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MODELACION Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE

UtilizandoCYBERNET -WaterCAD

de Haestad Methods

CONCEPTOS BASICOS DE HIDRAULICA

ING. JORGE RAMIREZ

CONCEPTOS BASICOS DE HIDRAULICA

Principios básicosFlujoVelocidadPresiónPérdida de cargaPérdida MenoresProblemas típicos en tuberías

ING. JORGE RAMIREZ

PROPIEDADES DEL AGUA

Peso Especifico.- Es el peso de la unidad de volumen de agua, que a la temperatura de 4 C a presión atmosférica y para un valor de la aceleración de la gravedad de 9.81 m/s2 es de 9810 N/m3.

Densidad.- Es la masa por unidad de volumen de agua para la temperatura de 4 C y la presión atmosférica vale 1000 kg/m3

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FLUJO(caudal)

Q=Volumen / tiempo

Unidades:– M3/s Metros cubicos / segundos– l/s Litros / segundo– M3/h Metros cubicos / hora– Gpm Galones / minuto

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FLUJO

FLUJO UNIFORME.- En el flujo uniforme las características del flujo (presión y velocidad) permanecen constantes en el espacio y en el tiempo. Por consiguiente, es el tipo de flujo que se utiliza para el diseño de tuberías.

FLUJO TURBULENTO.- La configuración de las líneas de flujo no es idéntica de un instante a otro. Aparece perturbada, hay vórtices, remolinos en una palabra turbulencia.

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VELOCIDAD

Velocidad= Flujo / Area– V=Q/A

Unidades comunes:– m/s metros por segundo– Fps pies por segundo

Rango de valores en sistemas de distribución:– Típico: 0.6 – 1.2 m/s– Alto: 1.5 – 2.5 m/s– Muy alto: > 3 m/s

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PRESION

Presión.- P=F/A Es la fuerza ejercida por unidad de área o también la relación entre la fuerza y el área sobre el cual actúa.

Uidades comunes:– Psi Libras/pulgadas cuadradas– Newton/m2– kPa kilo Pascal– Bar 100 kPa– Atm Atmósfera (14.7 psi o 10.33 mca)

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PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA - ABSOLUTA

Presión Atmosférica.- A nivel del mar la presión atmosférica equivale a una columna de mercurio de 76 cm de altura lo que se conoce como una atmósfera.

1 atm=760 mm c Hg =10.33 mca=1.033 kg/cm2=14.7 psi (lbs/pulg2)

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PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA -

ABSOLUTA

Presión hidrostática.- La presión hidrostática sobre un punto situado en el interior de un liquido es proporcional a la profundidad y al peso específico del líquido.

– P=H*γ– P=presión– H=profundidad del punto– γ=peso específico

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PRESIONATMOSFERICA – HIDROSTATICA - ABSOLUTA

Presión absoluta.- Es la presión total que existe en un punto debido a todas las causas que están influyendo para producirla.

P absoluta =P atmosférica + P manometrica

En unos casos es necesario considerar la presión manometrica(P. Relativa) y en otros la absoluta, por ejemplo en el caso de bombeo con succión negativa, teóricamente el tubo de la succión de la bomba podrá tener una longitud de 10.33 m al nivel del mar.

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ESTANDARES DE PRESION (En redes de distribucion)

Minimo:– 15 mca

Maximo:– 40 a 60 mca

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GRADIENTE HIDRAULICO (HGL)

Z Z P V g hL1 2 2 22 2= + + +/ /γ

TUBO PITOTPIEZOMETRO

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GRADIENTE HIDRAULICO (HGL)

La línea que une las lecturas en los piezómetros es una recta inclinada llamada LINEA PIEZOMETRICA (HGL)

La línea que une las lecturas en los tubos PITOT es una recta inclinada que es paralela a la línea piezométrica y se conoce como LINEA DE VELOCIDAD

– Por razones prácticas para los cálculos considera solamente la línea piezométrica.

