Abastecimiento De Agua Potable 503ur

CURSO

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CLASE 4

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS Parte I

LINEA DE CONDUCCION Y RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

TIPOS DE CAPTACIÓN Y CONDUCCIÓN EN SISTEMAS PRINCIPALES

LINEA DE CONDUCCION

LINEA DE CONDUCCION 1. CRITERIOS DE DISEÑO 1.1 CARGA DISPONIBLE 1.2 CAUDAL DE DISEÑO 1.3 CLASE DE LA TUBERIA 1.4 DIAMETROS 1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS 1.5.a Válvulas de aire 1.5.b Válvulas de purga 1.5.c Cámaras rompe-presión 1.5.d Válvulas de purga 2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO 3. PERDIDA DE CARGA 3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA 3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO 4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA 5. COMBINACION DE TUBERIAS 5.1 DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCION 6. PERFILES EN U O TIPO SIFON INVERTIDO 7. ACUEDUCTOS 8. DISEÑO DE UNA CAMARA ROMPE-PRESION 9. GOLPE DE ARIETE

LINEA DE CONDUCCION 1. CRITERIOS DE DISEÑO Ø En un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad, la L. de C. esta constituido por un conjunto de tuberías, válvulas, rios, estructuras y obras de arte encargadas del transporte del agua desde la captación hasta el reservorio.

1.1 CARGA DISPONIBLE Es la diferencia de elevación entre la estructura u obra de captación y el reservorio. 1.2 CAUDAL DE DISEÑO Se dimensiona para conducir el Caudal Máximo Diario (Qmd):

Qmd = k1Qm donde

Qm = Poblacion * Dotacion

1.3 SELECCION DE LA TUBERIA Se realiza de acuerdo a diversos criterios: a.

TIPO DEL MATERIAL DE LA TUBERIA

b. CALIDAD DEL AGUA c. RESISTENCIA MECANICA DEL MATERIAL Ø La resistencia de la tubería a la presión del fluido se denomina clase de la tubería. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA TUBERIA PARA PRESION NTP-ISO-4422 CLASE

PRESION MAXIMA DE PRUEBA (m)

5

50

7.5

75

10 15

PRESION MAXIMA DE TRABAJO (m) A 20ºC

35

FACTOR DE SEGURIDAD

(3.5 bar)

1.4

50

(5 bar)

1.5

105

70

(7 bar)

1.5

150

100

(10 bar)

1.5

500

L. G. ESTATICA

msnm

475

A L.G

.H.

450

LIMITE TUBERIA C-5

1 425

LIMITE TUBERIA C-7.5

2 400

B

LIMITE TUBERIA C-10

3

4

375 350

LIMITE TUBERIA C-15

0

50

100

150 200

250

300

350

400

450

SELECCIÓN DE LA CLASE DE TUBERIA PARA LAS PRESIONES MAXIMAS DE TRABAJO

500

550

m

1.4 DIAMETROS En la determinación del diámetro comercial se consideran diferentes soluciones y se evalúan 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 transportar el caudal de diseño con velocidades entre 0.6 a 3.0 m/s (ver Tabla de RICHTER, reglamentos) y las perdidas de carga por tramo calculado deberán ser menores o iguales a la carga disponible.

VELOCIDAD MEDIA MAS ECONOMICA EN TUBERIAS

(m/s)

según RICHTER

Tuberías de succión en bombas centrifugas, de acuerdo con la carga de succión, longitud, temperatura del agua (menos de 70ºC)

0.5 a 1.0

Tuberías de descarga en bombas

1.5 a 2.0

Redes de distribución para agua potable e industrial: Tuberías principales Tuberías laterales Tuberías muy largas

1.0 a 2.0 0.5 a 0.7 1.5 a 3.0

Tuberías en instalaciones hidroeléctricas con turbinas: Con inclinación y diámetro pequeño Con inclinación y diámetro grande Horizontales y gran longitud

2.0 a 4.0 3.6 a 8.0 1.0 a 3.0

1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS 1.5.a

Válvulas de aire

1.5.b

Válvulas de purga

1.5.c

Cámaras rompe-presión

2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO (LGH) Ø La LGH indica la presión del agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. 3. PERDIDA DE CARGA Ø Es la energía necesaria para transportar una caudal de un punto a otro y que disipa el fluido por fricción. Ø Las tuberías pueden clasificarse en largas y cortas (criterio L/D y 10% de perdidas por fricción). Ø Las perdidas por fricción pueden lineales o locales.

