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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
ORDOÑEZ ORDOÑEZ FRANCISCO RENEINGENIERO CIVIL
DISEÑO Y MODELACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUAPOTABLE DE UNA EDIFICACIÓN MULTIFAMILIAR USANDO EPANET
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
ORDOÑEZ ORDOÑEZ FRANCISCO RENEINGENIERO CIVIL
DISEÑO Y MODELACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DEAGUA POTABLE DE UNA EDIFICACIÓN MULTIFAMILIAR
USANDO EPANET
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA16 de agosto de 2017
ORDOÑEZ ORDOÑEZ FRANCISCO RENEINGENIERO CIVIL
DISEÑO Y MODELACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE DEUNA EDIFICACIÓN MULTIFAMILIAR USANDO EPANET
MACHALA, 16 DE AGOSTO DE 2017
AGUIRRE MORALES FREDY ALEJANDRO
EXAMEN COMPLEXIVO
Urkund Analysis Result Analysed Document: ORDOÑEZ ORDOÑEZ FRANCISCO RENE_PT-010517.pdf
(D29675419)Submitted: 2017-07-17 23:42:00 Submitted By: [email protected] Significance: 6 %
Sources included in the report:
1-TESIS MARIA EUGENIA (1).doc (D15163246) Trabajo práctico Edison Nagua.docx (D16363770) Trabajo Práctico Andrea Romo.docx (D16381225) https://www.academia.edu/28678835/DESIGN_OF_KANO_STATE_METE https://www.academia.edu/31556323/IRJET- https://www.academia.edu/30656472/Simulation_of_Existing_Water_Distribu
Instances where selected sources appear:
9
U R K N DU
RESUMEN
El presente trabajo presenta una alternativa eficiente para la modelación del
abastecimiento y distribución de agua potable en edificaciones por medio de EPANET.
Este trabajo consta de tres partes: la primera parte, enfoca todo lo relacionado a la
determinación de un sistema indirecto de distribución, el cual está conformado por la
acometida, cisterna, sistema de bombeo, tanque elevado, las tuberías de distribución y
accesorios; además se obtienen los diámetros, caudales, velocidades y dotaciones de
aparatos, considerando las especificaciones de la norma hidrosanitaria del Ecuador. La
segunda parte del trabajo se centra en el uso y aplicación de EPANET, explica el
entorno del programa, cómo utilizar cada elemento del software de forma detallada, y
además, se propone las consideraciones y artificios que se utilizan en cada elemento
para realizar de manera la correcta la modelación y análisis de la red de distribución de
agua potable. En la tercera parte del trabajo se obtiene los resultados de velocidades,
caudales y presiones en el programa, del análisis realizado en la red. Se incluye el
análisis de la red aplicando las ecuaciones propuestas por el método más utilizado para
redes de agua en edificaciones; el método de simultaneidad, por lo cual se realiza una
comparación de los resultados obtenidos por ambos análisis, confirmando así la
confiabilidad del uso de EPANET. Finalmente se describe los resultados y las
conclusiones, previamente realizando un análisis con la Norma Hidrosanitaria del
Ecuador, comprobando el cumplimiento de los requerimientos normales de trabajo para
edificaciones.
Palabras claves: Diseño, modelación, red, distribución, epanet.
1
ABSTRACT
The present work presents an efficient alternative for the modeling of the supply and
distribution of drinking water in buildings through EPANET. This work consists of
three parts: the first part focuses on everything related to the determination of an
indirect distribution system, which is made up of the connection, cistern, pumping
system, elevated tank, distribution pipes and accessories; plus, the diameters, flows,
speeds and equipment endowments are obtained, taking into account the specifications
of the hydro-sanitary standard of Ecuador. The second part of the work focuses on the
use and application of EPANET, explains the program environment, how to use each
element of the software in detail, and also proposes the considerations and artifices that
are used in each element to perform in a way the correct modeling and analysis of the
potable water distribution network. In the third part of the work we obtain the results of
velocities, flows and pressures in the program, of the analysis performed in the network.
The analysis of the network is included applying the equations proposed by the most
used method for water networks in buildings; The method of simultaneity, for which a
comparison of the results obtained by both analyzes is carried out, thus confirming the
reliability of the use of EPANET. Finally, we describe the results and conclusions,
previously carrying out an analysis with the Hydrosanitary Standard of Ecuador,
verifying compliance with the normal working requirements for buildings.