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PERDIDA DE CARGA

Cuando un líquido circula por un tubo sufre pérdidas de energía, estas pérdidas se deben a las siguientes causas:

– Pérdidas por rozamiento– Pérdidas por entrada– Pérdidas por salida– Pérdidas por ensanchamiento del tubo– Pérdidas por la súbita contracción del tubo– Pérdidas por obstrucciones en el tubo (válvulas, etc.)– Pérdidas por cambio de dirección en la circulación

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PERDIDA DE CARGA

Pérdidas por rozamiento

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PERDIDA DE CARGA

Generalmente la pérdida más importante es debida a la fricción por lo que se llama

pérdidas principales y a las otras por tener valores pequeños

pérdidas secundarias. Dependiendo de cada caso se debe considerar o no estas pérdidas

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PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES

Cuando la tubería es de gran longitud, esta pérdida es la principal y llega a ser tan grande que las pérdidas secundarias pueden ser despreciadas.

La perdida de carga se representa por y dependede:

– El material que está construido el tubo– El estado de la tubería– La longitud de la tubería– El diámetro– La velocidad de circulación

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PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(DARCY-WEISBACH)

La ecuación de Darcy no tiene ningún tipo de restricciones

hf = pérdida de carga (ft,m)f =factor de fricciónd =diámetro de la tubería (ft,m)L =longitud de la tubería (ft,m)V =velocidad (ft/s, m/s)g =aceleración de la gravedad

gdVL

f fh *2** 2=

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Factor de fricción(Colebrook)

COLEBROOK propuso una ecuación semi- empírica para el caso de los tubos que están entre los tubos lisos y la zona de turbulencia.

El factor de fricción f es una función implícita del número de Reynolds y de la rugosidad relativa tal como lo estableció en la ecuación Collebrook- Whitecuya fórmula es:

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f=factor de fricciónd=diámetro de la tubería Ks=Rugosidad absolutaRe=Número de Reynols

( )110 3 7

2 512fkd fs= − +log .

.Re

Factor de fricción(Colebrook)

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PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(HAZEN-WILLIAMS)

v=velocidad (m/s)R=radio hidráulico (m)S=pérdida de energía

(m/m)C=coeficiente de

rugosidad de la tubería

54.063.0849.0 SRCv HW=

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PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES

la ecuación de Hazen-Williams tiene que estar limitado a ciertas características del fluido y del flujo.

– Los límites, establecidos por los investigadores son los siguientes:

El fluido debe ser agua a temperaturas normalesEl diámetro debe ser superior o igual a 2”La velocidad en las tuberías se debe limitar a 3 m/s-

La ecuación que no cumpla los rangos de validez tiende a sobrestimar los diámetros requeridos.

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PERDIDA DE CARGA PRINCIPALES(HAZEN-WILLIAMS)

Ks (ft)Ks (mm)

.0030.9100-110ACERO

0.00050.15120Hierro galvanizado

0.0000050.0015140-150PVC

0.0000050.0015140Asbesto cemento

Darcy-WeisbachHAZEN-WILLIAMS “C”

MATERIAL

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COMPARACION DE ECUACIONES DE FRICCION

Usada comúnmente en USANo es usada comúnmente en USA

Fácil obtener fDifícil obtener f

Solamente aguaTodos los fluidos

HAZEN-WILLIAMS “C”DARCY-WEISBACH

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PERDIDA MENORES

– Km= Coeficiente de perdidas menores– Hf= perdida de carga causada por perdidas menores– V= velocidad– g= aceleración de la gravedad

gV

f Kmh 22=

Perdidas localizadas causadas por:– Accesorios– Codos– Válvulas

Ecuación:

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PERDIDA MENORES (por longitud equivalente)

– L=Longitud añadida– D= Diametro de tuberia– F= Factor de Friccion

DL

f fh =

Comunmente utilizado en Diseño de Instalaciones interiores

Ecuación:

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PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS

Cálculo de la pérdida de carga y de la variación de presión a partir de la variación de flujo y de las características de la tubería.

Cálculo de la variación del flujo a partir de las características de la tubería y de la carga que lo produce.

Cálculo del diámetro requerido por la tubería para dar paso a un flujo dada entre dos puntos con diferencia de presión.

