Distribución CATEDRATICO: M.C. M C. RICARDO A M.C A. CAVAZOS GZZ ricardo.cavazosgzz@uanl.edu.mx Un sistema de distribución esta formado por una red de tuberías y a su vez esta se compone de tuberías de alimentación, principales y secundarias. Líneas de alimentación.- cuando la red trabaja por gravedad, d d lla lí línea d de alimentación li ió parte d dell tanque de regularización y termina en el lugar donde se hace la primera derivación. Cuando el sistema es por bombeo directo a la red con excedencias al tanque, las líneas de alimentación se originan en las estaciones de bombeo y terminan en la primera intersección. intersección Tuberías primarias.- en el sistema de malla son las tuberías que forman los circuitos localizándose a distancias de entre 400 y 600 metros. La red secundaria no se calcula hidráulicamente. hidráulicamente Las tuberías secundarias son de 75 ó 100 mm de diámetro mínimo. E localidades En l lid d urbanas b populares l pueden d usarse 60 ó 50 mm de diámetro. Los tipos de válvulas comúnmente utilizadas en l redes las d d de d distribución b ó son llas d de compuerta, de expulsión de aire y de retención. En g general se utilizan 3 válvulas de compuertas p en tuberías donde concurren cruces y 2 en todas las tés. La principal p p función de estas válvulas es aislar sub.-secciones del sistema para reparaciones y mantenimiento. Tuberías secundarias.- son las tuberías restantes ocupadas para cubrir el área de proyecto. Tomas domiciliarias.- es la parte de la red por la cual los habitantes tienen agua en su propio terreno. Se recomiendan diámetros de 13 a 19 mm En las tuberías de alimentación y en las primarias el diámetro esta en función del gasto máximo horario. El diámetro mínimo es de 100 mm pero en colonias populares se aceptan 75 mm y en zonas rurales 50 mm mm. Las tuberías pueden ser de fibrocemento A-5, polietileno. PVC y p En los puntos bajos de la red para desagüe y en l sitios los i i altos l se colocan l válvulas ál l d de expulsión l ió de aire; las válvulas de retención se ocupan para limitar el flujo de agua en una dirección. En los cruceros con válvulas debe construirse una caja adecuada para su operación, en función del diámetro, número de válvulas y su ubicación. El buen funcionamiento de un sistema de distribución con base en las di t ib ió se juzga j b l presiones i disponibles para un gasto especificado. Las p presiones deben ser lo suficientemente altas para cubrir las necesidades de los usuarios, pero no excesivas para evitar daños a la red interior de los edificios y elevar los costos. Además de que incrementar demasiado la ió nos puede d causar ffugas, llo que iimplica li presión un costo no recuperable. Zonas Z Presión disponible (Kg/cm2) P ió di ibl (K / 2) Residencial de 2a 2a. 15a2 1.5 Residencial de 1a. 2 a 2.5 Comercial 2.5 a 4 Industrial 3a4 En el proyecto las presiones resultantes se calculan l l con relación l ió all nivel i ld de lla calle en cada crucero de las tuberías primarias. L presión La ió mínima í i d debe b ser d de 15 mca y máxima de 50 mca. En las localidades donde p presentan cambios bruscos de topografía, fí es común dividir el sistema de distribución en dos o mas zonas de servicio,, una de presión ó alta l y otra d de b baja. En cuanto a la velocidad de flujo en la red,, para p diseño se recomienda partir p de valores comprendidos entre1.2 y 1.8 m/s, los cuales se ajustaran en cada caso p particular. Para el diseño de la red de distribución,, se debe disponer de un plano topográfico de la población de escala 1:2000 con curvas de nivel d equidistancia