Keywords: Design, modeling, network, distribution, epanet.
2
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 5 OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN 5 MARCO CONCEPTUAL 5
DESARROLLO 7
RESULTADOS 18
CONCLUSIONES 19
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 20
3
INTRODUCCIÓN
El uso de agua y sus distintas aplicaciones en el medio han convertido el estudio de
distribución de la misma en la pieza principal para la elaboración de distintos métodos
que satisfagan las necesidades de consumo de agua. “El agua potable es un elemento
necesario e indispensable para las actividades diarias del ser humano” [1].
“Existe una estrecha relación entre el uso que la sociedad le da a el agua y quienes
tienen más acceso a la misma, ya que limita el crecimiento y desarrollo de la sociedad,
así también de cómo actúa la sociedad frente al cuidado de fuentes de agua” [2].
Para su distribución se emplea el diseño de redes de abastecimiento de agua potable en
varias obras, que es la parte fundamental para el buen uso de la misma, ya que el diseño
y ejecución aparte de satisfacer y cumplir con los aspectos básicos de desempeño, debe
cumplir con las garantías de trabajo expuestas en la Norma Hidrosanitaria Ecuatoriana.
“Los modelos existentes en el medio, han sido elaborados en países desarrollados donde
el servicio del agua potable es continuo, por ende la demanda del agua es continua y no
se crea una inestabilidad de consumo, solo basta con realizar la acometida del sistema
para obtener el líquido vital” [3].
El diseño respectivo será realizado usando Epanet, que se encarga de diseñar redes de
abastecimiento de agua potable. Aplicando el diseño y cálculo respectivo en el software,
se garantiza el buen uso del agua potable en la red de la edificación, cumpliendo con los
requerimientos normales de trabajos expuestos en la Norma Hidrosanitaria Ecuatoriana,
tanto en el ámbito de velocidades, caudales y presiones.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Epanet se utiliza para desarrollar el análisis de redes de abastecimiento y distribución de
agua potable a nivel macro, es decir para urbanizaciones, ciudades, etc. El programa ha
sido desarrollado para analizar el abastecimiento en la red externamente a las
edificaciones, es decir, no toma en consideración la distribución interna en
edificaciones. Como el programa no ha sido creado para el análisis interno en
edificaciones, existe un problema al momento de querer analizar este tipo de redes. La
falta de información para modelar redes de agua potable en edificaciones usando
Epanet, hace que la utilización del mismo sea desconocida y no aprovechado para este
4
tipo de modelación, ya que el programa ha sido desarrollado con los mismos principios
que se basan las redes de agua potable en edificaciones.
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La población ha ido en aumento, por lo tanto se ha optado por la construcción de
edificaciones con varios niveles para solventar la necesidad de vivienda que existe. Para
mejorar las condiciones de habitabilidad en las edificaciones se elabora una red de agua
potable que satisfacen las necesidades de los habitantes y para poder optimizar el
cálculo, se ha optado por desarrollar un modelo práctico para ser diseñado en Epanet
que ayudará a realizar la modelación de manera rápida y con resultados confiables.
OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
OBJETIVO GENERAL
Diseñar y modelar la red de distribución de agua potable de una edificación
multifamiliar de cuatro niveles, usando el software libre Epanet, comprobando que los
resultados obtenidos cumplan con los requerimientos mínimos de trabajo normal
publicados en la Norma Hidrosanitaria NHE Agua.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Realizar el trazado de la red en la edificación y determinar las dotaciones,
diámetros, longitudes, alturas, caudales y velocidades en los diferentes nudos y
tuberías de la red.
● Modelar la red de agua potable de la edificación y realizar el análisis de
distribución mediante el uso de Epanet.
● Comparar los resultados obtenidos en Epanet realizando un análisis de la red con
el método de simultaneidad y comprobar el cumplimiento de los resultados con
los requerimientos mínimos de trabajo normal de la NHE.
MARCO CONCEPTUAL
“La distribución de agua potable se realiza mediante una red, compuesta por tuberías,
accesorios, una tanque elevado, bomba de impulsión y cisterna. Este sistema debe
cumplir características necesarias que estén especificadas en la normativa nacional,
haciendo posible el abastecimiento del agua a todos los usuarios” [4].