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PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS

he = pérdida por entradahf = pérdida por rozamientoHs = pérdida por salida

LE=Línea de energíaLG=Línea de gradiente

hidráulico (piezométrica)

H=he+hf+hs

H fVg

LdVg

Vg= + +05

2 2 2

2 2 2. *

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PROBLEMAS TIPICOS EN TUBERÍAS

Las pérdidas menores en las tuberías de longitud apreciable es pequeño y por lo tanto se puede despreciar, entonces el problema se simplifica obteniendo el siguiente gráfico:

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REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMAS A GRAVEDAD:La energía H se gasta en:

he = pérdida por entradahf = pérdida por fricciónV2/2g= energía por velocidad

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REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMAS A GRAVEDAD:Para mantener el mismo caudal

que en el caso anterior aunque la diferencia de nivel se aumentó de h a h1, una cantidad de energía HL debe destruirse por medio de un orificio o válvula.

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REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMAS A GRAVEDAD:Cuando el caudal real de

conducción es MENOR al caudal de diseño en líneas de conducción, en la parte superior ingresa aire al sistema, trabajando un tramo de la conducción como canal abierto, y la línea piezométrica real es la que se representa en el siguiente gráfico.

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REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMAS A GRAVEDAD:En el siguiente gráfico, se observa

que toda la tubería trabaja como canal, esto sucede cuando la pendiente es más o menos uniforme, la capacidad máxima de conducción es superior al caudal real disponible en la fuente, y la sumergencia es insuficiente..

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REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMAS A GRAVEDAD:En el caso de que la capacidad de

conducción sea IGUAL al caudal de diseño, toda la tubería trabaja a presión.

MODIFICACION DE LA LINEA DE ENERGIA , POR LA ACUMULACION DE “AIRE”

LINEA DE ALTURA TOTAL

LINEA DE ALTURA MODIFICADAPor la Existencia de “AIRE” en la Tubería

hLa PERDIDA LOCALIZADA DE ENERGIAPor la Acumulación de “AIRE” en el pto.. alto

Qa < Qo

SISTEMA POR GRAVEDAD

A´B ´

AB

hLa

AIRE

AIRE

Flujo a superficie libreP > P atm

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LINEAS DE GRADIENTE HIDRÁULICO Y ENERGIA TOTAL EN SISTEMAS DE BOMBEO

REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LAS LINEAS DE GRADIENTE HIDRAULICO

SISTEMA POR BOMBEO

H B

H B : ALTURA PIEZOMETRICA PREVISTA

Aire atrapado a Presión

H B ´

H

H B ´ : ALTURA PIEZOMETRICA RESULTANTE Q = 0

H

PARAMETROS DE DISEÑO

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PERIODO DE DISEÑO

En la fijación de ese período de diseño influyen entre otros factores los siguientes:

Vida probable del equipo

Facilidad de ampliación de acuerdo con las condiciones locales

Posibilidad de perfeccionamiento próximo de equipos, etc.

Con relación a la vida útil para los elementos que conforman un sistema de agua potable se sugieren los siguientes:

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PERIODO DE DISEÑO

Obras de captación 25 a 50Conducciones 20 a 30Plantas de tratamiento 20 a 30Tanques de almacenamiento 30 a 40

Redes de distribución 20 a 25

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ESTIMACION DE LA POBLACIÓN FUTURA

Con relación a este tema, existen varios métodos como son:

Método aritméticoMétodo geométricoMétodo logarítmicoMétodo logístico

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ESTIMACION DE LA POBLACIÓN FUTURA

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ESTIMACION DE LA DEMANDA

El consumo de agua se expresa en l/hab/dia(DOTACIÓN), Estos consumos se conforman de diversas clases:

DomésticoComercial e IndustrialPúblicoDesperdicios y Fugas

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ESTIMACION DE LA DEMANDA

50.834,1Total agua no facturada

7,66,9Otros

17.114,3Fugas en la red

9.84,9Conexiones no registradas

16.38,0Consumo en exceso de facturación estimada

49.265,9Volumen facturado

100.0100,0Total volumen producido

Parroquias

%

Quito%

Descripción

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ESTIMACION DE LA DEMANDA

Facturación en Quito por categorías de consumoDotación neta actual

369 308Total bruto50.8%34%ANF %

182203Total neto623Institucional

2.1819Comercial4.187Industrial

169154DomésticoParroquiasQuitoConsumo

(lppd)DotaciónCategoría de

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VARIACION DE LA DEMANDA

La demanda NO es constante

Factores máximos, diario y horario

El factor de demanda máxima diaria es deFMaxD= 1,3 y el factor de la demanda máxima horaria es: FMH = 2,25