3. PERDIDA DE CARGA … 3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA (S)

Ø Es la pérdida de energía por unidad de longitud. Ø Se evalúa con la ecuación de: Hazen & Williams:

Darcy & Wesibach:

Q = 0 .0 0 0 4 2 6 4 C D

h

f

2 .6 3

L V 2 8 fL Q = f = D 2g π 2gD

3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO (hf)

 hf     L  2 5

0 .5 4

4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA Ø De la ecuación de la energía entre 1 y 2: P1 V12 z1 + + − γ 2g

∑

hf −

∑

hL

P2 V 22 = z2 + + γ 2g

5. COMBINACION DE TUBERIAS Ø Al dimensionar el diámetro de la L. de C. puede no haber un único diámetro que proporcione la pérdida de carga deseada por lo que se requiere una combinación de diámetros de tuberías y clases. Ø Cuando se combinan los diámetros de las tuberías se pueden manipular las pérdidas de carga y reducir las presiones dentro de rangos isibles, disminuyendo el diámetro y en algunos casos el número de cámaras rompe presión, por lo que resulta un proyecto menos costoso.

5. COMBINACION DE TUBERIAS … 5.1 DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCION

Ø

Referencias: HIDRAULICA DE TUBERIAS Y CANALES Capítulo 5 Sección 5.8 DISEÑO DE UNA CONDUCCION Dr. Arturo ROCHA FELICES DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS Capítulo 8: CONDUCCIONES Capítulo 10: CONDUCCION: DESARENADOR-TANQUE DE ALMACENAMIENTO Ricardo A. LOPEZ CUALLA

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

RESERVORIO …

DEFINICION - FUNCION Regula la diferencia de volumen que se produce entre el ingreso de agua al reservorio (teóricamente constante) y la salida de agua, constituida principalmente por la demanda horaria, la cual es variable durante las horas del día. La función principal es almacenar agua cuando el suministro es menor que el consumo y entregar el déficit cuando el consumo supera al suministro. V = VOLUMEN DEL RESERVORIO = VREG + VI + VE

OTRA FUNCION: suministrar presión adecuada a la red de distribución.

RESERVORIO ...

CLASIFICACION 1. Por su UBICACIÓN HIDRAULICA 2. Por su UBICACIÓN CON RESPECTO AL TERRENO 3.

Por el TIPO DE MATERIAL DE FABRICACION

RESERVORIO ...

DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

1.

CRITERIO HIDRAULICO - Ubicación Hidráulica - Ubicación con Respecto al Terreno - Volumen de Almacenamiento

2.

CRITERIO ESTRUCTURAL - Estudio de la Capacidad Portante - Selección del Tipo de Material - Determinación del Refuerzo - Proceso Constructivo

1. METODO ANALITICO: INGRESO-SALIDA

DIAGRAMA DE VARIACIONES HORARIAS

VREGULADO

2. METODO GRAFICO: ANALISIS DEL DIAGRAMA MASA (CURVA DE CONSUMOS ACUMULADOS: - La diferencia de ordenada entre dos tiempos es el volumen consumido en ese tiempo. - La pendiente de la tangente representa el caudal ese instante. - La pendiente de la recta entre dos puntos es el caudal medio en ese intervalo.) CURVA DE CONSUMOS ACUMULADO

BOMBEO CONTINUO 3. % DEL CAUDAL MAXIMO DIARIO (No se conoce el Diagrama de Variaciones Horaraias)

EN FUNCION DEL USO EN LA ZONA

FUNCION DEL REGLAMENTO

VEMERGENCIA SEDAPAL:

7% DEL Qmd

0.25*Qmd

SEDAPAL:

0.18*Qmd

BOMBEO DISCONTINUO Multiplicar por: 24 Horas/# Horas de Bombeo

EN FUNCION DEL TAMAÑO DE LA POBLACION

VINCENDIO

RNC:

DETERMINACION DEL VOLUMEN DE REGULACION

TIEMPO (hora)

VARIACIONES DE VOLUMEN DE CONSUMO (l/h)

1

596,290

2

308,580

3

309,932

4

282,259

5

336,211

Determine el volumen de regulación usando:

6

309,260

7

484,920

8

456,633

a. El Método de Analítico

9

558,968

10

573,522

11

757,537

12

1,181,807

13

858,955

14

654,548

15

775,224

16

794,180

17

644,781

18

599,087

19

589,445

20

686,278

21

611,541

22

334,858

23

392,950

24

713,950

En la tabla siguiente se muestra el consumo horario de agua para una localidad.

b. El Método Grafico: Análisis del Diagrama Masa

(hora)

