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Anlisis comparativo de clculo dedimetros y presiones en un modelo
hidrulico de red de distribucin aplicandoMatlab y Water Cad.
Hyo20/10/2015
ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y DESAGE
ALUMNO: FLORES FLORES EBER ROLY
CODIGO: 2010100283 B
DOCENTE: Ing. Abel Muiz Paucarmayta
UNIVERSIDAD NACIONALDEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DEINGENIERIA CIVIL
Ao de la DiversificacinProductiva y del Fortalecimiento
de la Educacin
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Tabla de contenido
II. INTRODUCCION ................................................................................................................. 4
III. OBJETIVOS........................................................................................................................ 4
IV. MARCO TEORICO............................................................................................................... 4
I. ANALISIS. ................................................................................... Error! Marcador no definido.
V. METODOLOGIA .................................................................................................................. 8
VI. CLCULO Y PRESENTACION DE RESULTADOS ................................................................. 8
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................................................... 14
IX. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 14
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RESUMEN
La red de distribucin de agua est constituida por un conjunto de tuberas, accesorios
y estructuras que conducen el agua hasta las conexiones domiciliarias o hidrntespblicos. A los usuarios (domsticos, pblicos, industriales, comerciales) la red deberproporcionarles el servicio constante, en las cantidades adecuadas, calidad adecuaday con una presin apropiada.Ahora bien, el diseo de una red de distribucin incluye la determinacin de los dimetros de las
tuberas, las dimensiones y el emplazamiento de los tanques de regularizacin y
almacenamiento, las caractersticas y la ubicacin de los dispositivos de bombeo y control de
presin. Estos deben seleccionarse de forma que se garanticen las demandas de agua con las
presiones mnimas y mximas permisibles, asegurando as que no deterioren la operacin de la
red. Se considera que su diseo es ptimo cuando se asegura el costo de construccin,
operacin y mantenimiento de la red. Adems de contemplar el costo de tuberas, tanques,bombas, debe considerarse el de la energa elctrica para su operacin.
SUMARY
The distribution network of water is composed of a set of pipes, accessories and structures that
conduct the water to the domiciliary connections or public hidrntes. (domestics, publics,
industrialists, commercials) the net will have to provide the users the constant service, in the
adequate quantities, adequate quality and with an appropriate pressure. Now then, the design
of a distribution network includes the determination of the diameters of the pipes, the dimensions
and the location of the tanks of regularization and storage, the characteristics and the position
of the pumping devices and control of pressure. These should select themselves so that take
guarantees the requests of water with the minimal pressures and permissible maxims, insuring as
soon as they do not deteriorate the operation of the net. It is considered that your design is optimal
when makes sure the cost of construction, operation and maintenance of the net. In addition to
contemplate the cost of pipes, tanks, bombs, he should be considered the one of the electric
power for your operation.
The flow of a liquid in a piping comes accompanied of a loss of energy, that often he expresses
himself in terms of energy for weight unit of circulating fluid.The drop in charge is related to other
variables flowed dynamic according to the type of flow, laminating or turbulent.
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II. INTRODUCCION
El diseo de una red de distribucin incluye la determinacin de los dimetros de las tuberas, las
dimensiones y el emplazamiento de los tanques de regularizacin y almacenamiento, las
caractersticas y la ubicacin de los dispositivos de bombeo y control de presin. Estos debenseleccionarse de forma que se garanticen las demandas de agua con las presiones mnimas y
mximas permisibles, asegurando as que no deterioren la operacin de la red. Se considera que
su diseo es ptimo cuando se asegura el costo de construccin, operacin y mantenimiento
de la red. Adems de contemplar el costo de tuberas, tanques, bombas, debe considerarse el
de la energa elctrica para su operacin.
III. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Anlisis comparativo de clculo de dimetros y presiones en un modelo hidrulico de red dedistribucin aplicando Matlab y Water Cad...
OBJETIVOS ESPECFICOS
Analizar el dimetro ptimo para las tuberas de la red de distribucin determinadas delmodelamiento con el Water Cad y con Las Hojas Excel.
Determinar las presiones en las tuberas la cual sern resultados del anlisis de la red dedistribucin.