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VARIACION DE LA DEMANDA

PATRONES ESCALONADOS O CONTINUOS

TANQUES DE RESERVA

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CUALES SON LOS CUALES SON LOS OBJETIVOS DE OBJETIVOS DE UN TANQUE ?UN TANQUE ?

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CUBRIR LAS VARIACIONES HORARIAS

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CUBRIR UN EVENTUAL INCENDIO

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MANTENIMIENTO DE LA RED

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TANQUES DE RESERVA

Cubrir las variaciones horariasdemanda un incendioreparación

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COMO SE CALCULA EL COMO SE CALCULA EL VOLUMEN DE UN VOLUMEN DE UN

TANQUE?TANQUE?

TANQUES DE RESERVA

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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)

METODO:a) GRAFICA DE AREAS

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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)

METODO:a) METODO DE LAS CURVAS ACUMULADAS

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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)

RESERVA PARA INCENDIOS

– Para poblaciones menores de 3000 Hab no se considera almacenamiento para incendio

V Pi = 50 *– Para poblaciones mayores,se aplicar la

fórmula:

V Pi = 100*P=Poblacion en milesV=Volumen m3

- Para poblaciones de hasta 20000 Hab. Se aplicará la fórmula

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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)

RESERVA PARA EMERGENCIAS:

Se considera que para fallas rutinarias una reserva equivalente a la demanda promedio durante 4 horas, o sea el 16 % de la demanda diaria promedio.

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TANQUES DE RESERVA(CALCULO)

RESERVA TOTAL:

Suma de los volúmenes para regulación del consumo, para cubrir incendios y de emergencia.

El criterio que utiliza la EMAAP-Q es el Volumen que resulte de la suma de los tres criterios anteriores o del 30% de la demanda máxima diaria

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TANQUES DE RESERVA(LOCALIZACION Y ALTURA DE LOS

TANQUES)

ES FUNCION DE:

Suma de los volúmenes para regulación del consumo, para cubrir incendios y de emergencia.

El criterio que utiliza la EMAAP-Q es el Volumen que resulte de la suma de los tres criterios anteriores o del 30% de la demanda máxima diaria

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DONDE SE UBICAN LOS DONDE SE UBICAN LOS TANQUES ?TANQUES ?

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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)

Esta en funcion de:

características topográficaszonas futuras de crecimientolocalización de la fuente de abastecimiento

El tanque deberá situarse teóricamente en el baricentro de la zona servida v

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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)

Alimentación simple por gravedad :

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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)

Alimentación doble por gravedad :

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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)

Bombeo directo a la red :

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TANQUES DE RESERVA(UBICACION)

Bombeo a la red y tanque de equilibrio :

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QUE FORMA TIENE LOS QUE FORMA TIENE LOS TANQUES ?TANQUES ?

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TANQUES DE RESERVA(FORMA)

Dos requisitos fundamentales:ser funcionales y económicas posible

Las formas mas utilizadas son la rectangular y la circular

Para depósito pequeños y medianos no ampliables, la forma más conveniente y económica es la circular

La forma más conveniente es la rectangular. En este caso, la relación de lados más económica es la de 3:4

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TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)

PLANTA

CORTE

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TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)

PLANTA CORTE

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TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)

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TANQUES DE RESERVA(CARACTERISTICAS GENERALES)

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TANQUES DE RESERVA(EQUIPAMIENTO)

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TANQUES DE RESERVA(CAMARA DE VALVULAS)

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TANQUES DE RESERVA(CAMARA DE VALVULAS)

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TANQUES DE RESERVA(EQUIPAMIENTO)

VALVULAS DE CONTROL

REDES DE DISTRIBUCION

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CUALES SON LOS CUALES SON LOS OBJETIVOS DE OBJETIVOS DE LAS REDES ?LAS REDES ?