5
Se propone para el proyecto una edificación de uso multifamiliar el cual está destinado
a departamentos y un local comercial. Este se encuentra implantado en un área de 190
m 2. Se encuentra ubicado en la Cdla. Urdesa Este, manzana 18, solar 7, de la parroquia
La Providencia, cantón Machala. El proyecto consta de 4 niveles, la planta baja y tres
plantas altas. En la planta baja encontraremos un departamento con un local comercial,
las plantas altas están destinadas a departamentos, con una altura de entrepiso de 2.65
m. En el último nivel se encuentra ubicado el tanque elevado sobre una loseta de H.A.
con una altura de 6.20 medido desde el último piso.
Sistemas de abastecimiento de agua potable
Existen dos tipos de sistemas de abastecimiento de agua potable, los cuales son el
sistema directo y el sistema indirecto. El sistema directo distribuye el agua al edificio
conectándose directamente al punto de acometida de la red pública la cual tiene la
suficiente presión para distribuir a los nudos más críticos de la edificación. El sistema
indirecto es utilizado cuando la presión de la red pública no es suficiente para distribuir
el agua potable en la edificación. Está conformada por una cisterna, un equipo de
bombeo y tanque elevado, los cuales distribuyen por gravedad a toda la red del edificio.
Selección de sistema de abastecimiento y generalidades del proyecto
La presión existente en la red pública es de 1.75 m.c.a, lo cual, realizando un análisis,
nos indica que para el proyecto, la presión es muy baja, ya que se tiene un edificio de 4
pisos, con desniveles de 2.65 m; esto quiere decir que la presión en la red solo podría
abastecer a los aparatos del primero piso que se encuentren a menos de 1.75 m de altura
con respecto a la acometida de agua y que no serviría para distribuir hacia los pisos
superiores. En conclusión, la decisión que se toma sobre el sistema de red de agua
potable en la edificación, es un Sistema Indirecto; consta de una cisterna llenada
directamente de la acometida de la red principal, el agua es impulsada con una bomba
de 0.85 HP hacia el tanque elevado de 2000 l. ubicado a una altura de 14.15 m desde la
cota +0.00. El sistema consta de 29 puntos de salida de agua conformado en (8) duchas,
(8) lavamanos, (8) inodoros, (4) lavaplatos y (1) lavandería.
Nota: “Los consumidores que se ubican al final de la red, presentan una baja presión en
la distribución, lo que genera que sus cisterna no se llenen de forma adecuada” [5].
6
DESARROLLO
Epanet principalmente fue diseñado con el objetivo de resolver problemas de diseño de
redes de abastecimiento y distribución de agua potable a grandes escalas, más no para
redes internas en edificaciones, pero esto no impide que se pueda modelar la red de una
edificación que cumpla con todas las especificaciones necesarias.
“Epanet es un software de uso libre, desarrollado por el Laboratorio Nacional de
Investigación para la Prevención de Riesgos de los Estados Unidos. Este programa ha
sido creado para analizar el comportamiento y calidad en la distribución de agua
potable” [6].
“EPANET realiza un seguimiento del flujo de agua en cada tubería, la presión en cada
nodo, la altura del agua en cada tanque y la concentración de una especie química en
toda la red durante un período de simulación de múltiples etapas de tiempo” [7].
Epanet consta de muchas características de programación que nos ayudan a realizar una
modelación muy acertada a la red en la realidad, por eso el programa fue elaborado para
redes con todos los posibles casos que se puedan presentar, como lo son:
● No tiene límite en el tamaño de la red.
● Determina las pérdidas generadas en el sistema con las fórmulas de
Hazen-William, Darcy-Weisbach o Chezy-Manning.
● Determina las pérdidas menores por accesorios.
● Modela bombas de impulsión hidráulica.
● Presenta varios tipos de válvulas, las cuales son, las cierre, de control, de
regulación de presión y de control de flujo.
● Los tanques de almacenamiento puede dimensionarse fácilmente.
Trazado de la red
“El objetivo del diseño de la red de abastecimiento, es conseguir una presión adecuada
en el nudo con el fin de recibir la dotación adecuada en el aparato sanitario” [8].
Previo al trazado, se toma una consideración importante, la cual es la de distribuir con
cuatro bajantes principales hacia los distintos pisos con el objetivo de prevenir la
pérdida de presión y pérdida de caudal en los distintos aparatos sanitarios.
7
El diseño de la red es planteada en el plano arquitectónico base utilizando AutoCAD; se
traza las tuberías de forma que la misma abastezca de la manera más eficiente a todos
los puntos de salida de agua potable. Se plantea la vista isométrica definiendo los nudos
y diferenciando los distintos aparatos con sus respectivos caudales. Una vez trazado en
AutoCAD, con ayuda de EpaCad, se importa la red a Epanet, en donde se procede a
editar la red de agua potable.
