Diseño de redes de distribucion de agua potable

Mg: Giovene Pérez Campomanes
Nuevo Chimbote, 17de setiembre del 2017

CONTENIDO
2
1. Introducción
2. Redes de distribución de agua.
3. Ejemplos de diseño.
4. Problemas que se presentan en el
diseño.
5. Fin de la ponencia.

INTRODUCCION
3
Los estudios básicos, técnicos y socioeconómicos,
que deben ser realizados previamente al diseño de
las redes de distribución de agua potable.
Evaluación del sistema de abastecimiento de agua
existente.
Determinación del consumo promedio del agua y sus
variaciones.
Determinar las redes de distribución de agua potable.

Consumo de agua: La dotación mínima a
adoptarse debe ser suficiente para satisfacer los
requerimientos de consumo: Domestico,
Comercial, Industrial, Social y publico, así como
considerar las perdidas de la red de distribución.

Demanda Contra incendio
a) Para habilitaciones urbanas en poblaciones menores
de 10,000 habitantes, no se considera obligatorio
demanda contra incendio.
b) Para habilitaciones en poblaciones mayores de
10,000 habitantes, deberá adoptarse el siguiente
criterio:
- El caudal necesario para demanda contra incendio,
podrá estar incluido en el caudal doméstico; debiendo
considerarse para las tuberías donde se ubiquen
hidrantes, los siguientes caudales mínimos:
- Para áreas destinadas netamente a viviendas: 15 I/s.
- Para áreas destinadas a usos comerciales e
industriales: 30 I/s.

DISEÑO REDES DE DISTRIBUCION DE
AGUA POTABLE

Requisitos que debe reunir:
a) Proporcionar agua inocua y sana a todos los
usuarios.
b) Suministrar agua en cantidad suficiente a
todos los usuarios.
c) Presión requerida en todas las zonas por
abastecer.
d) Costo accesible a la economía de los
usuarios.
e) Servicio continuo.

Parámetros de diseño: Para el diseño de redes de
distribución de agua potable se debe tener en cuenta
lo siguiente:
 La concepción básica del sistema de abastecimiento.
 Los trabajos topográficos de la localidad y sus áreas
de expansión, que incluye:
 Perímetro urbano de la ciudad.
 Áreas de expansión previstas en el plan regulador.
 Áreas cuyo desarrollo es evidente y no están
previstas en el plan regulador.
 Áreas que están prohibida la ejecución de obras de
abastecimiento (parques urbanos, reservas
forestales, etc.).

 Vías de ferrocarril y vehiculares existentes y
proyectadas.
 Cursos de agua con sus obras de canalización
previstas y proyectadas.
 Puentes, viaductos, y otros pasos de cursos de agua,
vías publicas y calles.
Urbanizaciones existentes, tipo de pavimento
existente y futuros.
Mejoramiento de las partes del sistema de distribución
existente, debidamente localizados en planos
topográficos
Información de componentes de sistemas existentes y
otros.

Area del proyecto: Debe comprender la
población del proyecto y las áreas industriales
y comerciales, presentes y resultantes de la
expansión futura.
El área del proyecto debe estar definida
mediante la interrelación de caminos,
calles, ríos, y otros accidentes geográficos
y demarcada en planos cuya escala permita
mostrar los accidentes geográficos utilizados
para la demarcación.

Trazado de red: Preferentemente deben
proyectarse las redes cerradas cuando las
posibilidades técnicas y económicas lo
permitan. La forma y longitud de las mismas
debe ceñirse a las características topográficas
de la localidad, densidad poblacional, y
ubicación del tanque de almacenamiento.

La red abierta: Se debe
aplicarse en poblaciones
dispersas y/o
nucleadas(zonas rurales)
que presenten desarrollo a
lo largo de las vías de
acceso a la población,
donde los tramos de
tuberías para cerrar círculos
resulten muy largos o de
escasa utilidad.

EJEMPLO
1)Diseñar la red de distribución abierta
con los datos siguientes: Numero de
tomas publicas o instaladas = 10 ;
Gasto máximo horario= QMH = 0.528
lps.