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CUBRIR LA DEMANDA MAXIMA HORARIA

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REDES DE DISTRIBUCION

Suministro continuo de agua en caudal suficiente, para atender a la demanda máxima horaria

Mantener las presiones dentro de límites convenientes

Ofrecer caudales suficientes para el servicio contra incendios,

OBJETIVO

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REDES DE DISTRIBUCION

Sistemas principales

Sistemas secundarios

Sistemas limitados al servicio de grifos públicos

CLASIFICACION:

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REDES DE DISTRIBUCION

Sistema ramificadoFORMAS

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REDES DE DISTRIBUCIONFORMAS

Sistema ramificado

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REDES DE DISTRIBUCIONFORMAS

Sistema de malla

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CUALES SON LOS CUALES SON LOS PARAMETROS DEPARAMETROS DE

DISEÑO ?DISEÑO ?

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REDES DE DISTRIBUCIONCAPACIDAD Y PRESION

Demanda máxima diaria más caudal para incendiosDemanda máxima horariaPresión mínima 10-15 mcaPresión máxima 30-60 mcaVelocidad mínima 0.25 m/sVelocidad máxima 3.0 m/s

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REDES DE DISTRIBUCIONCAPACIDAD Y PRESION

Caudales de incendios:

2 en C + 2 en P4x24>1202 en C + 1 en P3x2460- 120

1 en C + 1 en periferia

2x22440- 601 en el centro2420- 401 en el centro1210- 20

No. DE INCENDIOS

CAUDAL (L/S)POBLACION (MILES)

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REDES DE DISTRIBUCIONLOCALIZACION Y ACCESORIOS

Se ubica a 1.0 m del bordilloLas tuberías principales deben instalarse preferentemente en las vías en que pueda anticiparse un mayor consumo Los elementos principales son: válvulas de compuerta e hidrantes

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REDES DE DISTRIBUCIONLOCALIZACION Y ACCESORIOS

La localización de tuberías se hará en los costados NORTE Y ESTE de las calzadas

Espaciamiento entre hidrantes varia entre 120 m. a 240 m

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REDES DE DISTRIBUCIONSECTORIZACION

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REDES DE DISTRIBUCIONSECTORIZACION

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REDES DE DISTRIBUCIONSelección inicial de diámetros

Diámetro mínimo 4” para la red principal.

En proyectos más grandes se recomienda 6" como mínimo

Ubicar los hidrantes en tuberías de diámetro mínimo 4" o en casos extremos en 3".

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REDES DE DISTRIBUCIONSelección inicial de diámetros

Se puede partir también de la formula empírica en la que D es el diámetro en pulgadas y q el gasto en litros/seg. fórmula que está asociada a velocidades de 1,10 m/seg.

D q= 135.

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QUE MATERIALES QUE MATERIALES YY

ACCESORIOS DE ACCESORIOS DE UTILIZAN?UTILIZAN?

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REDES DE DISTRIBUCION

MATERIALES

PVCACEROHIERRO DUCTILHIERRO FUNDIDOASBESTO CEMENTO

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REDES DE DISTRIBUCION

ACCESORIOS

CODOS, TEES, YEES, ETC.VALVULAS HIDRANTESBOCAS DE FUEGOCONEXIONES DOMICILIARIAS

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REDES DE DISTRIBUCIONMATERIALES Y ACCESORIOS

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VALVULAS DE CONTROL

•VALVULAS REDUCTORAS DE PRESIONLimita la presión de salida a un valor deseado

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VALVULAS DE CONTROL

•VALVULAS SOSTENEDORAS DE PRESIONMantiene una presión mínima a la entrada

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VALVULAS DE CONTROL

•VALVULAS CONTRA GOLPE DE ARIETE

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VALVULAS DE CONTROL

•VALVULA DE ALTITUD

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ACCESORIOS EN REDES ACCESORIOS EN REDES ABIERTASABIERTAS

(CONDUCCIONES) (CONDUCCIONES)

VALVULAS DE AIREY LA POSICION DE LAS VALVULAS DE AIRE NECESARIAS

TUBERIA QUE MUESTRA SU GRADIENTE HIDRAULICO

VALVULA DE EXPULSION DE AIRE-VEA intervalos de 400 a 800 mts. en tramos largos horizontales y ascendentes.