Para la realización de la red de abastecimiento y distribución de agua potable de la
edificación en Epanet, se debe cambiar algunos aspectos importantes en el software.
Epanet tiene valores iniciales por defecto que se debe de editar para que los resultados
que se obtienen al final sean certeros, como lo son: Las fórmulas con las que va a
calcular, unidades del caudal y la rugosidad que van a tener las tuberías.
El programa viene predeterminado para calcular con tres tipos diferentes de ecuaciones,
las cuales son: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach y Maning; La opción que se debe de
tomar es la de Darcy-Weisbach porque son fórmulas aplicables a tuberías menores de
50 mm de diámetro, las cuales serán utilizadas en este tipo de edificaciones. Para poder
editar esta opción, se procede a abrir Epanet e ir a hacia esta dirección: Proyecto >
Valores por defecto, clic a la etiqueta Opciones hidráulicas y se procede a seleccionar
en la barra de Ecuación de pérdidas la opción D-W (Darcy-Weisbach).
En la misma dirección pero en la barra de Unidades de caudal se procede a escoger la
opción LPS (Litros por segundo), la unidad con la cual trabajan las ecuaciones de
Hazen-Williams. En la misma dirección pero en la etiqueta Propiedades, en la barra de
Rugosidad de tuberías, se edita el valor respectivo de rugosidad que tendrán las
tuberías de la edificación, basándose en la norma y en el material de las mismas.
Rugosidad (PVC) = 0.0015 mm (Véase en Tabla N°5). E Igual, en la misma dirección
anterior, pestaña Propiedades, en la barra Longitudes automáticas se selecciona la
opción Off, la cual nos servirá de mucho para poder trazar la tubería a nuestro interés.
Nota: Una vez editado las características principales de todos los elementos, se da clic
en aceptar para que se guarde lo editado.
Modelación en Epanet
Con la ayuda de EpaCAD se importa el plano isométrico, por lo que se evita trazar la
red por medio de Epanet, pero se debe de saber que al momento de importar el dibujo,
8
todos los vértices los convierte en nudos, cambia dirección de flujo, no presenta
diámetros y no presenta datos de elevación, por lo tanto se debe modelar la red para que
el programa pueda reconocer todos los datos necesarios y poder calcular los resultados
de manera correcta.
Insertar y editar conexiones
Para poder insertar una conexión o nudo, se da clic en el ícono (Añadir conexión),
que aparece en la barra de herramientas.
Para editar las propiedades de la conexión, se debe de abrir la ventana de propiedades,
la cual la se puede abrir dando doble clic en el nudo o ir a la parte derecha del
programa, después a la ventana VISOR, escoger en la barra desplegable la opción
conexiones y dar un clic en el icono Editar.
Una vez abierta la ventana de edición, se debe colocar los datos de la cota a la que se
encuentra dicha conexión y la demanda base que necesita dicha conexión basado en la
NHE (Véase en Tabla N°1).
Insertar y editar tuberías
“Las tuberías son líneas que transportan el agua de un nudo a otro. EPANET asume que
todas las tuberías están llenas en todo momento. La dirección del flujo se define con la
dirección de salida del agua de los aparatos sanitarios” [9].
Para poder insertar una tubería, se da clic en el ícono (Añadir tubería), que aparece
en la barra de herramientas. Para este elemento se toma las siguientes consideraciones:
● Para poder trazar la tubería, previamente debe existir como mínimo 2 nudos, ya
sean conexiones, depósitos o embalses, para trazar la tubería.
● El trazado de la tubería solo depende de su longitud, más no de la forma en que
este trazado, es decir que puede trazar la tubería en cualquier dirección y no
tendrá problema en el cálculo ya que las fórmulas que utilizan no depende de los
ángulos y direcciones que tome la red.
● Trazar de nudo a nudo en la dirección correcta del flujo del agua.
Para editar las propiedades de las tuberías, se debe de abrir su ventana de propiedades,
la cual se puede abrir dando doble clic en la tubería o ir a la parte derecha del programa,
después a la ventana VISOR , escoger en la barra desplegable la opción Tuberías y dar
un clic en el icono Editar.
