Post on 26-Jul-2015
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Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo
Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería AmbientalEspecialidad de Ingeniería Sanitaria
DIMENSIONAMIENTO ÓPTIMO DE SISTEMAS DE DICTRIBUCIÓN DE AGUA
Análisis, diseño y dimensionado de redes
Análisis de Redes:
Consiste en determinar las características funcionales del sistema (presión, velocidad, flujo, etcétera).
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Diseño:
Trata de construir el modelo hidráulico de la red, incluyendo los elementos necesarios para su funcionamiento correcto, como:
Trazado de tuberías Ubicación de depósitos Necesidad de equipos de bombeoVálvulas Zonas de Presión, etcétera.
Análisis, diseño y dimensionado de redes
Dimensionado:
Es la determinación de las características de cada uno de los elementos que integran el sistema para conseguir un determinado estado hidráulico (Niveles de presión, caudales en puntos de consumo).
Diámetros de conduccionesAltura y caudal de aporte de bomba Niveles de agua en reservorio Etcétera.
Análisis, diseño y dimensionado de redes
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Dimensionado:
Se utiliza la simulación en estado estático (régimen permanente).
Análisis, diseño y dimensionado de redes
CAPTACION
Fuente Subterránea
DE AGUA CRUDA
RESERVORIORED DE DISTRIBUCION
CAPTACION
L.C. por gravedad
Línea de Impulsión
Línea de AducciónL.C. de agua cruda
Estación de Bombeo
Fuente superficial
PLANTA DE TRATAMIENTO
L.C. de agua tratada
L.C. por bombeo 24Qb = ----- x Qmd N
Qmd
Qmd
Qmd
QmdQmd
QmhQmd + QciQmín
Qmd + QciQmín
Qmh
Fuente sub -superficial
CAPTACION
Dimensionado:
En el dimensionado se debe atender los siguientes estándares:
Estándares hidráulicos Estándares de calidad Estándares de fiabilidad
Análisis, diseño y dimensionado de redes
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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
La optimización del diseño de redes de distribución de agua está referida a la selección de la mejor combinación de mínimo costo de los componentes del sistema, de tal forma que quedan satisfechas las demandas de agua y las restricciones de diseño.
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Caudal de diseño:
Será la Demanda Máxima para la etapa final del proyecto
InicialFinal
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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Caudal de diseño: QD
Desde el punto de vista de capacidad hidráulica, la situación más desfavorable es la correspondiente al caudal punta.
Caudal punta: QD
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Caudal de diseño: QD
Poblaciones > 10 000 hab mayor
Poblaciones < 10 000 hab QD = Qmh = K2 Qp
Donde:
Qmh = Caudal máximo horarioQmd = Caudal máximo diarioQp = Caudal promedioQinc = Caudal de incendio (residencial (15 l/s) , comercial ó industrial (30 l/s)K1 = coeficiente de variación horaria = 1,8 a 2,5K2 = coeficiente de variación diaria = 1,3
QD = Qmh = K2 Qp
QD = Qmd+Qinc = K1 Qp+Qinc
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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Restricciones Físicas
Definir el rango de diámetros: máximín DDD
Diámetro mínimo : en base a a la normatividad Diámetro máximo : de acuerdo a las tuberías de aducción
Por lo tanto el número de diámetros disponibles son:
ND (entre Dmín y Dmáx)
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Restricciones EconómicasDiámetro
(Di)
Costo Unitario (S/./m)
Dmín CUDmín
… …
Di CUi
… …
Dmáx CUDmáx
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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Restricciones Hidráulicas
Presión máxmín PPP
acmPmáx ..50
acmPmín ..10
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Restricciones Hidráulicas
Velocidad: máxmín VVV
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Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Número de combinaciones posibles: NC
NTNDNC
Donde:
NC = Número de combinaciones de diámetros posiblesND = Numero de diámetros disponible (entre el Dmín y Dmáx)NT = Número de tuberías a dimensionar
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Número de combinaciones posibles: NC
Ejemplo:
Número de tuberías (NT) = 4Número de diámetros disponibles (ND) = 2 (Ø1 y Ø2)
Número de combinaciones = = 24 = 16 NTND
Tubería Combinaciones diámetro (16)
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
Número de combinaciones posibles: NCCumplen las restricciones
hidráulicasNo cumplen restricciones
hidráulicas
Combinación de diámetros de menor costo
Dimensionamiento óptimo de redes de distribución de agua
Función Objetivo:
Minimizar
Donde:
CT = Función costo totalCUDi = Costo unitario para el diámetro Di (entre el Dmín y Dmáx)LDi = Longitud de tubería para el diámetro Di
máx
mín
ii
D
DiDD LCUCT
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Procedimiento de dimensionado INICIO
ASIGNAR DIAMETROS
EFECTUAR EL CALCULO HIDRAULICO
VERIFICAR RESULTADOS
Pmin < P < PmaxVmin < V < Vmax
CALCULO DEL COSTO DE INVERSION
¿COSTO MINIMO?
RESULSADOS FINALES
FIN
No
Si
Si
No
Paso 1: Asignar diámetros a cada tubería, en el rango [Dmín y Dmáx].
Paso 2: Efectuar el cálculo hidráulico, determinar presión en cada unión y velocidad en cada tubería.
Paso 3: Verificar que las presiones en cada unión de la red se encuentren en el rango recomendado [Pmín y Pmáx]. Lo mismo con la velocidad de cada tramo que debe estar entre [Vmín y Vmáx].
Paso 4: Si las presiones y/o velocidades están fuera de los rangos permitidos, se deberá iniciar nuevamente con el Paso 1, modificando los diámetros en los tramos donde no se cumple con las restricciones de presión y/o velocidad.
Paso 5: Teniendo la combinación de diámetros que cumple con las restricciones, debemos estimar los Costos de Inversión de la Red con dichos diámetros.
Paso 6: Debemos consultarnos si el costo de inversión estimado es el mínimo, si no es así debemos regresar al Paso 1, optimizar diámetros.
Se puede realizar en forma:
Manual: Método empírico o de ensayo y error
Automática: usan técnicas de optimización (método de búsquedaestocástica o algoritmos genéticos)
Procedimiento de dimensionado
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El WaterCAD / WaterGEMS realiza de las dos formas, haciendo usodel módulo Darwin Designer
Procedimiento de dimensionado
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