VALVULA DE ADMISION Y EXPULSION DE AIRE-VAEEn la salida de la bomba antes de la válvula de retención,( no es necesaria para bombas con altura de elevación de succión positiva),ó en puntos y cambios bruscos de Pendiente cerca al final de la línea donde no se anticipa una cantidad significativa de aire.

VALVULA COMBINADA DE AIRE (VC)En puntos y cambios bruscos de Pendiente debido a posible separación de columna y creación de vacío.

BOMBA

TANQUEó REPRESA

GRADIENTE HIDRAULICO

PLANO DE REFERENCIA -DATUM-

En resaltes hidráulicos

RESALT0 HIDRAULICO

DIRECCION DEL FLUJO

VC

VE

VALVULAS ROMPE VACIO (VV)

VALVULAS DE ESCAPE ó ALIVIO DE AIRE (VE)

Palanca SimplePalanca Compuesta(*)

VALVULAS COMBINADAS (VC)

Cámara SimpleCámara Doble

VALVULAS DE ADIMISION y EXPULSION DE AIRE (VAE)

Acción Directa (*)Control Hidraúlico

(*) Aguas Negras

QUE SON y PARA QUE SE UTILIZAN ?

> SON LA COMBINACION DE UNA VALVULA DE ADIMISION YEXPULSION DE AIRE CON UNA VALVULA DE ESCAPE DE AIRE

DONDE SE INSTALAN ?

> EN “TODOS LOS PUNTOS ALTOS” DE LA TUBERIA DONDE EXISTAN CAMBIOS DE PENDIENTE

> EN TRAMOS HORIZONTALES A INTERVALOS DE 500 / 1000 Mts.DEPENDIENDO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA

Cámara SimpleCámara Doble

Las VALVULAS DE ADMISION,EXPULSION y ESCAPE DE AIREó Ventosas Automáticas , son dispositivos ESENCIALES en el diseñointegral de tuberías para conducción de agua y NO deben considerarse

como simples accesorios

COLAPSO NIVEL MAXIMO

Tubería de AceroDiámetro : 1220 mm

Espesor : 7 mmLong. Colapsada : 540 Mts

e / D = 0.005738

URB. MANZANARES / BARUTA / Edo: MIRANDA

ESTACION DE BOMBEO VISTA ALEGRE / Ccs

Múltiple de Descarga8 “ APCO 154 / 205

Múltiple de Succión8 “ APCO 154 / 205

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DISEÑODISEÑO

REDES DEREDES DEDISRIBUCION DE AGUA POTABLEDISRIBUCION DE AGUA POTABLE

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QUE INFORMACION QUE INFORMACION BASICA SE REQUIERE ?BASICA SE REQUIERE ?

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PLANO TOPOGRAFICO

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DEFINIR LOS LIMITES DE ABASTECIMIENTO

LIMITE

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ESQUEMA DEL PROYECTO

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AREAS DE APORTACIONTANQUE

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QUE DATOS SE QUE DATOS SE REQUIERE?REQUIERE?

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DATOS BASICOS PARA CALCULO

TUBERIA: NUDO DE INICO Y FIN DEL TAMOLONGITUDDIAMETRO COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (FUNCION DEL MATERIAL)

NUDO: ID DEL NUDOCAUDALCOTA DEL TERRENO

TANQUE: ID DEL TANQUECOTA DEL TERRENO

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CON QUE PROGRAMA SE CON QUE PROGRAMA SE CALCULA?CALCULA?

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SIMULACION O DISEÑO?SIMULACION O DISEÑO?

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PROGRAMAS

LOOPCYBERTNETWATER CADEPANETOTROS.