IV. MARCO TEORICO
a. PARMETROS DE DISEOPara el diseo de redes de distribucin de agua potable se tiene que tener en cuenta:
la concepcin bsica del sistema de abastecimiento de agua. Trabajos topogrficos de la localidad y sus reas de expansin, que incluya: Permetro urbano de la ciudad. reas de expansin previstas en el plan regulador. reas cuyo desarrollo es evidente y no estn previstas en el plan regulador. reas en las que est prohibida la ejecucin de obras de abastecimiento (parques urbanos, reservas
forestales, etc.). Vas de ferrocarril y vehiculares existentes y proyectadas. Cursos de agua con sus obras de canalizacin previstas y proyectadas. Puentes, viaductos y otros pasos de cursos de agua, vas pblicas y calles. Urbanizaciones existentes, tipo de pavimentos existentes y futuros. Relevamiento de las partes del sistema de distribucin existente, debidamente localizados en planos
topogrficos.
Informacin de componentes de sistemas existentes y otros.
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B. PRESIONES DE SERVICIO
Durante el perodo de la demanda mxima horaria, la presin dinmica mnima en cualquier punto de la red
no debe ser menor a:
Poblaciones iguales o menores a 2 000 habitantes 5,00 m.c.a. Poblaciones entre 2 001 y 10 000 habitantes 10,00 m.c.a. Poblaciones mayores a 10 000 habitantes 15,00 m.c.a.
Las presiones arriba mencionadas podrn incrementarse observando disposiciones municipales o locales de
polticas de desarrollo urbano y segn las caractersticas tcnicas del sistema de distribucin.
En el caso de sistemas con tanques de almacenamiento, las presiones deben estar referidas al nivel de agua
considerando el nivel de agua mnimo del tanque de almacenamiento.
C. VELOCIDADES DE DISEO
La velocidad mnima en la red de distribucin en ningn caso debe ser menor a 0,60 m/s para garantizar la
auto limpieza del sistema.
Para poblaciones pequeas, se aceptarn velocidades menores, solamente en ramales secundarios. La
velocidad mxima en la red de distribucin no debe ser mayor a 2,00 m/s.
A fin de que no se produzcan prdidas de carga excesivas, debe aplicarse la frmula de
Mougnie para la determinacin de velocidades ideales para cada dimetro. Dicha frmula es aplicable a
presiones en la red de distribucin de 20 m.c.a. y 50 m.c.a. y est dada por:
D. DIMETROS MNIMOSLos dimetros mnimos de las tuberas principales para redes cerradas deben ser:
En poblaciones menores a 2 000 habitantes 1 En poblaciones de 2 001 a 20 000 habitantes 1 1/2 En poblaciones mayores a 20 000 habitantes 2
En redes abiertas, el dimetro mnimo de la tubera principal debe ser de 1, aceptndose, en poblaciones
menores a 2 000 habitantes, un dimetro de 3/4 para ramales.
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TIPOS DE REDESBsicamente existen tres tipos de tipos de redes de agua potable:
Red abierta o ramificada Red cerrada o anillada Red mixta o combinada
1. RED ABIERTA O RAMIFICADALa red abierta est constituida por tuberas que tienen la forma ramificada a partir de una lneaprincipal; puede emplearse en poblaciones semidispersas y dispersas o cuando por razonestopogrficas o de conformacin de la poblacin no es posible un sistema cerrado (ver Figura6.7).
RED CERRADA O ANILLADA.
Son tambin conocidas como sistemas de circuitos cerrados. Su caracterstica primordial es teneralgn tipo de circuito cerrado (loop, en ingls) en el sistema. El objeto es tener un sistemaredundante de tuberas: cualquier zona dentro del rea cubierta por el sistema puede ser alcanzadasimultneamente por ms de una tubera, aumentando as la confiabilidad del abastecimiento. Estetipo de de red que usualmente conforma el sistema de distribucin de Agua potable de una zonaurbana o rural.
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E. MTODO DE HARDY - CROSSEs un mtodo de aproximaciones sucesivas por el cual se realizan correcciones sistemticas a loscaudales originalmente asumidos (caudales de trnsito por las tuberas) hasta que la red seencuentre balanceada.En un nudo cualquiera de una red cerrada, la sumatoria de caudales que entran (afluentes +) a un nudo es igual
a la suma de caudales que salen (efluentes -) del nodo, tambin la suma de prdidas a travs de una red cerrada
es igual a cero (ver Figura 6.12).