VARIACIONES DE VOLUMEN DE CONSUMO

1

596,290

1,400,000

2

308,580

1,200,000

3

309,932

4

282,259

5

336,211

6

309,260

7

484,920

8

456,633

9

558,968

10

573,522

11

757,537

12

1,181,807

13

858,955

14

654,548

15

775,224

16

794,180

17

644,781

18

599,087

19

589,445

20

686,278

21

611,541

22

334,858

23

392,950

24

713,950

S

13,812,716

CURVA DE VARIACIONES DE CONSUM O HORARIO

(l/h)

CONSUMO HORARIO (l/h)

TIEMPO

1,000,000 800,000 600,000 400,000 200,000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 TIEM PO (hor as)

CONSUMO HORA RIO

CONSUMO MEDIO

DIAGRAMA DE VARIACIONES DE CONSUMO HORARIO 13,812, 716 l m3 l Consumo _ Medio = = 575,530 ≈ 576 = 160 24 h h s Maximo _ Consumo = 1,181,807 Minimo _ Consumo = 282, 259

l l = 328.3 h s

l l = 78.4 h s

Para que no se presente el Déficit/ Exceso: Consumo Medio = Producción

VOLUMEN DE REGULACION (VREG)

METODO ANALITICO: ANALITICO Ingreso-Salida

I −O =

∆V = ∆t ( I − O )

∆V ∆t

CONSUMO HORARIO TIEMPO (hora)

VARIACIONES DE VOLUM EN DE CONSUMO (l/ h)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

596,290 308,580 309,932 282,259 336,211 309,260 484,920 456,633 558,968 573,522 757,537 1,181,807 858,955 654,548 776,224 794,180 644,781 599,087 589,445 686,278 611,541 334,858 392,950 713,950

TOTAL

13,812,716

CONSUMO (m3 )- O PARCIAL C. ACUMUL.

596 309 310 282 336 309 485 457 559 574 758 1,182 859 655 776 794 645 599 589 686 612 335 393 714

596 905 1,215 1,497 1,833 2,143 2,627 3,084 3,643 4,217 4,974 6,156 7,015 7,669 8,446 9,240 9,885 10,484 11,073 11,759 12,371 12,706 13,099 13,813

Consumo medio = 13,812,716/24 = 575,530 l/h = 159.9 l/s Consumo máximo = 1,181,807 l/h = 328.3 l/s Consumo mínimo = 282,259 l/h = 78.4 l/s

PRODUCION (m3) - I PARCIAL P. ACUMUL.

576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576 576

576 1,152 1,727 2,303 2,878 3,454 4,029 4,605 5,180 5,756 6,331 6,907 7,482 8,058 8,633 9,209 9,784 10,360 10,936 11,511 12,087 12,662 13,238 13,813

DIFERENCIAS (m3) P ACUM - C ACUM

-20 247 512 806 1,045 1,311 1,402 1,521 1,537 1,539 1,357 751 467 388 188 -31 -100 -124 -138 -248 -284 -44 139 0

-21

21

267

267

266

266

293

293

239

239

266

266

91

91

119

119

17

17

2

2

-182

182

-606

606

-283

283

-79

79

-201

201

-219

219

-69

69

-24

24

-14

14

-111

111

-36

36

241

241

183

183

-138

138 3,965

MAX DIF (+) MAX DIF (-) VOL. REG

1,539 284 1,823

3,965 * 0.5 1,983

VOLUMEN DE REGULACION (VREG)

METODO ANALITICO: ANALITICO Ingreso-Salida …

En la columna DIFERENCIA (Producción Acumulado – Consumo Acumulado):

VREG = MAX DIF (+) + /MAX (-)/ VREG = 1,539 + /-284/ VREG = 1,823 m3

VOLUMEN DE REGULACION

METODO GRAFICO: Análisis del Diagrama Masa D I A G R A M A M A S A D EL C O N S U M O D E A G U A

14,000 13,000

12,370 m3

12,000

VOLUMEN ACUMULADO (m3)

11,000 10,000

10,550 m3

9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

TIEMPO (hora)

CONSUMO PRODUCCION

CURVA DE CONSUMOS ACUMULADOS VREG = 12,370 - 10,550 = 1,820 m3

23

24

1.- Reglamentos vigentes en la zona del proyecto SUBSECTOR DE VIVIENDA Y CONSTRUCCION REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

NORMA DE SANEAMIENTO V R.M. R.M. Nº Nº 021021-9898-MTC/15.01

S.030 1–

ALMACENAMIENTO DE AGUA

Almacenamiento de agua potable

1.1 – Volumen de regulación El volumen de regulación deberá fijarse de acuerdo al estudio del diagrama masa correspondiente a las variaciones horarias de la demanda. Cuando se compruebe la no disponibilidad de esta información, se deberá adoptar como mínimo el 25% del promedio anual de la demanda como capacidad de regulación, siempre que el rendimiento de la fuente de abastecimiento sea calculado para 24 horas de funcionamiento.