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RESULTADOS

TUBERIA:VELOCIDADPERDIDA DE CARGA EN ESE TRAMODIRECCION DEL FLUJO

NUDO: COTA PIEZOMETRICAPRESION RESIDUAL

TANQUE:CAUDAL TOTAL DE SALIDA DEL TANQUE

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QUE RESULTADOS QUE RESULTADOS OBTENGO OBTENGO

YYQUE SE TIENE QUE QUE SE TIENE QUE

VERIFICAR ?VERIFICAR ?

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RESULTADOS

VELOCIDAD EN CADA TRAMODIRECCION DEL FLUJOCOTA PIEZOMETRICA EN CADA NUDOPRESION EN CADA NUDO

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ANALISIS DE LOS RESULTADOS

VERIFICAR LA PRESION MÍNIMA (15 mca)VERIFICAR LA VELOCIDAD MAXIMA

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DESCRIPCION GENERAL

Estos programas estan desarrollados como un módulo del programa AutoCAD, por la firma Haestad Methods de los Estados Unidos.

Este programa esta configurado para realizar simulaciones de los sistemas en forma estática como en periodo extendido de simulación.

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Cybernet-WaterCad

Permite modelar varios de los componentes hidráulicos

válvulas reguladoras, bombas, así como también modelar varios escenarios a fin de evaluar el comportamiento hidráulico del sistema.

La entrada de datos es fácil y flexible para realizar los cambios que sean necesarios.

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Cybernet-WaterCad

Permite modelar varios de los componentes hidráulicos

La longitud de las tuberías puede ser ingresadas a través de las coordenadas de los nudos o en forma directa en las tablas.Los resultados se visualizan por pantalla mediante tablas, y en el plano. Los resultados pueden ser exportados a diferentes base de datos o interactuar con sistemas de información geográfica

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Cybernet-WaterCad

Permite modelar varios de los componentes hidráulicos

Además cuenta con un modulo para monitorear la calidad del agua.

Es una herramienta de diseño para redes de agua potable en un ambiente CAD.

Se tiene dos versiones, una en AutoCad y otra Stand-Alone

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Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS

Se tiene las opciones de calcular con las formulas de Hazen-William o Darcy-Weisbach.

Acepta diferentes unidades

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Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS

Se puede configurar para diferentes líquidos (agua, gasolina, etc.)

Incluye la posibilidad de insertar válvulas de diferente tipo como reductoras de presión, sostenedoras de presión, reguladoras de caudal. Bombas

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Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS

Especificar diferentes materiales

Tiene la opción de chequear los datos de ingreso para determinar si existe error

Tiene un help en línea.

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Cybernet-WaterCadCARACTERISTICAS

REQUERIMIENTOS DE HARDWARE

Computador mínimo con 64 RAM

AutoCad r14

Windows NT, Windows 95/98

TALLER 1

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TALLER 1SIMULACION DE UNA RED

Construcción de una red a escalaConfiguración básica del modelo

Método de calculoEscala del dibujoTamaño del texto, símbolo y anotaciones

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TALLER 1CONFIGUACION DEL MODELO

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TALLER 1CONFIGUACION DEL MODELO

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TALLER 1DIBUJO DE LA RED

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TALLER 1INGRESO DE LOS DATOS DEL TANQUE

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TALLER 1ESCENARIOS

Escenario 1 (simulacion en base a los datos iniciales)

Escenario 2 (evento de incendio)

Escenario 3 (incendio con nuevos diametros)

TALLER 2

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TALLER 2SIMULACION DE UNA RED INCLUYENDO BOMBAS Y

TANQUES

Construcción de un modelo “esquematico” conteniendo un tanque, un reservorio, una bomba y tres válvulas reductoras de presión (PRV).Dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y las válvulas reductoras de presión bajo ciertas condiciones de análisis.

El primer escenario contará con una demanda normal, El segundo tendrá una demanda adicional en el nodo J-4.