La red mixta: Debe aplicase a poblaciones
nucleadas y además presentan un desarrollo a lo
largo de las vías de acceso.

2) Diseñar la red abierta con los datos
que se dan a continuación?:
Q= 1.26 lps ; n=0.009 ; PVC ; numero
de hidrantes o tomas publicas: 13.

3. Un tramo existente de una malla tiene
los siguientes diámetros: 8”, 10”, y 14,
con longitudes de 120 m , 150 m y 220
m, respectivamente. Para mejorar las
condiciones hidráulicas se debe reforzar
con una tubería paralela de 12“ de
diametro¿Qué diámetro utiliza para el
calculo hidráulico?

Presiones de servicio:
Durante el periodo de la demanda máxima horaria, la
presión dinámica mínima en cualquier punto de la red
no debe ser menor a:
En el caso de sistemas con tanques de almacenamiento,
las presiones deben referirse al nivel del agua
considerando el nivel del agua mínimo del tanque de
almacenamiento. La presión máxima en una red, no debe
ser superior a 50 m.c.a. La presión estática aconsejable y
permitida en tuberías de distribución será de 50 m.c.a. y
Presión dinámica: 10 mca.
POBLACION( Hab.) PRESION( m.c.a)
<= 2000 5
2001<= 10000 10
>10000 13

4)Se tiene una localidad rural con una
población de 1100 habitantes, dotación
promedio de 100 l/hab/dia, Tasa de
crecimiento : 20/1000, Qmd=120 % de Qp,
Qmin=300 Qp, el volumen de agua en el
reservorio =30 %de Qp, presión mínima 10 m,
Presión máxima 50 m. C=140 (PVC), diseñar
la línea de conducción, la línea de aducción y
el volumen de aducción del reservorio.

Velocidad de diseño: Bajo ningún caso deben ser
menores de 0.60 m/s, para garantizar la
autolimpieza del sistema( *)
La velocidad máxima en la red de distribución no
debe ser mayor a 3.50 m/s.(*).
Aplicando la formula de Mougnie, que se emplea en
velocidades ideales para cada diámetro, y esta
dada por:
De donde:
V: Velocidad en m/s
D: Diámetro de la tubería en m.

Diámetros mínimos:
Los diámetros mínimos de las tuberías
principales para redes cerradas deben ser :
En redes abiertas, el diámetro mínimo de la
tubería principal debe ser de 1”.
POBLACION(
Hab.) Diametro( pulg.)
<= 2000 1
2001<= 10000 1 1/2
>20000 2

Caudales de diseño: La red de distribución
debe calcularse con el caudal máximo horario
o con el caudal máximo diario mas la demanda
contra incendios, utilizando para el diseño el
mayor valor resultante.
La estimación de los consumos debe ser
realizada:
Mediante el análisis de los datos de
medición, en poblaciones con sistema de
abastecimiento de agua de consumo medido.

Mediante los datos de poblaciones
próximas considerando el grado de
semejanza de las condiciones
socioeconómicas, en poblaciones que no
dispongan de datos de consumo.

Ubicación y profundidad de las tuberías:
Debe colocarse doble vía en una calle, cuando:
 El ancho de la vía es mayor a 18 m.
Existe intenso trafico de vehículos de alto tonelaje.
Existe de reposición de pavimentos de las
conexiones domiciliarias fuese mas caro que la
construcción de red doble.
La separación entre tuberías de agua potable y
alcantarillado debe ser de 1.50 m en planta,
debiendo colocarse la tubería de agua potable a
0.30 m como mínimo por encima de la del
alcantarillado.

Las tuberías principales deben formar circuitos
cerrados siempre que:
El área a ser atendida fuera mayor a 1km2.
La distancia media entre dos tuberías dispuestas
según el trazado paralelo fuera igual a 250 m.
La distancia media entre las tuberías dispuestas
según un trazado paralelo fuera igual a 250 m.
La distancia media entre las tuberías que se
localizan junto a la periferie del área abastecible y/o
el perímetro del área abastecible fuese igual o
superior a 150 m.