idi t i d de llos alrededores l d d d de 0 0.5 5mo por lo menos con cotas en las intersecciones de las calles. Se debe seguir el siguiente procedimiento: Se S divide di id la l ciudad i d d en zonas de d distribución, di ib ió atendiendo di d las mismas en residencial, comercial e industrial. Se procede a un trazado tentativo, que tenga un conducto principal, que se ramifique para conducir el agua a cada zona. Se determina el coeficiente de gasto por metro de tubería, dividiendo el gasto máximo horario entre la longitud virtual de toda la red. La longitud virtual solo se ocupara para definir el gasto que pasara por cada tubería, es decir el gasto propio. ◦ Para líneas de alimentación Lvirtual = 0 ◦ Para tuberías que abastecen de aguas a predios a un solo lado de la línea: Lvirtual = Lreal ◦ Para tuberías que abastecen de agua predios a ambos lados de la línea: Lvirtual = 2Lreal q = Qmh / ε Lvirtual (coeficiente de gasto por metro de tubería) Se numeran los cruceros que se tengan en la red. Se calculan los gastos propios de cada tramo de la red: Qpropio = q * L virtual. Se efectúa el calculo de los gastos acumulados para cada tramo de tubería, comenzado por el mas distante al depósito de regularización. Se determina el diámetro de los distintos tramos del conducto, usando el gasto acumulado. d = ( Q/ ) (4Q/πV)½ Se determina el nudo de la red con presión mas desfavorable Se desconsideran puntos de presión desfavorable. desfavorable: ◦ Los mas distantes del tanque regularizador. ◦ Los L nudos d d de nivel i l ttopográfico áfi mas alto lt ◦ Los mas distantes y mas altos simultáneamente. Se p procede a situar las válvulas de seccionamiento. Una vez terminado el diseño, se procede a dibujar el plano definitivo de la red de distribución, donde debe aparecer: ◦ Diámetros y longitudes ◦ Piezas de conexión, válvulas, etc. ◦ En cada nudo nudo, un circulo con los datos: cota piezométrica, cota del terreno y carga disponible en ese orden. Se hace una lista de diámetros y longitudes de tubería. tubería Se hacen planos a detalle de conexiones en los cruces de la calle. Considérese el diseño de una red abierta para un fraccionamiento. f i i t Datos: Población de proyecto 8000 habitantes Dotación 150 l/hab./día CVD = 1.2 CVH = 1.5 Carga disponible por crucero = entre 15 y 40 mca En la primera etapa de construcción, el tanque “L “Lagunillas ill de d R Rayon”” d dará á servicio i i solamente l a la zona de Axochiapan I, pero se ha contemplado construir la zona Axochiapan II cn capacidad para 9000 habitantes en una segunda etapa. Por esta razón, el tramo 1-2 d b ád deberá diseñarse para lla población bl ó totall ((8000 + 9000 = 17000 habitantes). Se instalara tubería de fibro-cemento. Tramo de A Crucero Long. Long. Virt. Real (m) Propios Habs. Tributa. Totales 1 2 3 4 15 a 14 15 150 300 649 0 649 14 a 12 14 100 200 432 649 1061 12 a 9 12 200 400 864 1061 1946 13 a 11 13 200 200 432 0 432 11 a 9 11 150 300 649 432 1061 10 a 9 10 150 300 649 0 649 9a6 9 300 600 1297 3676 4973 8a6 8 200 400 865 0 865 7a6 7 100 200 432 0 432 6a3 6 250 500 41061 6270 7351 5a3 5 200 200 432 0 432 4a3 4 100 100 216 0 216 3a2 3 400 0 0 7999 7999 A-II a 2 - - 0 0 9000 9000 2a1 2 500 0 0 16999 16999 Gasto l/s Diámetro Hf (m) Teórico Comercial 5 6 7 2.81 2.14 4.69 Cotas Piezo Tereno Carga disp 8 9 10 0 11 2.5 1.128 151.08 136 15.08 2.77 3.0 .798 152.21 135 17.21 8 45 8.45 3 72 3.72 40 4.0 1 17 1.17 153 01 153.01 130 23 01 23.01 1.87 1.75 2.02 2.09 150.81 135 15.81 4.69 2.77 3.0 1.19 152.9 136 16.09 2.81 2.14 2.5 1.12 153.06 135 18.06 21.58 5.94 6.0 1.38 154.18 130 24.18 3.75 2.47 2.5 2.56 153 138 15 1.87 1.75 2.0 1.04 154.52 137 17.56 31.90 7.22 8.0 .58 155.56 130 25.56 1 1.87 87 1 1.75 75 20 2.0 2 2.09 09 154 154.05 05 137 17 17.05 05 .94 1.24 2.0 .29 155.85 138 17.85 34.72 7.54 8.0 .064 156.14 130 26.14 39.06 7.99 8.0 - - - - 73.78 10.99 12.0 .75 157.23 130 27.23 Columna 1.