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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

INDICE

INTRODUCCIÓN OBJETIVO

2 3

DATOS DE LA CIUDAD 3 CAPITULO I : FUNDAMENTO TEORICO

Método de las mediatrices

4

Método de Tong O’Connor

4

Método de Hardy Cross

6

CAPITULO II : PROCESO DE DISEÑO

Planteamiento

7

Calculo del área de expansión futura para el ao !"!#

$

Calculo del caudal de diseo

$

Calculo de caudales in%ciales en la la red de distri&ución

10

CAPITULO III : CALCULOS PARA LA RED HIDRAULICA

Método de pre dimensionamiento de Tong o’Connor Método de Hardy Cross RELACION DE PLANOS.

CONCLUSIONES . BIBLIOGRAFÍA.

'' 11



INTRODUCCIÓN (n el siguiente tra&a)o se reali*ara el diseo de una red de distri&ución de agua pota&le para la ciudad de +yacuc,o- se empleara el método de Hardy Cross .a red de distri&ución de agua está constituida por un con)unto de tu&er%as- accesorios y estructuras /ue conducen el agua ,asta los domicilios de los usuarios0 + los usuarios 1domésticos- p2&licos- industriales- comerciales3 la red de&erá proporcionarles el sericio las !4 ,oras de cada uno de los 56# d%as del ao- en las cantidades adecuadas y con una presión satisfactoria0 (l diseo de una red de distri&ución incluye la determinación de los diámetros de las tu&er%as- las dimensiones y el empla*amiento de los tan/ues de regulari*ación y almacenamiento- las caracter%sticas y la u&icación de los dispositios de &om&eo y control de presión0 (stos de&en seleccionarse de forma /ue se garanticen las demandas de agua con las presiones m%nimas y máximas permisi&les0



OBJETIVO

(l presente tra&a)o tiene como o&)etio 8isear la red de distri&ución de agua para la ciudad de +yacuc,o con una po&lación futura de #6""" ,a& para el ao !"!# y cumpliendo con los re/uerimientos del 9eglamento :acional de Construcciones0 (l diseo constara de

o

8eterminar y u&icar en el plano el área futura de expansión de la ciudad0

o

Calcular la red de distri&ución de agua por el sistema de circulación continua- empleando el método de Hardy Cross

o

Calcular las l%neas de distri&ución para el pue&lo de Conc,apata y los &arrios de ;an ;e&astián- ;an
o

8eterminar las pérdidas de carga en la red y en la tu&er%a de conducción y a u&icar el tan/ue regulador considerando una presión m%nima de '#m en el punto más desfaora&le de la red y un incendio en los alrededores de la pla*a Calario /ue de&erá ser a&astecido por 5 grifos0

o

8eterminar las presiones en los nudos y esta&lecer en &ase a ellas las curas de igual presión

DATOS DE LA CIUDAD Po&lación de #6""" para el ao !""# 8ensidad promedio máxima permisi&le de !$" ,a&>,ectárea 8otación promedio ? !"" l>,a&>dia +umento so&re el promedio para el d%a de máximo consumo ? 5" @ +umento so&re el promedio para la ,ora de máximo consumo ? 7" @ Tu&er%as de as&esto cemento

C ? '5" pies>seg 1 H A B 3



CAPITULO I FUNDAMENTO TEORICO MÉTODO DE LA MEDIATRIZ (l caudal re/uerido por las tu&er%as de sericio- sale por partes iguales en los extremos de la troncal0 (l área de influencia para cada uno de los nudos se determinará tra*ando la mediatri* a cada uno de los tramos de la red0 METODO DE TONG - O'CONNOR

(ste método es utili*ado para el pre dimensionamiento de los diámetros de las tu&er%as de una red de agua0 (ste utili*a el principio de la tu&er%a e/uialente- en donde se dice /ue un sistema es Hidráulicamente e/uialente a otro cuando para un mismo gasto se o&tiene la misma pérdida de carga0 8e la ecuación de Ha*en- Billiams tenemos

h f = 1.!2 x10

6

LxQ1.# C 1.# xD ".!

8onde ,f ? Pérdida de carga 1m3 . ? .ongitud de la tu&er%a 1m3  ? Caudal en las tu&er%as 1l>s3 8 ? 8iámetro de la tu&er%a 1pulg03 pies s

C ? Coeficiente de Ha*en y Billiams 1

3



Para el sistema e/uialente

h f = 1.!2 x10

LexQ1.#

6

Ce1.# xDe ".!

.uego C e 1.85 De 4.87 Le = L ( ) ( ) C D

8onde ,f ? Pérdida de carga 1m3 .e ? .ongitud e/uialente 1Dm3 pies s

Ce ? Coeficiente de Ha*en y Billiams 1 8e ? 8iámetro e/uialente 1pulgadas3

Le

∑Q i

Calcular

para cada circuito0

;e calcula el caudal correctio mediante la ecuación

∑ Le ∆Q =

i

n∑ i

Le Q

Calcular los gastos reisados- aumentando la corrección0

3



;e repite el procedimiento- comen*ando con los gastos reisados- ,asta conseguir la precisión deseada- se finali*ara cuando la suma de longitudes e/uialentes sea igual a cero0