9
Una vez abierta la ventana de edición, se puede colocar los datos de la longitud, el
diámetro y la rugosidad, solo en el caso de que dicha sección de tubería sea de otro
material ya que anteriormente se ha definido en los Valores por defecto al PVC como
material (Véase en Tabla N°5). Se inserta el coeficiente de pérdidas menores (Véase en
Tabla N°3), la suma de los coeficientes de los accesorios existentes en la tubería
Insertar y editar embalses
Para poder insertar un embalse (cisterna), se da clic en el ícono (Añadir embalse),
que aparece en la barra de herramientas.
Para editar las propiedades del embalse, se debe de abrir su ventana de propiedades, la
cual se puede abrir dando doble clic en el embalse o ir a la parte derecha del programa,
después a la ventana VISOR , escoger en la barra desplegable la opción Embalses y dar
un clic en el icono Editar.
Una vez abierta la ventana de edición, se puede colocar el valor de la altura total a la
que se encuentra el embalse (m), como es una cisterna, el valor va a ser de 0,00 m.
Insertar y editar depósitos
Para poder insertar un depósito (tanque elevado), se clic en el ícono (Añadir
depósito), que aparece en la barra de herramientas.
Para editar las propiedades del depósito, se debe de abrir su ventana de propiedades, la
cual se puede abrir dando doble clic en el embalse o ir a la parte derecha del programa,
después a la ventana VISOR , escoger en la barra desplegable la opción Depósitos y dar
un clic en el icono Editar.
Una vez abierta la ventana de edición, se puede colocar el valor de la cota, del nivel
inicial (nivel óptimo de trabajo), el nivel mínimo de agua, el nivel máximo de agua y el
diámetro del tanque elevado.
Insertar y editar bombas
Para poder insertar una bomba, se clic en el ícono (Añadir bomba), que aparece en
la barra de herramientas.
Para editar las propiedades de la bomba, se debe de abrir su ventana de propiedades, la
cual se puede abrir dando doble clic en el embalse o ir a la parte derecha del programa,
después a la ventana VISOR , escoger en la barra desplegable la opción Bombas y dar
un clic en el icono Editar.
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Una vez abierta la ventana de edición, se puede definir el ID de la curva característica,
por lo tanto colocaremos (1), que será el ID de la curva característica.
Insertar y editar curvas características de bombas
Para insertar y editar las propiedades de la curva característica de la bomba, se debe ir a
la ventana VISOR , escoger en la barra desplegable la opción Curvas y dar un clic en el
icono Añadir para insertar los puntos de la curva.
Una vez seleccionado la curva de la bomba, se procede a pasar los datos de Caudal y
Altura de cada punto de la curva en orden ascendente, dejando como ID de la curva
característica “1”.
Iniciar el análisis de la red
Una vez definido las propiedades geométricas e hidráulicas de toda la red de
abastecimiento de agua potable, se debe de analizar el sistema para conocer las
presiones, velocidades y caudales del sistema para así finalmente definir si la red
cumple con todas las características normales de trabajo que propone la NHE.
Para poder realizar el análisis de la red de la edificación se da clic en el ícono
(Iniciar Análisis); Si la red está diseñada correctamente, el programa lanzará un mensaje
dando aviso a que el análisis se ha realizado con éxito, pero en el caso de que la red no
esté bien diseñada, el programa dará aviso a que el análisis ha encontrado errores ya sea
de propiedades hidráulicas o geométricas en la red.
Nota: Si el análisis encuentra errores, se debe revisar y editar las distintas conexiones
de la red que puedan tener algún tipo de error. Epanet analiza la red con los datos que se
ingresa, pero es de responsabilidad del autor revisar los datos ingresados y los
resultados obtenidos al finalizar el trabajo.
Consideraciones en el análisis:
● Al momento de determinar los caudales que recorren en las tuberías se debe de
tomar en cuenta que el caudal que recorre el tramo es el caudal máximo
probable que se producen por el factor de simultaneidad.
● Para poder acertar los caudales correspondientes en las tuberías se realiza un
artificio básico aplicable en Epanet; lo que se debe de hacer es restar, disminuir
o colocar caudales negativos en los nudos que conectan las tuberías y por tanteo
en el análisis llegar al caudal máximo posible que atraviesan en las tuberías.