 Fueran así exigidas por la entidad
contratante.
 Se pretende una mayor seguridad de
continuidad en el abastecimiento.
 El caudal máximo previsto para
abastecer el área contenida en el circuito
cerrado fuese igual o mayor a 25 l/s.

Válvulas reguladoras e hidratantes:
La red de distribución debe ser provista de válvulas
destinadas a interrumpir, controlar o regular el flujo
de agua en la tubería, se pueden considerar los
diferentes tipos de válvulas:
Si el sentido del flujo es contrario al deseado, la
válvula se cierra y no permite que circule el caudal
por ella.
Si el sentido real del flujo es igual al deseado y el
valor de la presión de entrada a las válvulas es
inferior al de la deseada, la válvula no produce
perdidas y trabaja totalmente abierta.

Válvulas reguladoras e hidratantes:
Si el sentido real del flujo es igual al deseado
y el valor de la presión de entrada a la válvula
es superior al de la deseada la válvula trabaja
parcialmente abierta produciendo unas
perdidas de altura tales que la presión
inmediatamente aguas debajo de si misma
iguale a la presión deseada.

 La distancia que se coloca la válvula del
nodo aguas arriba de la tubería en la que se
encuentra localizada (y por tanto, del nodo
aguas abajo), debe tenerse en cuenta
debido a que las perdidas producidas por la
válvula varían en función de esta posición.

Los hidratantes para combatir incendios deben
instalarse en tuberías de diámetro de 75 mm.
Deben ubicarse de acuerdo a un estudio
especifico, con preferencia en lugares próximos a
establecimientos públicos e industriales
vulnerables a los incendios, a una distancia entre
ellos no mayor de 500 m, para poblaciones de
10000 habitantes a 100000 habitantes y no mayor
a 1000 m, para poblaciones mayores a 100000
habitantes.
Cada hidratante debe llevar su propia válvula
para aislarlo de la red.

Pendientes: Las pendientes deben ser:
 J: 0.04 %, cuando el aire circula en el
sentido de escurrimiento del agua.
J: 0.10 a 0.15 %, cuando el aire circula en el
sentido contrario al escurrimiento del agua.
En este ultimo caso la pendiente de la tubería
no debe ser menor que la pendiente de la
línea piezometrica.

Tipos de redes:
Red abierta o ramificada.
Red cerrada o anillada.
Red mixta o combinada.

Red abierta o ramificada: Esta constituida por
tuberías que tienen forma ramificada a partir de una
línea principal; puede emplearse en poblaciones
semidesérticas y dispersas o cuando las razones
topográficas o de conformación de la población no es
posible un sistema cerrado.
Determinación de caudales en redes abiertas:
Se debe de considerar el numero de conexiones,
para redes de mas de 30 conexiones debe aplicarse
los siguientes métodos:

Método de longitud unitaria: Los pasos
generales para el método de longitud unitaria
son los siguientes:
Inicialmente se identifican las distintas zonas
de distribución en función de su actividad,
es residencial, comercial, e industrial.
Realizar un trazo preliminar de la red,
partiendo del conducto primario para de este
sacar las distintas ramificaciones necesarias
para llevar agua a los distintos puntos o
zonas de distribución. Se anotan las
longitudes de cada tramo.

Calcular el caudal unitario por metro lineal
del tubo, dividiendo el caudal máximo horario
entre la sumatoria de longitudes virtuales de
la red.

La longitud virtual es un concepto que se utiliza
para determinar el caudal que circula por cada
tramo de tubo, a este se le denomina caudal
propio.
De donde:
Qu: Caudal unitario por metro lineal en l/s-m
Qmax_h: Caudal máximo horario en l/s
ΣLvirtual: Sumatoria de las longitudes virtuales de
cada tramo de la red en m.

Numerar los nodos existentes de la red.
 Calcular el caudal propio de cada tramo de la red,
multiplicando el coeficiente de gasto q, por la
longitud virtual del tramo del tubo.
De donde:
Qtramo i : Caudal en el tramo “ i” en l/s.
Qu: Caudal unitario por metro lineal de tubería en l/s-
m
Lvirtual: Longitud virtual del tramo “i” en m.

