulico recomiendan el empleo de la fórmula de Fair-Whipple para diámetros menores a 2“; sin embargo se puede utilizar la fórmula de Hazen-Williams, con cuya ecuación los fabricantes de nuestro país elaboran sus nomogramas en los que incluyen diámetros menores a 2”. Para los propósitos de diseño se considera: Ecuación de Hazen - Williams 10.7 Q1.85 L hf  1.85 4.87 C D

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Donde: D = Diámetro de la tubería (m). Q = Caudal (m3/s). hf = Pérdida de carga unitaria (m/m). C = Coeficiente de Hazen Williams L = Longitud de Tubería (m.) En caso de usar: MATERIAL Fierro Fundido Concreto Acero Asbesto Cemento/P.V.C

C 100 110 120 140

 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO La perdida de carga por tramo (Hf) se define como (m) Hf = hf x L Siendo L la longitud del tramo de tubería (m). Para determinar la pérdida de carga por tramo es necesario conocer los valores de carga disponible, el gasto de diseño y la longitud del tramo de tubería. Con dicha información y con el uso de nomogramas o la aplicación de fórmulas se determina el diámetro de tubería. En caso de que el diámetro calculado se encuentre entre los rangos de dos diámetros comerciales se selecciona el rango superior o se desarrolla la combinación de tuberías.  PRESIÓN La presión representa la cantidad de energía gravitacional contenida en el agua. Se determina mediante la ecuación de Bernoulli. Dond e: Z P/γ V Hf

= Cota de cota respecto a un nivel de referencia arbitraria. = Altura de carga de presión “P es la presión y γ el peso Especifico media del fluido” (m) considerado (m/s). = Velocidad del punto = Es la pérdida de carga que se produce de 1 a 2

Si V1 = V2 y como el punto 1 esta a presión atmosférica, o sea P1 = 0. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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Entonces: P2/γ = Z1 - Z2 – Hf (figura 3).

 COMBINACIÓN DE TUBERÍAS Es posible diseñar la línea de conducción mediante la combinación de tuberías, tiene la ventaja de optimizar las pérdidas de carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles y disminuir los costos del proyecto. Se define lo siguiente: Hf L X L-X hf1 hf2

= = = = = =

Pérdida de carga total (m). Longitud total de tubería (m). Longitud de tubería de diámetro menor (m). Longitud de tubería de diámetro mayor (m). Pérdida de carga unitaria de la tubería de mayor diámetro. Pérdida de carga unitaria de la tubería de menor diámetro. La pérdida de carga total deseada Hf, es la suma de pérdidas de carga en los dos tramos de tubería (figura 4). Hf=hf2 x X + hf1 x (L-X)

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 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS a) Cámara de Válvula de Aire El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del área del flujo del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del gasto. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire automáticas (ventosas) o manuales (figura 5).

Diámetro de ventosas en función del diámetro de la tubería.

Φ TUBERÍA

Φ VENTOSA MANUAL

Φ VENTOSA AUTOMÁTICA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INGENIERÍA CIVIL 12” 14 ” 16 ” 18 ” 20 ” 24 ” 30 ”

4” 4” 6” 6” 6” 8” 6”

3/4” 3/4” 1” 1” 2” 2” 2”

b) Cámara de Válvula de Purga Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la línea de conducción con topografía accidentada, provocan la reducción del área de flujo del agua, siendo necesario instalar válvulas de purga que permitan periódicamente la limpieza de tramos de tuberías (figura 6).

Estas válvulas se colocan en las partes más bajas de las líneas de conducción (o aducción), con la finalidad de evacuar los sedimentos actuados en estos puntos, utilizando la misma fuerza dinámica del conjunto. Diámetros de limpieza en función de diámetro de la tubería. Φ TUBERÍA 2” 2½” 3” 4” 6” 8” 10 ”

Φ LIMPIEZA 2” 2” 2” 2” 4” 4” o 6” 6”

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INGENIERÍA CIVIL 12 14 16 18 20

” ” ” ” ”

6” 6” 6” 6” 8”

c) Cámara Rompe-Presión Al existir fuerte desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar la tubería. En este caso se sugiere la instalación de cámaras rompe-presión cada 50 m de desnivel. La tubería de ingreso estará por encima de nivel del agua (figura 7).