- se indica la longitud virtual correspondiente al tramo. Columna 2.- se indican los habitantes propios para cada tramo, estos se calculan dividiendo los habitantes totales entre la longitud virtual total y multiplicándolos por la longitud virtual de cada tramo. Columna 3.- recorriendo la tubería en sentido contrario al flujo, los habitantes tributarios son los que se tienen hasta antes del tramos. Columna 4.- es la suma de cada renglón de la columna 2 mas la 3 3. Columna 5.- se calcula el gasto de cada tramo, multiplicando los habitantes por la dotación entre 86400 y por el CVD y el CVH. Columna 6.- se calcula el diámetro teórico. C l Columna 7 con ayuda d d de ttablas, bl se iindica di ell diámetro comercial Columna 8.- Se indica la p perdida de cargas g calculada por la fórmula de Hazen y Williams Columna 9.- Localizando el crucero mas desfavorables se le asigna una carga desfavorables, disponible de 15m. A la cual se le sumara la cota de terreno y se obtendrá la cota piezométrica. i é i A partir i d de este punto se sumaran o se restaran las perdidas de carga para obtener las cotas piezométricas. p p Columna 10.- Se indica la cota del terreno de cada crucero. Columna 11.- se indica la carga disponible para el crucero, esto restando la cota piezométrica de la del terreno. Si en algún punto tenemos menos de 15m de carga quiere decir que equivocamos el punto más desfavorable, por lo cual se tendría que elevar el tanque lo suficiente para que todas las cargas sean mayores que 15 15. Para realizar los planos, se utiliza la simbología que se ha mostrado en las diapositivas anteriores dependiendo de las piezas que se estén utilizando utilizando. Y encada crucero se anota en un circulo, la cota del terreno, la piezométrica y la carga disponible. Un ejemplo de estos planos se presenta a continuación: Para diseñar una red en malla se deben seguir los siguientes pasos: ◦ Obtener un plano topográfico del área, con escala 1:2000 con curvas de nivel a cada 0.5m o con cotas t en las l iintersecciones t i d de llas calles. ll ◦ Basado en la topografía seleccionar la ubicación de los tanques de regularización. ◦ Disponer de un esqueleto de red de distribución en malla que muestre las líneas de alimentación. máximo horario para cada área y ◦ Estimar el gasto g p sub.-área, teniendo en cuenta el crecimiento a futuro. ◦ Asignar g una dirección al flujo j en las tuberías y calcular el gasto propio que pasa por cada tramo de tubería utilizando el criterio de longitud virtual, ya descrito. ◦ De forma ficticia, suponer interrupciones en la circulación en algunos tramos para formar una red abierta abierta, para definir perfectamente cuál tubería alimenta a otras, así se delimitan los puntos de equilibrio. ◦ Acumular los gastos propios calculados en sentido contrario al escurrimiento, partiendo de los puntos de equilibrio. ◦ Estimar el diámetro de las tuberías con el gasto acumulado de cada tramo. ◦ Analizar los gastos y presiones en la red de di ib ió distribución. ◦ Ajustar el diámetro para corregir irregularidades de presión en la red red. ◦ Con los diámetros ajustados, reanalizar la capacidad hidráulica del sistema. ◦ Añadir las tuberías secundarias. ◦ Localizar las válvulas necesarias. ◦ Realizar l llos planos l con