Partiendo del tramo mas distante hasta el mas
cercano al deposito de regularización se hace la
sumatoria de los caudales acumulados, tomando
en cuenta los caudales de los tramos secundarios.
Determinar el diámetro de cada tramo, en base al
caudal acumulado que debe conducir ,
considerando en el extremo o nudo terminal.
Se procede al diseño de la red.

Método de la repartición media:
El caudal por nodo debe determinarse utilizando
los caudales de los tramos adyacentes. El caudal
de tramos adyacentes debe determinarse con el
caudal por tramo, repartiéndolos en partes
iguales a los nodos de sus extremos. El caudal en
cada tramo debe determinarse por el método de
longitud unitaria

Numero de simultaneidad y numero de grifos:
Para redes con menos de 30 conexiones debe
determinarse el caudal por ramal, utilizando el
método probabilístico o de simultaneidad, basado en
el coeficiente simultaneidad y numero de grifos.
El caudal por ramal es:
De donde:
Qramal: Caudal de cada ramal en l/s
K: Coeficiente de simultaneidad

Diseño hidráulico:
En el diseño hidráulico de las tuberías de redes
abiertas deben considerarse los siguientes aspectos:
La distribución del caudal es uniforme lo largo de la
longitud en cada tramo.
 La perdida de carga en el ramal debe ser
determinada para el caudal del tramo.
Los caudales puntuales (escuelas, hospitales, etc.).
Deben ser consideradas como un nodo.

Diseño hidráulico:
Para el calculo de ramales debe
considerarse un caudal mínimo de 0.10 l/s.
En el diseño hidráulico de la red abierta, se
emplea las siguientes formulas: Flamant,
Darcy - Weisbach, Hazen-Wiliams entre
otros.

Red cerrada o anillada:
Su característica primordial es tener algún tipo
de circuito cerrado (loop, en ingles) en el
sistema. El objeto es tener un sistema
redundante de tuberías: cualquier zona dentro
del área cubierta por el sistema puede ser
alcanzado simultáneamente por mas de una
tubería, aumentando así la confiabilidad del
abastecimiento.

En las redes matrices son redes abiertas
mientras que las redes secundarias son redes
cerradas en el sentido de que están
conformados por circuitos. Sin embargo, puede
haber casos en que las redes matrices
contengan circuitos y parcialmente las redes
de distribución sean abiertas.

Determinación de caudales en redes cerradas:
Estas se determinan por los siguientes métodos:
Método del área unitaria:
Cuando se trata de un sistema de distribución en
anillado para determinar los caudales se pueden
mecanizarse en los siguientes casos:
Contar con un trazo tentativo de la red de
distribución en malla mostrando las líneas de
alimentación

Calcular el caudal unitario en cada nodo de
la red dividiendo el caudal máximo horario
con el área total de influencia de la zona a
proyectar de la red de distribución.

Método de densidad poblacional:
El caudal en el nodo es:
De donde:
Qi: caudal en el nudo “i” en l/s.
Qp: caudal unitario poblacional en l/s-hab.
Qt: caudal máximo horario en l/s
Pt: Población total del proyecto en hab.
Pi: Población de área de influencia del nudo “i” en hab.

Método del numero de familias:
De donde:
Qn: caudal en el nodo “n” en l/s.
Qu: caudal unitario en l/s-familia.
Qt: caudal máximo horario en l/s
Nf: Numero total de familias.
Nfn: Numero total de familias en el área de influencia del
nudo “n”.

5) En el esquema mostrado, diseñar la línea
de aducción considerando los accesorios
necesarios. La presión de ingreso a la red
debe variar entre 15 a 25 metros. El caudal
indicado representa la demanda promedio
de cada zona de servicio.