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO CONSIDERACIONES BÁSICAS Los aspectos más importantes a considerarse para el diseño son la capacidad, ubicación y tipo de reservorio. A) CAPACIDAD DEL RESERVORIO La capacidad del almacenamiento de un reservorio en el medio rural es función, principalmente, del volumen de regulación para atender las variaciones del consumo de la población.  DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE REGULACIÓN

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Los reservorios deben permitir que las demandas máximas que se producen en el consumo sean satisfechas cabalmente, al igual que cualquier variación en los consumos registrados en las 24 horas del día, proveyendo presiones adecuadas en la red de distribución. Los reservorios tienen la función de almacenar el agua sobrante cuando el caudal de consumo sea menor que el de abastecimiento y aportar la diferencia entre ambos cuando sea mayor el de consumo. La capacidad así requerida se denominará de regulación o de capacidad mínima. Para determinar el volumen de regulación de los reservorios podrían emplearse los métodos siguientes: a) Método basado en la curva de consumo Para determinar la capacidad mínima de un reservorio elevado mediante este método, se precisa disponer de datos suficientes sobre las variaciones de consumo horarias y diarias de la población del proyecto o de una comunidad que presente características semejantes en términos de desenvolvimiento socio-económico, hábitos de población, clima y aspectos técnicos del sistema. Asimismo, debe conocerse o fijarse el régimen de alimentación del reservorio: continúo o discontinuo, número de horas de bombeo, caudal de bombeo, etc. El método consiste en graficar las curvas del caudal horario de consumo y del caudal de abastecimiento para el día más desfavorable o de mayor consumo. Determinar en este gráfico las diferencias en cada intervalo entre los volúmenes aportados y consumidos. La máxima diferencia será la capacidad teórica del reservorio (véanse figuras 1 y 2). Esta capacidad puede ser determinada también con la ayuda del diagrama de masas o curva de consumos acumulados construida sobre la base de la curva de caudales horarios de consumo, tal como se muestra en la figura 3. En este diagrama, la capacidad del reservorio se determina mediante la suma de los segmentos verticales C1 y C2. Debe considerarse que la capacidad del reservorio estará determinada por el tiempo de bombeo y por el periodo de ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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bombeo. A mayor tiempo de bombeo menor capacidad de reservorio y viceversa; sin embargo, al aumentar el periodo de bombeo aumenta también los costos de operación y mantenimiento, de modo que la solución más conveniente estará definida por razones económicas y de servicio (véase figura 4). Para un mismo tiempo de bombeo existirán diferencias en función a los horarios o periodos que se seleccionan para el bombeo. La selección en los turnos de bombeo debe ser hecha tomando en cuenta los horarios que menos desajustes provoquen a los horarios normales de trabajo, o al menos, aquellos que no signifiquen excesivos costos de operación. Es conveniente, por tanto, que el proyectista señale en la memoria descriptiva, los turnos de bombeo aconsejables para la fase de operación. En el volumen del reservorio debe preverse también una altura libre sobre el nivel máximo del nivel de aguas, a fin de contar con un espacio de aire ventilado; es recomendable que esta altura sea mayor o igual a 0.20 m. Figura 1. Curvas de caudal de consumo y de abastecimiento al reservorio

- Fuente CEPIS Figura 2. Determinación grafica del volumen de regulación de un reservorio.

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- Fuente CEPIS Figura 3. Determinación del volumen de regulación de un reservorio elevado mediante el diagrama de masa.

- Fuente CEPIS Figura 4. Curva de consumos acumulados y tasas de bombeo A, B, C, determinantes de las diferentes capacidades del reservorio al variar el tiempo de bombeo.

B

C

A

- Fuente CEPIS

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b) Método empírico Para sistemas por bombeo, el volumen de regulación deberá estar entre el 20 a 25% del caudal promedio diario, dependiendo del número y duración de las horas de bombeo, así como de los horarios en los que se realicen dichos bombeos. Por tanto, el volumen debe ser determinado utilizando la siguiente expresión: Vr = C xQm

Donde: Vr C

= =

Qm

=

3 Volumen de regulación en m . Coeficiente de regulación 0,20 – 0,25. 3 Consumo promedio diario anual en m

B) TIPOS DE RESERVORIOS Los reservorios de almacenamiento pueden ser elevados, apoyados y enterrados. -

Los elevados, que generalmente tienen forma esférica, cilíndrica y de - paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc.

-

Los apoyados, que principalmente tienen forma rectangular y circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo.

-

Los enterrados, de forma rectangular, son construidos por debajo de la superficie del suelo (cisternas). Para capacidades medianas y pequeñas, como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales, resulta tradicional y económica la construcción de un reservorio apoyado de forma cuadrada.