llos d datos ffinales l d dell proyecto. El propósito de esto es estimar los gastos y la distribución di t ib ió de d presión ió asociada i d que se desarrolla dentro del sistema. Existen distintos métodos p para esto: ◦ Relajación ◦ Tubería equivalente ◦ Seccionamiento ◦ Método del círculo ◦ Análisis en computadora digital p g ◦ Analogía eléctrica Balanceo de cargas por corrección de gastos acumulados: l d ◦ Los gastos inicialmente se van corrigiendo mediante una formula de manera iterativa,, hasta tener un equilibrio hidráulico en la red. ◦ Por convención se asignan signos positivos y negativos para lograr esto, esto positivos en dirección a las manecillas del reloj y negativos en contra. H/1 85 ε (H/Q) ◦P Por H Hazen Willi Williams: q = - εH 1.85 ◦ Las estimaciones, se realizan, hasta cumplir con la tolerancia acordada. Balanceo de gastos por corrección de cargas: ◦ Si los gastos son desconocidos y hay varias entradas, la distribución de gastos se determina por este método. ◦ Deben conocerse las cargas de presión de entrada y salida. ◦ El método é d se b basa en considerar id que lla suma de los gastos en un nudo es igual a cero y que los gastos de entrada y salida tienen signo contrario. ◦ Por Hazen Williams: h = - 1.85 εQ / ε (H/Q) Equilibrar la red que se muestra a continuación por el método de Hardy Cross (balanceo de gastos por corrección de cargas). La tubería es de fibrocemento. Solución: ◦ Se calcula la perdida de carga en los tramos ◦ Se supone que los gastos de entrada a un nodo tendrán signo g positivo p y los de salida negativo. g ◦ Encontrar los gastos en cada tramo con la ecuación de Hazen-Williams con C = 140, L,H y D. ◦ Encontrar la corrección h con : h = - 1.85 εQ / ε (H/Q) ◦ Sumar algebraicamente H + h obteniendo la H1 ell proceso se repite H1, i h hasta alcanzar l una corrección tan pequeña como se quiera. ◦ Encontrar la Q compensada compensada. Se hace en forma arbitraria de tal manera que la suma de Q sea igual a cero. El método de secciones fue desarrollado por Allen ll Hazen como método é d rápido á d para verificar f que los diámetros de las tuberías de una red ya diseñada sean los correctos correctos. Permite realizar el proyecto o el estudio de d los l tubos b mas pequeños que forman f las mallas de la red. Para P este t calculo, l l se desprecia d i ell consumo doméstico ordinario y solo se considera la demanda de incendios incendios. Los tubos cortados por un círculo de 150m de radio son los que suministran el agua necesaria para la extinción de insendios. La mayor parte de las redes de distribución se analizan en la actualidad utilizando programas computacionales. Al diseñar un programa que resuelva redes de fl j deben flujo, d b satisfacerse ti f llas siguientes i i t ecuaciones i simultáneamente a través de la red: ◦ εQentrada = εQsalida ◦ εH = 0 ◦ H = KQ^n los programas mas complejos las ecuaciones anteriores se resuelven simultaneamente utilizando matrices. El analizador eléctrico de Mcllroy es de tipo analógico. ló i Requiere el uso de tubos de vacío especiales denominados fluistores,, en donde la caída de voltaje es proporcional a 1.85 de la corriente, con lo que es análogo a la perdida de carga producida por la fricción de la tubería Por esto se pueden practicar alimentaciones y cortes de corriente equivalentes a las li t i lid propuestas t en un alimentaciones y salidas sistema de distribución y registrar los cambios de voltaje. Asimismo,, es p posible estudiar los efectos de la implantación de nuevas tuberías reemplazando los tubos por otros equivalentes a líneas mayores.