Diseño hidráulico de redes cerradas:
Se deben considerar los siguientes aspectos:
Determinar la áreas de influencia de cada nudo de la
red, trazando mediatrices en los tramos, formándose
figuras geométricas alrededor del nudo y estas se
multiplican por el caudal unitario, así obteniendo el
caudal de demanda en cada nodo de la red de
distribución.
De donde:
Qnudoi: caudal en el nodo”i”, en l/s.
Qu: caudal unitario superficial en l/s-ha.
Ai: Area de influencia del nudo”i” en ha.

El caudal total que llega al nodo debe ser igual al
caudal que sale del mismo.
La perdida de carga entre dos puntos por cualquier
camino es siempre la misma.
En las redes cerradas se podrán considerar los
siguientes errores máximos:
0.10 m.c.a, de perdida de presión como máximo en
cada malla y/o simultáneamente debe cumplir se
en todas las mallas.

0.10 l/s, como máximo en cada malla y/o
simultáneamente en todas las mallas. Las redes
cerradas no deben tener anillos mayores a 1 km por
lado.
Preferentemente las perdidas de carga en tuberías
principales y secundarias deben estar alrededor de
10m/ km.
Para el análisis hidráulico de una red de distribución
cerrada puede utilizarse el siguiente método:

6) Para la figura mostrada, el caudal promedio es
54.94 lps, el coeficiente de variación horaria es
1.8 y la tubería tiene un coeficiente de
rugosidad de 140. La presión mínima de
ingreso a la red es 25.00 m. Se cuenta con una
tubería existente 8” de diámetro y 1,000 m.
Determinar los diámetros a utilizar en la línea,
así como la base de la tubería y el costo total :
costo de la tubería:

Método de Hardy- Cross: Es un método de
aproximaciones sucesivas por lo cual se realizan
correcciones sistemáticas a los caudales
originalmente asumidos (caudales de transito por las
tuberías) hasta que la red se encuentre balanceada.
En un nodo cualquiera de una red cerrada, la
sumatoria de caudales que entran (afluentes +) a
nudo es igual a la suma de caudales que salen
(efluentes -) del nudo, también la suma de perdidas a
través de una red cerrada es igual a cero.

De donde:
Cuando se emplee la formula de Hazen-Wiliams, para el
calculo de perdidas de carga en las tuberías, el factor de
corrección del caudal para cada malla esta dado por:

De donde:
r=coeficiente de resistencia, cuyo valor depende del tipo
de ecuación empleada para el calculo.
n=Exponente del caudal, que depende de la ecuación de
resistencia empleada
n=1.851 ( Hazen Williams)
n= 2.0 , según la ecuación de Darcy- Weisbach
ΔQ= variación de caudal en m3/s
Δh = perdida de carga en m/m
L= Longitud de la tubería en m.
Q= Caudal que pasa por la tubería en m3/s.
C= Coeficiente de rugosidad de la tubería según Hazen –
Williams
D= Diámetro de la tubería en m.

El método de Hardy- Cross corrige sucesivamente ,
iteración tras iteración, los caudales en los tramos ,
con la siguiente ecuación:

Piletas publicas: Deben ser proyectadas solamente
en caso de que el caudal de la fuente es insuficiente
o en caso de que la dispersión de la comunidad no
obligue por razones económicas. La distancia a la
vivienda debe estar a 200 m.
Caudal en piletas publicas:
El caudal debe ser calculado mediante:

De donde:
Qpp= Caudal máximo probable por pileta publica en l/h.
N= Población a servir por pileta. Un grifo debe abastecer a un
numero máximo de 5 familias (25 personas), considerando
que una pileta puede estar constituida por 2 grifos N= 50
personas.
Dc= Dotación promedio por habitante en l/hab-dia.
Cp=Porcentaje de perdidas por desperdicio, estas perdidas son
generadas por los usuarios durante los procesos de
recolección de agua(manipuleo de recipientes, llenado de
los mismos, etc). El coeficiente Cp varia entre 1.10 y 1.40
Ef= eficiencia del sistema considerando la calidad de los
materiales y accesorios . Ef varia entre 0.7 y 0.9
Fu=factor de uso, definido por Fu= 24/t. Depende de las
costumbres locales, horas de trabajo, condiciones
climatológicas, etc. Se evalúa en función al tiempo real de
horas se servicio (t) y puede varias entre 2 a 12 horas.