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C) UBICACIÓN DEL RESERVORIO La ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presión en la red dentro de los límites de servicio, garantizando presiones mínimas en las viviendas más elevadas y presiones máximas en las viviendas más bajas. De acuerdo a la ubicación, los reservorios pueden ser de cabecera o flotantes. En el primer caso se alimentan directamente de la captación, pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados o apoyados, y alimentan directamente de agua a la población. En el segundo caso, son típicos reguladores de presión, casi siempre son elevados y se caracterizan porque la entrada y la salida del agua se hacen por el mismo tubo. Considerando la topografía del terreno y la ubicación de la fuente de agua, en la mayoría de los proyectos de agua potable en zonas rurales los reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad. El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor al centro poblado. COEFICIENTES K

 ADUCCIÓN

Tabla para calcular k V (Cientos de k m3) 17 7

Esta parte del sistema de distribución cumple la función de transportar el agua desde el sistema de regulación hasta el punto inicial de la red de distribución, sus principios de diseño son exactamente iguales al de una línea de conducción por gravedad, teniendo en cuenta diámetro, material de tubería, velocidad, caudal, fenómeno del golpe de ariete por cerradura de válvula, pérdida de carga, otros.  DISTRIBUCIÓN 

DISTRIBUCION POR GRAVEDAD

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Cuando las condiciones topográficas obliguen a separar el sistema de distribución en más de una red, la interconexión entre ellas puede estar hecho a través de válvulas; cada red debe tener por lo menos dos puntos de alimentación. En tal caso, los gastos de alimentación por cada punto dependerán de la zonificación, densidad y homogeneidad de la zona a servir. Se considera que si no existen diferencias notables en la zona a servir en cuanto a densidad de población y zonificación, puede estimarse de la zonificación, densidad y homogeneidad de la zona a servir. 

CONDICIONES PARA EL DISEÑO El sistema debe dar un servicio eficiente y continuo, por lo cual un diseño debe atender a las condiciones más desfavorables a fin de no provocar deficiencias. Estas condiciones se encuentran definidas teniendo en cuenta: a. Caudal máximo Horario b. Causal máximo diario + Caudal contra incendios. De los dos caudales se toma el mayor, lográndose el caudal de diseño para el sistema de distribución.



REDES DE DISTRIBUCIÓN Es el conjunto de tuberías que partiendo del reservorio de distribución y siguiendo su desarrollo por las calles de la ciudad sirven para llevar el agua potable al servidor. Tiene accesorios: válvulas, reservorios, reguladores ubicados en diversas zonas, etc. Su principal objetivo es proveer agua de uso doméstico, industrial, incendios, limpieza de calles y riego de jardines. Tipos de redes:

a. Red ramificada abierta: Es aquella donde la red principal se ramifica pero no llega a cerrarse, la red secundaria en algunos casos puede cerrarse. a.1 Espiga de pescado: Consiste en un conducto principal que corre por la calle principal de la población, el cual va ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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disminuyendo de diámetro a medida que avance y se alimenta conductos laterales que se desprenden de él. Es adecuado para poblaciones pequeñas. a.2 Parrilla: Tiene conductos de mayor diámetro en el sentido longitudinal y transversal de trecho en trecho que alimentan a una red de menores diámetros. Es conveniente para poblaciones pequeñas no muy extendida en calles principales según 2 ejes. Ventajas:  Es más económico  Es funcional para caseríos. Desventajas:  De romperse la red a la entrada de la ciudad, ésta queda sin agua.  Si no hay uso de agua en los terminales el agua queda estancada, generando problemas de potabilización. DENOMINACIONES DE LA TUBERIA a. Tubería matriz: Es la que arranca de un reservorio principal para alimentar un circuito primario. b. Tubería principal: Forma los circuitos que alimentan a las manzanas o distritos, también alimenta a los reservorios reguladores. c. Tubería secundaria: Forma los circuitos conforman el relleno (Tubería servicios).

básicos

que

CIRCUITO DE SISTEMA CERRADO: a. Circuito primario: Es el formado por tuberías principales de mayor diámetro a la red (de 100 a 1000 m de separación) b. Circuito secundario: Se enlaza al circuito primario por tuberías de diámetro intermedio separados de 400 a 600 m.

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c. Circuito de relleno: Constituyen al sistema propiamente dicho de distribución del cual salen conexiones domiciliarias con un diámetro menor. ACCESORIOS: a. Válvulas: 

Se debe colocar siempre para la separación de un tramo, no debe exceder más de 200 m de tubería.



Cada tramo debe aislarse a lo más mediante el cierre de 4 válvulas.



Colocarse cerca de las instalaciones de las calles.



Colocarse válvulas en las tuberías secundarias juntamente en la derivación de las principales.



Las válvulas mayores de 12” deben ir en las casetas especiales accesibles mediante bocas de inspección.