Cuando se emplee la frmula de Hazen-Williams para el clculo de prdidas de carga en lastuberas, el factor de correccin del caudal para cada malla est dado por:
Donde:r = Coeficiente de resistencia, cuyo valor depende del tipo de ecuacin empleada para el clculo.n = Exponente del caudal, que depende la ecuacin de resistencia empleada n = 1.851, segn laecuacin de Hazen & Williams.
n = 2.0, segn la ecuacin de Darcy & Weisbach.Q = Variacin de caudal en m3/s
h = Prdida de carga en m/m.
L = Longitud de la tubera en m.Q = Caudal que pasa por la tubera en m3/s.C = Coeficiente de rugosidad de la tubera de Hazen-Williams.D = Dimetro de la tubera en m.El Mtodo de Hardy Cross corrige sucesivamente, iteracin tras iteracin, los caudales en los tramos, con la
siguiente ecuacin general:
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V. METODOLOGIA
Para la ejecucin de este anlisis ser necesario completar los siguientes pasos:
PASO 1: PLANTEAMINETO DE UN MODELO HIDRAULICO
En nuestro caso elegiremos una red de distribucin de agua potable con la finalidad de poder analizar los
dimetros efectivos y presiones adecuadas en cada una de las tuberas que conforma la red.
PASO 2: MODELAMIENTO Y ANALISIS CON EL WATERCAD
Una vez modelado el programa analizara los dimetros de las tuberas y las respectivas presiones de cada una de
las tuberas que conforman la red
PASO 3: REALIZAR EN ANALISIS DEL CALCULO DE LOS DIAMETROS Y DETERMINACION DE LASPRESIONES POR MEDIO DE HOJAS EXCELES
Procesaremos los datos en hojas excedes
PASO 4: REALIZAREMOS LAS COMPARACIONES ENTRE AMBOS RESULTADOS OBTENIDOS TANTO POREL WATERCAD Y POR LAS HOJAS EXCELES.
ENTRE AMBOS RESULTADOS OBTENIDOS TANTO POR EL WATERCAD Y POR LAS HOJAS EXCELES.
VI. CLCULO Y PRESENTACION DE RESULTADOS
PASO 1: PLANTEAMINETO DE UN MODELO HIDRAULICO POR GRAVEDAD
Con la finalidad de poder analizar las perdidas por friccin y singularidad.
TENEMOS UNA RED DE
AGUA ABASTECIDO POR UN
TANQUE ELEVADO ESTE
ESTE MNUESTRO MODELO
PARA EL WATERCAD Y
PARA ANALIZAR
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PASO 2: MODELAMIENTO Y ANALISIS CON EL WATERCAD
Detallaremos todos los pasos seguidos para el modelamiento
CREAMOS UN NUEVO PROYECTO:
DEFINIMOS ALGUNOS DATOS COMO EL CAUDAL LOS DIAMETRO Y ACCESORIOS:
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DIBUJAMOS LA RED DE TUBERIAS
COLOCAMOS LAS DIMENSIONES DE CADA TRAMO
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COLOCAMOS LAS ELEVACIONES
COLOCAMOS LAS DEMANDAS NECESARIAS
COLOCAMOS LOS DATOS DEL TANQUE
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PROCESAMOS EL MODELO HIDRAULICO
RESULTADOS DEL PRGRAMA WATER CAD
A.DIAMETROS DE LAS TUBERIAS
B.PRESION EN LAS TUBERIAS
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ANALISIS CON LAS HOJAS EXCELES
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VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para poder calcular las presiones ptimas para el funcionamiento de la red de distribucin es
necesario determinar los dimetros de las tuberas, es proceso se realiza en forma iterativa, no
obstante el programa realiza este proceso.
Se pudo conseguir resultados similares entre los dados por el programa Water Cad y las
procesadas por las hojas exceles.
Es importante considerar las perdida por friccin y en este caso las perdidas por singularidad y ano
son despreciables pues en una distribucin de agua potable existen un sin nmero de accesorios
que hacen que el sistema pierda presin.
VIII. BIBLIOGRAFIA
1. TE CV.REDES DE DISTRIBUCION DE GUA. TERCERA ed. TE CV, editor. BOGOTA,COLOMBIA: MC GRAW HILL; 1994.
2. MIJARES A. DISEO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION. CUARTA ed. MEXICO:LIMUSA; 2001.
3. MERLO IYMS. MANULA DE WATER CAD V8i. SEGUNDA ed. MEXICO: MEX; 2010.