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Visualizar resultados en la red
Una vez obtenido con éxito el análisis de la red, se tiene la opción de visualizar
directamente en la red los resultados. Para poder realizar la visualización de los
resultados, previamente se debe de realizar los siguientes pasos:
1. Dirección: Ver > Opciones > Etiquetas (Opciones del plano).
2. En el cuadro habilitado, por facilidad, se procede a habilitar en la pestaña
Etiquetas todas las opciones de visualización.
3. Se da clic en Aceptar para guardar lo realizado.
Ahora para poder visualizar los resultados que se necesita ver en las conexiones y líneas
de tuberías, se realiza los siguientes pasos:
1. Ir a la ventana ubicada en la parte derecha del programa VISOR.
2. Dar clic en la pestaña Plano.
3. En la barra desplegable Nudos se elige el valor que se quiere ver en los nudos
(Conexiones, Embalse, Depósito) de la red.
4. En la barra desplegable Líneas se elige el valor que se quiere ver en las líneas
(Tuberías, Bombas) de la red.
5. Se podrá visualizar directamente en la red los resultados que se desee.
También se puede visualizar los resultados de cada elemento dando doble clic sobre la
conexión o tubería de interés, después con la barra de desplazamiento de la ventana que
se abre se debe dirigir hacia la parte de abajo en donde se encontrará los resultados.
Insertar tablas de resultados
Para poder analizar los resultados de la red de una forma más amplia y con más datos
que se quiera revisar se puede insertar tablas de resultados, para eso se debe de seguir
los siguientes pasos:
1. Clic en el ícono (Tablas).
2. Se habilitará una ventana de opciones Selección de la tabla; en la pestaña Tipo
se puede seleccionar la opción Nudos de la Red o Líneas de la Red.
3. Ir a la pestaña Columnas la cual cambiará su lista de visualización de columnas,
dependiendo si anteriormente se selecciona una tabla para Nudos o Líneas.
4. Para poder tener una idea más amplia de los resultados, se selecciona todas las
opciones de visualización de columnas para que el programa elabore la tabla.
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5. Clic en aceptar, y se habilitará la tabla de resultados.
Insertar gráficos
Si se desea realizar un análisis de variación de presiones, demanda de caudal en los
aparatos, etc., en un nudo crítico o de interés, se puede realizar gráficos personalizados
que nos permitan visualizar los resultados y la variación que tienen en la red. Para
insertar los gráficos se realiza los siguientes pasos:
1. Clic en el ícono (Gráficos).
2. Se abre la ventana Selección del gráfico; se selecciona el Tipo de gráfico
(Curvas de evolución), Tipo de objetos (Nudos), Magnitud (Presión).
3. Ahora se selecciona nudo por nudo, añadiendo a la tabla orden de visualización.
4. Clic en aceptar y automáticamente el programa lanzará el gráfico de resultados
del análisis realizado de la red.
Método de Simultaneidad
Para poder verificar la confiabilidad de los resultados obtenidos en Epanet, se puede
calcular la red de abastecimiento de agua potable de forma manual al usar el método de
simultaneidad, es decir, se calcula los resultados al utilizar las fórmulas de
Darcy-Weisbach, con apoyo de la norma hidrosanitaria del Ecuador, aplicando las
consideraciones correspondientes al caso y con una hoja electrónica en Excel.
Redes de distribución
La distribución del agua será mediante un sistema de bombeo de flujo ascendente
conformado por una bomba de 0.85 Hp con una altura manométrica de 24.60 m.
“Para el diseño, la modelación y análisis de redes de agua potable de forma correcta, se
necesita conocer varios fundamentos importantes como son: la rugosidad, posición,
geometría de tuberías y uso de accesorios” [10]. Según la NEC-11, obtenemos los
valores de las dotaciones según la cantidad de habitantes en el periodo de un día.
Bomba de impulsión
La bomba se la selecciona a partir de las características de succión e impulsión que se
encuentra definido en el trazado de la red. Con la siguiente ecuación se puede
determinar la curva de altura de impulsión vs el caudal impulsado:
t s i (Ec.1)H = h + h +gπ Ds2 58f sLsQ2
+gπ Di2 58f iLiQ2
+ 8KsQ2
gπ Ds2 4 + 8KiQ2
gπ Di2 4
13
Dónde:
hs=Altura de succión ; hi=Altura de impulsión
fs=Factor de fricción en succión ;fi=Factor de fricción en impulsión
Ls=Longitud de succión ;Li=Longitud de impulsión
Ds=Diámetro de succión ;Di=Diámetro de impulsión
Ks=Pérdida menores de succión;Ki=Pérdida menores de impulsión
Q=Caudal
Definimos la bomba que se va a necesitar a partir del gráfico de la curva característica y
de las curvas de varias bombas que se encuentran disponibles en el mercado.