En las tuberías de 12” a más debe colocarse válvulas de purga en los puntos bajos de aire en los puntos altos.



No debe aislarse más de 500m de tubería.

b. Hidrantes: 

Se colocará cada 200m cuando la descarga necesaria sea 32 lt/seg.



En lugares públicos de grandes aglomeraciones se colocarán hidrantes especiales de 6” como mínimo con una boca de salida de 3” como mínimo.



En aceras de más de 2m de ancho los hidrantes serán de tipo poste y en la menor tipo flor de tierra. HIDRAULICA DE LA RED: A. Cálculo Hidráulico:  Para el cálculo hidráulico del sistema de distribución se presenta las mismas recomendaciones dadas en la línea de conducción.

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

En los sistemas de circuitos o mallados se deberá presentar cálculos de verificación para procedimiento de LOOP.



Las presiones máximas y mínimas de la red de distribución serán de 50 y 15 m.c.a. respectivamente. En localidades urbanas pequeñas podrá administrarse o admitir una presión mínima de 10 m.c.a. en casos debidamente justificados.

UBICACIÓN DE LAS TUBERIAS:  Las tuberías deben proyectarse para su instalación a 80 cm. De profundidad mínima sobre la parte superior del tubo.  Las calles de hasta 20 m de ancho se proyectará tuberías de agua potable a un lado de la calzada, preferentemente en el lado de mayor cota, salvo que las condiciones no las justifique.  La distancia mínima entre tuberías de agua potable u otra de líquidos locales no deberán ser menor de 2.5 m medios horizontales. De lo contrario se usarán uniones con anillos de jebe en las tuberías de alcantarillado, las de agua deberán pasar de 0.5m por encima.  La distancia mínima de tuberías paralelas a cables eléctricos será de 1m. III.

METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO A. METODOLOGIA El desarrollo de este trabajo se hará siguiendo un proceso secuencial, en algunos casos se asumirán datos de acuerdo a criterio personal.

IV.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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

Se logró realizar el diseño de la línea de conducción para el perfil asignado.



Se empleó la tubería CLASE 5 para la línea de conducción y la tubería CLASE 7.5 Y LA CLASE 10 para el tramo de cárcamo bombeo.



Se evaluó las variaciones horarias para diferentes tiempos y tipos de bombeo, seleccionando 14 horas de flujo continuo.



Diseñamos el reservorio de almacenamiento del sistema, para un volumen total de 57.0 m3.



Realizamos el diseño de la línea de aducción, para un diámetro de 8”.



Se diseñó la red primaria de distribución por el método de Hardy Cross. RECOMENDACIONES



Tener cuidado con las presiones máximas y mínimas, sobretodo en zona crítica como puntos altos y bajos. Tener en cuenta la estabilidad del terreno por donde atraviesa la tubería. Se debe procurar que la profundidad a colocar de la tubería dentro del terreno sea de 0.80 m sobre la clave, de tal manera que el costo de excavación y colocación debe ser el mínimo. No colocar ramificaciones en la línea de aducción. Se debe colocar el menor número de cámaras rompe presión para disminuir el costo.

 

 

BIBLIOGRAFÍA 01.

JOSÉ LONGA ÁLVAREZ, “Abastecimiento Alcantarillado” (Guía de Trabajo Escalonado).

de

02.

Notas de clases y separatas del Ing. JOSÉ LONGA ÁLVAREZ.

03.

MUÑOZ CABRERA, Jorge Antonio y Nilder Mercedes, “Agua Potable y Desagüe de la ciudad de Tongod”/Tesis de Grado,1988

04.

REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, NTP O.S. 010

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Agua

y

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ANÉXOS SISTEMA DE INSTALACIÓN DE TUBERÍAS. Tubos: Apoyo del tubo

Relleno y apisonado

Instalación ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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La tubería debe colocarse sobre un terreno firme y nivelado, ya sea que se instale directamente sobre la base de la excavación, o que se utilice un lecho de soporte de acuerdo con las condiciones del terreno. Se debe compactar el relleno inicial colocando en la parte inferior del tubo y a su alrededor, el apisonado puede efectuarse con pisón manual, o con un compactador mecánico. En general recomendamos: Coloque la tubería al borde de la zanja, lista para bajarla. Debe tenerse en cuenta el abscisado del proyecto para evitar movimientos innecesarios. Los instaladores deben tener en el sitio los elementos indispensables para el montaje (uniones, anillos de caucho, lubricantes, manilas, etc.) Apisone en capas de 10 cm desde el fondo de la zanja hasta 30 cm sobre la parte superior de la tubería.

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