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TALLER 2SIMULACION DE UNA RED INCLUYENDO BOMBAS Y

TANQUES

REPRESENTANDO UN POZO

No existe un elemento POZO en los modelos

Se lo representa como un Reservorio + Bomba

El reservorio considera que el nivel no varia como lo es en un tanque

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TALLER 2ESQUEMA DE LA RED

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TALLER 2INGRESO DE VALVULAS

VALVULA REDUCTORA DE PRESION:

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TALLER 2INGRESO DE BOMBA

BOMBA:

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TALLER 2INGRESO DE TANQUE

TANQUE:

TALLER 3

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido (SPE)

Rastrea el sistema a lo largo del tiempoSPE=Series de estados estáticos unidos (Fotos)

Por que usar SPE:

Dimensionamiento tanquesOperación bombas y válvulasCuantificación gasto de energía

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

construiremos un modelo conteniendo un tanque, un reservorio, una bomba y una válvula reductora de presión (PRV).Dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y la válvula reductora de presión bajo ciertas condiciones de análisis.

El primer escenario contará con una demanda normal

El segundo tendrá una demanda estimada para el año 2020

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TALLER 3CONSTRUCCION DEL MODELO

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

Configuración básica del modeloConstrucción del modelo.

Patrones de demanda

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

CONTROLES

Control operacional

Propiedad del elemento controladoLimitado a una condición simple

Control Lógico (basado en reglas)

Se mantiene con las alternativasCondiciones complejas (WaterCad v 5.0)

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

CONTROLES OPERACIONALES

Estado (Lógico)Tubería: Abierta o CerradaBombas: Encendida o ApagadaVálvulas: Activa o Inactiva

ConfiguraciónBombas: Factor de velocidad relativa (WaterCad V 5.0)

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

CONTROLES SIMPLES

Encender Bomba a las 5:00 pmApagar bomba cuando la presion de J- 1 > 45 mcaValvula VRP inactiva cuando la presion de J-6 <45

etc

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TALLER 3Simulación en tiempo extendido

Comparación de Resultados

TALLER 4

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TALLER 4Reportes

ANOTACIONES EN EL GRAFICO

Tablas

CURVAS DE PRESION

PERSONALIZACION DEL GRAFICO

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TALLER 4Reportes

TALLER 5WaterCAd v 5.0

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TALLER 5

Objetivos:

Dibujar una red importando un archivo cadDXF.Optimización de una redEstimación de costos

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TALLER 5

Descripción del problemaEl problema consiste en Diseñar una red que cumpla el requisito de presión mínima adoptada de 20 psi.

Para esto se realiza dos simulaciones:Simulación 1 – Condiciones iniciales –Estimación de costosSimulación 2 – Modificación de la red y determinación de los costos

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TALLER 5

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TALLER 5

Configuración básica del modelo

Construcción del modelo

Estimación de costos

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TALLER 5

Resultados

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TALLER 5

Resultados

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OTROS PROGRAMAS

EPANETEs un programa desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, para el estudio y análisis del comportamiento de redes hidráulicas a presión.

Permite el análisis hidráulico, calidad del agua.Se puede especificar la fórmula de Hazen-Williams, o Darcy-Weisbach.

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OTROS PROGRAMAS

EPANETEl programa corre en entorno MS-DOS, WINDOWS 3.1 O 95La presentación de resultados se realiza por pantalla, tablas, gráficos y archivos de texto.

VENTAJAS: Fácil de usar, Distribución gratuita.

DESVENTAJA: No diseña, ingreso de información complicada

DIRECCIÓN EN INTERNET hhh://www.epa.gov

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CONCLUSIONES

Comparando los resultados obtenidos mediante este programa y el programa LOOP, se concluye que los resultados son exactamente los mismos.

Esto significa que el diseño de una red no es función del programa que se utilice, sino del criterio del proyectista.

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CONCLUSIONES

La ventaja que se tiene con este programa es la vinculación que tiene el grafico con los datos

Otra de las ventajas que se tiene es que se puede exportar estos archivos a un sistema de información geográfica.

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BIBLIOGRAFIA

MANUAL DE HIDRÁULICA J.M. DE AZEVEDO NETTO 1976HIDRÁULICA DE TUBERÍAS JUAN G. ALDARRIAGA 1998DISEÑO DE ACUEDUCTOS LUIS FELIPE SILVA GARAVITO 1987ABASTECIMIENTOS DE AGUA SIMON ARROCHA 1978

CYBERNET v. 3.1 1999WATER CAD v 5.0 2004EPANET 1994