Cálculo de pérdidas, caudales, velocidades y presiones usando excel
Para las redes que tiene inicio desde el tanque elevado, se determina los valores
respectivos para el aparato crítico que en esta edificación y en cada nivel es la ducha.
Este aparato que tiene una altura de 2.00 m en cada piso debe estar diseñada para una
presión mínima requerida según la NEC-11 es de 3.00 mca (Véase en Tabla N°2), se
debería trabajar con la recomendada pero por cuestiones arquitectónicas se trabaja con
la presión mínima. Además, el diseño de las redes de distribución se ha realizado
calculando las pérdidas por fricción en tuberías y pérdidas por accesorios con las
siguientes fórmulas teóricas:
Ks=(1/√(n-1))+F*(0.04+0.04*log(log(n) )) (Ec.2)
Dónde:
n = número total de aparatos servidos
ks = coeficiente de simultaneidad, entre 0.2 y 1.0
F = factor que toma los siguientes valores:
F = 0, según Norma Francesa NFP 41204
F = 1, para edificios de oficinas y semejantes
F = 2, para edificios habitacionales
F = 3, hoteles, hospitales y semejantes
F = 4, edificios académicos, cuarteles y semejantes
F = 5, edificios e inmuebles con valores de demanda superiores
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Caudal máximo probable
Qmáx probable=Qmáx posible*Ks (Ec.3)
Se asume los valores de diámetros comerciales en milímetros.
Ecuación general de la Energía
Basándose en la ecuación de Bernoulli:
(Ec. 4)1 2γP 1 + Z + 2g
V 12= γ
P 2 + Z + 2gV 22
Donde:
P1,P2=Presión en el punto de análisis 1 y 2
Z1,Z2=Altura en el punto de análisis 1 y 2
v1,v2=Altura en el punto de análisis 1 y 2
γ=Peso específico del fluido; g=Gravedad
La ecuación tiene algunas restricciones, como:
● Solo es válida para fluidos incompresibles.
● No puede haber dispositivos que generen pérdidas como accesorios, etc.
● No puede existir pérdidas de energía por fricción.
Realizando una extensión de la ecuación de Bernoulli, tomando en cuenta todas las
restricciones expuesta anteriormente, queda de la siguiente manera:
(Ec. 5)1 A R L 2γP 1 + Z + 2g
V 12+ h − h − h = γ
P 2 + Z + 2gV 22
Donde:
P1,P2=Presión en el punto de análisis 1 y 2
Z1,Z2=Altura en el punto de análisis 1 y 2
v1,v2=Altura en el punto de análisis 1 y 2
hA=Energía que se agrega al fluido generado por bombas.
hR=Energía que se pierde del fluido generado por motores.
hL=Energía que se pierde por la fricción de tuberías y accesorios.
γ=Peso específico del fluido; g=Gravedad
Velocidad
V=(4*Qmáx probable)/(π*D^2 ) (Ec.6)
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Donde:
D=Diámetro de la tubería
Qmáx probable=Caudal máximo probable
Número de Reynolds
Re=(V*D)/v (Ec.7)
Dónde:
ν=Viscosidad del agua a 20 °C =1,003*〖10〗^(-6) m^2/s (Véase en Tabla N°4)
D=Diámetro de la tubería
V=Velocidad del fluido en la tubería
Factor de fricción
Basada en la ecuación de Darcy – Weisbach, propuesta por Swamee y Jain:
(Ec.8) f = 0.25log + [ ( ε
3.7D5.74
Re0.9 )] 2
Dónde:
ε=Rugosidad del material (PVC)=0.0015 mm (Véase en Tabla N°5)
D=Diámetro de la tubería
Re=Número de Reynolds
Pérdidas por fricción de las tuberías
La caída de presión o pérdidas por fricción generadas en las tuberías se utilizan en
varios cálculos de proyectos y evaluación de instalaciones sanitarias, para lo cual,
generalmente se utiliza la ecuación de Darcy-Weisbach.