I) En la figura mostrada una red abierta, se desea
diseñar el sistema de distribución de agua potable
con tuberías de PVC, donde se necesita saber la
población proyectada a 20 años, los caudales de
consumo, las presiones residuales. La población
tiene 5505 habitantes, con una tasa de crecimiento
de 1.5 % y la dotación es de 110 l/hab/día. Utilizar
el método geométrico.
T.A.
N.A: 2553 m
2
1
L: 300m
L: 120m
C.T: 2508 m
C.T: 2510 m L: 130m
L: 100m
C.T: 2503 m
C.T: 2505 m
C.T: 2507 m
L: 90m
3
4
5

II) Resolver el sistema de agua potable mostrado
en la figura , aplicando el método de Hardy
Cross: CHW =140

III) En la figura se muestra una red de agua potable,
se desea diseñar la red principal , con tuberías de PVC,
en donde se necesita saber la población proyectada a
20 años, los caudales de consumo, el equilibrio en el
sistema por el método de Hardy Cross y la presión de
los nudos. La población tiene 2650 hab., con una tasa
de crecimiento de 1.2 % y la dotación es de 110
l/hab/día. Utilizar el método Exponencial.
1.2 Ha1 Ha
1 Ha
T.A
220m 240m
220m 240m
1.2 Ha1 Ha
1 Ha1 Ha
1 Ha
2500
2502
2504
2506
2508
2510
Tanque Elevado 20m
N.A.=2533.00

IV) Para el esquema de redes mostrado, cada nudo
tiene las siguientes áreas de influencia.
La densidad poblacional para la zona alta y media es
220 y 180 hab/Ha, respectivamente. La cobertura para
la zona alta y media es 95%y 85 %, respectivamente.
Las dotaciones para la población servida y no servida es
250 y 50 lphd. El coeficiente de variación horaria es de
1.80. Determinar.
a) Datos necesarios para el diseño hidráulico..
b) Presiones en cada nudo de la red.
Nudo a b c d e f
Alta(Ha) 4.60 3.7 15.5 6.2 10.9 19
Media (Ha)12.9 15.2 4.2 8.5 5.6 2.9

PREGUNTAS?
En que casos es conveniente la utilización
de cámaras de rompe presión en lugar de
válvulas reductoras de presión?
Cuales son los criterios para determinar si el
diseño de una red de distribución ( diámetros
aceptables), como se corrige si el diseño no
es adecuado?.

Que criterios se tendrá en cuenta para
considerar o descartar una tubería matriz
existente en el nuevo sistema de redes
matrices?
En un sistema existente el crecimiento del
área habitada ha superado el área de
influencia del reservorio ?.¿como se puede
abastecer a esta parte de la población?

Como se determina la cota piezometrica
para un reservorio existente?
Que criterios debes tener en cuenta
para determinar el numero de mallas de
un sistema de distribución?

Que aspectos debes considerarse para
el trazado de tuberías matrices?
En que casos de puede considerar una
tubería, como tubería matriz un diámetro
de 4”?

BIBLIOGRAFIA
1) Rodríguez, P(2010), Abastecimiento de agua,
Instituto tecnológico de Oaxaca. México
2) López, R. (2007), Elementos de diseño de
acueductos y alcantarillas, Segunda edición, Editorial
Escuela colombiana de ingeniería, Medellín-
Colombia.
3) Corcho, F(2007), Acueductos, Medellín Colombia.
4) Regal, A ( S/A), Abastecimiento de agua, Editorial
Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería .UNI-
Peru

73
FIN DE LA PONENCIA
EMAIL: giovene.perez.consultores@gmail.com
http://es.slideshare.net/gioveneperezcampomanes/edit_my_uploads

Diseño de redes de distribucion de agua potable

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à Diseño de redes de distribucion de agua potable

Similaire à Diseño de redes de distribucion de agua potable (20)

Dernier

Dernier (20)

Diseño de redes de distribucion de agua potable