1.- Reglamentos vigentes en la zona del proyecto SUBSECTOR DE VIVIENDA Y CONSTRUCCION REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

NORMA DE SANEAMIENTO V R.M. R.M. Nº Nº 021021-9898-MTC/15.01

S.030 1–

ALMACENAMIENTO DE AGUA

Almacenamiento de agua potable

1.2 – Volumen contra incendio En los casos que se considere demanda Contra incendio deberá asignarse un volumen adicional adoptado al siguiente: - Para áreas destinadas netamente a vivienda: 50 m3 - Para áreas destinadas a uso comercial o industrial deberá calcularse utilizando el grafico adjunto para agua de extinción, y considerando un volumen aparente de incendio de 3,000 m3 y el coeficiente de apilamiento respectivo. Independiente de este volumen de reserva los locales (Industriales, Comerciales y otros) deberán tener su propia reserva.

1.- Reglamentos vigentes en la zona del proyecto SUBSECTOR DE VIVIENDA Y CONSTRUCCION REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

NORMA DE SANEAMIENTO V R.M. R.M. Nº Nº 021021-9898-MTC/15.01

S.030 1–

ALMACENAMIENTO DE AGUA

Almacenamiento de agua potable

1.3 – Volumen de reserva Deberá justificarse la necesidad de un volumen adicional de reserva.

Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...

SEDAPAL SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMA

NUEVO REGLAMENTO DE ELABORACION DE PROYECTOS

TITULO V -

ALMACENAMIENTO

CAPITULO 5.1 - VOLUMENES DE ALMACENAMIENTO

ART. 5.1.1. El almacenamiento se dimensionará para satisfacer los requerimientos de un determinado esquema integral de servicios. ART. 5.1.2. Los volúmenes de almacenamiento deben comprender los requerimientos de regulación, incendio y reserva para interrupciones de servicio. ART. 5.1.3. Para las habilitaciones indicadas en el Art. 3.2.1. a), se requerirá un volumen de regulación igual al dieciocho por ciento (18%) del consumo máximo diario.

Reglamentos vigentes en la zona del proyecto...

SEDAPAL SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMA

NUEVO REGLAMENTO DE ELABORACION DE PROYECTOS

TITULO V -

ALMACENAMIENTO

CAPITULO 5.1 - VOLUMENES DE ALMACENAMIENTO …

ART. 5.1.4. En las habilitaciones urbanas donde se considere demanda contra incendio, conforme lo indicado en el Art. 3.4.2. se requerirá un volumen adicional contra incendio como sigue: - Residencial (Áreas de vivienda) - Comercial y/o industrial

100 m3 200 m3

ART. 5.1.5. Para las habilitaciones citadas en el Art. 3.2.1. a), se requerirá un volumen adicional de reserva que sea igual al siete por ciento ( 7%) del consumo máximo diario. ART. 5.1.6. Independientemente de estos volúmenes, las edificaciones en general (residencial, comercial, industrial y otros) deberán contar con sus propias reservas, en concordancia con lo establecido en la Norma S 200: Instalaciones Sanitarias para Edificación.

RESERVORIO ...

DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO CON OPERACIONES DE BOMBEO

RESERVORIO ...

DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

FORMAS ECONOMICAS SECCION PRISMATICA: h = 1/3 V + k donde: h = Profundidad (m) V = Volumen (cientos de m3) k = coeficiente que es función del volumen

V (cientos de m3)

k

menos de 3

2.0

4-6

1.8

7–9

1.5

10 – 13

1.3

14 – 16

1.0

mas de 17

0.7

RESERVORIO ...

DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

FORMAS ECONOMICAS SECCION CIRCULAR: D = 2 a 4 h Recomendado por SEDAPAL: - Altura mínima 2.50 m - Altura máxime 8.00 m

Espesor del techo (cáscara o lámina) *:

Agregar apuntes de Rivera Feijoo

• PRESFRESSED CONCRETE CYLINDRICAL TANKS, L. R. GRESSY-1961.

* ACI SP-28 – CONCRETE THIN SHELLS

RESERVORIO ...

PARTES DE UN RESERVORIO A.

B.

C.

RESERVORIO A.1

Cimentación

A.2

Fuste en reservorios elevados

A.3

Tanque o Cuba

A.3

Techo o cobertura

CASETA DE VALVULAS B.1

Tubería de llegada

B.2

Tubería de salida

B.3

Tubería de limpia

B.4

Tubería de rebose

B.5

Tubería By-

OTROS