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CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA – Parte 2

Ica – Perú

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICAFacultad de Ingeniería Civil

CURSO DE ACTUALIZACION PARA TITULACION PROFESIONAL 2013

DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIASSe debe considerar los siguientes pasos:1. La carga disponible es la diferencia de elevación entre la obra de

captación y el reservorio.2. Verificación de diámetros adoptados con las fórmulas de cálculo de

Pérdidas de Carga por Fricción para líneas de conducción y Distribución.

3. La ubicación de tuberías principales y secundarias se realizara tratando de dar abastecimiento a la mayoría de viviendas, con diámetros tentativos para cada tramo.

4. El diámetro mínimo para la línea de conducción debe ser de 2”.5. Las velocidades deben estar en los siguiente rangos: Máxima 5

m/seg (en línea de impulsión 2 m/seg), Mínima 0.5 m/seg.6. Las clases de tuberías estarán definidas por las máximas presiones

que ocurran en la línea estática.

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DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIASLínea de ConducciónLa línea de conducción será diseñada para conducir el gasto máximo diario (Qmd).Las pérdidas de carga en la tubería (hf), se calculará mediante la fórmula de Hazen -Williams, con ayuda de estos cálculos se obtendrá el Plano de Perfil de la Línea de Conducción.Fórmula de Hazen y Williams:Q = 0.0597 d2.63 S0.54

Donde:Q = Caudal (Lps)S = Pendiente en milésimosd = Diámetro en pulgadasV = en mts/segUtilizaremos el Nomograma para C=140

NOMOGRAMA DE HAZEN Y WILLIAMS PARA TUBERIA C=140)

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DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIAS

LÍNEA DE CONDUCCIÓNPara tubería de PVC podemos usar las siguientes relaciones f(hf):Q = 2.492 * D2.63 hf0.54

hf = (Q / 2.492* D2.63)1.85

D = 0.71*Q0.38 /hf0.21

Donde:Q = Caudal (l/s)hf = Perdida de carga unitaria (m/m)D = Diámetro en pulgadas

La Perdida por tramo se define como: Hf = hf*LL = longitud del tramo de la tubería

DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIAS

EJEMPLO DE APLICACIONDeterminar el diámetro de la tubería y los valores de presiones en la línea de conducción para la siguiente condición:Gasto de diseño (Qmd) = 2.1 l/sLongitud de tubería (L) = 380 mCota de captación = 2500 msnmCota de Reservorio = 2450 msnm

SOLUCION CONSIDERANDO UN SOLO DIAMETROCarga disponible = Cota capt. – Cota reserv. = 2500-2450 = 50mPerdida carga unitaria = Carga dispo/L = 50/380 = 0.1316 = 131.6 0/00

Entrando en el Nomograma de Hazen, con los valores de Gasto y perdida de carga unitaria, obtenemos D= 1 1/2”

DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIAS

Calculo de la perdida de carga realIngresamos al Nomograma ahora con los valores de gasto y diámetro y obtenemos: Pedida de carga unitaria real (hf) = 100 0/00

Adicionalmente hacemos la lectura en el Nomograma de la velocidad, obteniendo un valor de V= 1.9 m/s

Calculamos la Perdida unitaria por tramosPerdida de carga en el tramo(Hf)=(L*hf)/1000=(380*100)/1000 = 38m

Verificacion del Calculo del Diametro y mejores ajustesUtilizamos las formulas de Hazen:D= (071* (2.1)0.38)/(0.1316)0.21 = 1,44”; siendo el Dcomercial = 11/2”hf = 0.1013Hf = 380*0.1013 Hf = 38.50 m

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DISEÑO HIDRAULICO DE TUBERIASDeterminación de la presion finalCalculamos la cota piezometrica y la presión final del tramo:Cota piezometrica reservorio= cota terreno captación – HfCota piezometrica reservorio = 2500 -38.50 = 2461.50

Presión final del tramo = cota piezometrica reservorio – cota reserv.Presión final del tramo = 2461.50 – 2450.00 = 11.50 m

ACCESORIOS DE LA LINEA DE CONDUCCIONVálvula de compuerta Se instalará al inicio de la línea para el cierre del agua en caso se requiera realizar reparaciones en la línea. Válvula de aire Se utiliza para eliminar bolsones de aire en los lugares de contrapendiente, que de no eliminarse produce cavitaciones en la tubería. Se debe colocar en el punto más alto de la tubería. Válvulas de purga o limpia Se utiliza en sifones, en el punto más bajo para eliminar sedimentos.

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Cámara Rompe - presiónAl 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 5).

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTOEl reservorio debe garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento de la fuente.Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh).En algunos proyectos resulta más económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento.

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTOUBICACIÓN DE RESERVORIOSLos reservorios para agua potable se ubican con el fin de lograr la presión hidráulica y la llegada del flujo a los puntos de salida masalejados.

CAPACIDAD DEL RESERVORIOEn general el volumen de Almacenamiento es la suma del Volumen deregulación + el volumen contra incendio y el volumen de reserva.

El Volumen de regulación se calcula por métodos gráficos y analíticos.Los primeros se basan en la “curva masa” y se deben tener datoshorarios de consumo, en donde no se cuenta con esta información, secalcula el 25% a 30% del consumo promedio diario anual (Qmd).El Volumen contra incendio se calcula para poblaciones mayores a10,000 habitantes y será 50m3 para áreas netamente de viviendas. Paraindustrias utilizar el grafico1 del RNE y para comercio se analiza.El Volumen de reserva para casos estrictamente justificados.

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RESERVORIO DE ALMACENAMIENTOTIEMPO DE VACIADO DEL RESERVORIO Se recomienda un tiempo máximo de 4 horas que depende básicamente de la carga hidráulica y diámetro del tubo de salida. Para determinar el tiempo se usa la relación siguiente: T = 2S √h

CA √2g Donde: T = tiempo de vaciado en segundos S = área tanque (m2). h = carga hidráulica (m). C = coeficiente (0.6 – 0.65). A = área tubo desagüe (m2). g = aceleración gravedad (9.81 m/seg.2).

EJEMPLO DE APLICACIONPoblación Futura (Pf) Pf = 1,500 habitantesDotación Dot = 80 l/hab./díaConsumo Promedio Anual: Qm = Pf x Dotación = 120,000 litrosVolumen de Reservorio: V = Qm*0.25 = 30000 litros = 30 m3

El Dimensionado será cuadrado de b=3.90 y h=1.95