Hf=f*l/D*V^2/2g (Ec.9)
Dónde:
f=Factor de fricción ; l=Longitud de la tubería; g=Gravedad
D=Diámetro de la tubería; V=Velocidad del fluido en la tubería
Pérdidas menores:
Para pérdidas generadas por accesorios, utilizamos la siguiente ecuación:
Hl=K(V^2/2g) (Ec.10)
Dónde:
K=Coeficiente de pérdidas menores (Véase en Tabla N°3)
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V=Velocidad del fluido en la tubería
g=Gravedad
Pérdidas totales
Ht=Hf+Hl (Ec.11)
Dónde:
Hf=Pérdidas por fricción de tubería
Hl=Pérdidas menores por accesorios
17
RESULTADOS
● En el solar donde se realizó el proyecto existe una presión en de 1.75 m.c.a.;
tomando en cuenta los requerimientos de presión para el abastecimiento en los
aparatos, se planteó un sistema de abastecimiento indirecto conformado por la
acometida, cisterna de 2.81 m3, una bomba de 0.85 HP y un tanque elevado de
2000 l. Al realizar el dimensionamiento de las tuberías en el sistema, se obtienen
tuberías de PVC con diámetros de ½”, ¾”, 1” y 1 ¼”, dando como resultado que
la red cumple con las especificaciones propuestas de velocidad, dotación y
caudal para la red propuesta.
● En la red, los resultados de EPANET en tanto a presiones en los nudos, se
obtiene que, en la tercera planta alta se encuentra el nudo crítico, el cual es una
ducha con una presión de 5.02 m.c.a. a nivel de piso, descartando la altura de la
ducha de 2 metros, finalmente se tiene una presión de 3.02; comparando este
resultado con la NHE (Véase en Tabla N°1) , se dice que para una ducha se
necesita como mínimo una presión de 3 m.c.a, por lo tanto se cumple la norma;
obviamente se debería trabajar con la presión recomendada, pero por motivos
arquitectónicos se deja como válido este resultado y aun así con las
características que se tiene se está cumpliendo con la normativa.
● Para la primera, segunda y planta baja, se obtuvieron gráficas de variación de
presión en las redes de cada piso. Realizando un análisis en cada piso se
obtienen los siguientes resultados; en la planta baja existen presiones que van de
12 a 14 m.c.a., por lo tanto, superan los valores recomendados establecidos en la
NHE; en la primera planta alta existen presiones de 10 a 12 m.c.a., por lo tanto,
en algunos nudos las presiones son mayores o iguales a los recomendado y en la
segunda planta alta existen presiones que van de 5 a 10 m.c.a., por lo tanto, las
presiones de los accesorios en el piso cumplen con las recomendadas en la
NHE.(Véase en Tabla N°1).
● Realizando la comparación de resultados obtenidos usando Epanet y aplicando
el método de simultaneidad, se comprueban que los resultados en velocidad y
caudal son los mismos; a diferencia de las presiones de algunos nudos, los
cuales varían por 0.01 a 0.02 m en los resultados obtenidos por ambos modelos.
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CONCLUSIONES
● Al realizar el trazado en la edificación, se toma varias consideraciones en la
dirección, longitudes de tramos y diámetros, ya que el cambio del trazado genera
una variación de velocidad, pérdidas y caudal, y además, se coloca los
accesorios necesarios en la red, los cuales generan pérdidas de presión en cada
nudo; en fin, se realiza el trazado de la forma más eficiente para cumplir con
todos los requerimientos.
● Epanet, es un programa que no ha sido desarrollado con los métodos expuestos
para edificaciones, es decir que no trabajan con la simultaneidad en el uso de los
aparatos sanitarios, por lo que se debe definir caudales ficticios en los nudos
para poder compensar este efecto y el programa pueda analizar la red obteniendo
resultados confiables.
● Comparando los resultados que se obtienen en el programa con la NHE, se
concluye que EPANET es aplicable con la norma ecuatoriana, permitiendo
obtener resultados que cumplan con la misma.
● Analizando los resultados obtenidos en Epanet y comparándolos por el método
de simultaneidad, se concluye que; el programa ayuda a obtener datos de la red
que son confiables, teniendo en cuenta que se debe saber cómo usar el software
para poder modelar redes de agua en edificaciones, además de tener el
conocimiento necesario sobre el tema que lleven a cumplir los requerimientos
normales de trabajo que se encuentran en la NHE.
● Epanet es un programa muy versátil para el desarrollo y análisis de este tipo de
redes en edificaciones, el cual da la posibilidad de realizar varios ensayos para
distintos escenarios, es decir, una distribución diferente en la red de forma rápida
y eficiente.
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