MÉTODO DE HARDY CROSS (l método de Hardy Cross es uno de los más usados en la actualidad en el tratamiento de las redes de distri&ución- pero &ásicamente es un método de erificación0 ;e re/uiere por tanto una metodolog%a de diseo auxiliar /ue nos permita o&tener un alor muy aproximado de los diámetros de las tu&er%as0 En camino es usar los métodos como el de +0 Tong0 (ste método de diseo está &asado en conceptos de longitudes e/uialentes y diámetros e/uialentes de las tu&er%as0 ;in em&argo si pudiésemos fi)ar inicialmente los diámetros de las tu&er%as y luego suponer caudales en todas la tu&er%as /ue coner)an con un grado de precisión acepta&le- entonces el método de Hardy Cross nos ayudara a conseguir la solución de la red propuesta- mediante iteraciones sucesias ,asta encontrar la esta&ilidad de los caudales en todas las tu&er%as0 .os caudales en cada iteración se corrigen con la ecuación 1'3- /ue se ,alla en cada circuito de la red0 − ∑ hi

∆Q =

1.#∑

8onde

∆Q ?

hi

......%1$

Qi

Fariación de caudal en el circuito0



hi ? Perdida de carga en el tramo G i” Qi ? Perdida de carga en el tramo G i”

'0$# es para la formula de ,a*en y Billiams !0"" es para la formula de 8arcy

CAPITULO II PROCESO DE DISEÑO

PLANTEAMIENTO ;e necesita proyectar una red de distri&ución para una po&lación de #6""" ,a&itantes- estimado para el ao !"!# por lo cual se ,a tenido /ue determinar y u&icar el área futura de expansión de la ciudad teniendo en cuenta una densidad promedio máximo permisi&le de !$" ,a&>,ectárea 0 Ieneralmente las expansiones de ciudades se dan en todas direcciones 1siempre y cuando el terreno lo permita3 y en mayor cantidad en *onas de actiidad comercial y en la fran)a del alle del rió- para nuestra ciudad de diseo las *onas pro&a&les de expansión serian

o

.a *ona comprendida entre el &arrio de Carmen alto y el &arrio de ;an
o

(n la parte donde se construye el nueo Hospital- los demás alrededores no serian propicios a la expansión por ser *onas de fuerte pendiente0

o

.a parte alta del pue&lo de Conc,opata tam&ién es adecuada0



Para nuestro diseo tomaremos al terreno entre Carmen alto y ;an
CALCULO DEL AREA DE EXPANSION FUTURA PARA EL AÑO 2025 (l área de expansión futura será la diferencia entre el área necesaria para satisfacer la demanda futura menos el área actualmente ocupada por la po&lación0 .as aéreas se o&seran en el plano :K ' 8ensidad promedio máxima permisi&le Po&lación estimada para el ao !"!# Lrea de terreno necesaria para satisfacer la demanda Lrea actualmente ocupada Lrea necesaria a expandirse para el ao !"!#

!$" #6""" 200 146.59 53.41

!"# #$%&#' '0 Pue&lo de Conc,opata

60'6 ,ectáreas

!0 =arrio de ;an ;e&astián

'07! ,ectáreas

50 =arrio de ;an
'"045 ,ectáreas

40 =arrio de Carmen +lto

''0! ,ectáreas

#0 =arrio de ;anta +na

40"6 ,ectáreas

60 :2cleo Er&ano

''!05! ,ectáreas

T(%#' )!"# #$%&#'

146.61 *"$%)!"#+

,a&>,ectárea Ha& ,ectáreas ,ectáreas ,ectáreas



Lrea de expansión futura ? área futura N área actual ? !"" N '4606' ? #505 ,a Lrea de expansión ? :ueo +yacuc,o ? #505 ,a

CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO 8otación promedio para la ciudad , Po&lación

!"" l>,a&>d%a

#6""" ,a&

Caudal promedio p ? 8otación x po&lación >$64""

p ? '!065 lt>s

Caudal máximo diario max diario ? D' x p ? '05 x '!065

max diario ? '6$0#! lt>s

Caudal máximo ,orario max ,orario ? D! x p ? '07 x '!065

max ,orario ? !!"057 lt>s

Caudal contra incendio : Como se colocan 5 grifos y considerando /ue cada grifo tiene una capacidad de '# lt>s  incendio ? 4# lt>s

Caudal de diseo ;eg2n el 9eglamento :acional de Construcciones 1 ;'!!0# 3 el caudal de diseo será el máximo alor de comparar



•

(l caudal máximo diario  caudal de incendio

? !'50#! lt>s

•

(l caudal máximo ,orario

? !!"057 lt>s

(ntonces

- /+"(  220.3 '%+

CALCULO DE CAUDALES EN LA RED DE DISTRIUCION .a distri&ución de los caudales se ,ará utili*ando el método de las mediatrices para calcular las aéreas de influencia en los nudos de la red0 Calcularemos el caudal por ,ectárea

 ? 1 diseo N incendio 3>Lrea total

(stamos restando el caudal contra incendio ya /ue este solo actuara en un determinado punto de la ciudad mas no en toda la red- luego se le aadirá este caudal al nudo en /ue act2a0  ? 1 !!"057 N 4# 3 > !""

 ? "0$77 lt>s>,a

Calculamos los caudales en nuestros nudos considerando el área de influencia de cada nudo calculado por el método de mediatrices0

N&( ( &"'(

!"# " /78'&"7$/#

C#&#' '%+:

'0 Pue&lo de Conc,opata

60'6 ,ectáreas

#04"

!0 =arrio de ;an ;e&astián

'07! ,ectáreas

'0#'

50 =arrio de ;an
'"045 ,ectáreas

0'#

40 =arrio de Carmen +lto

''0! ,ectáreas

'"04#

#0 :ueo +yacuc,o

#505 ,ectáreas

460$!

60 :udo '

$044 ,ectáreas

704"



70 :udo!

'407! ,ectáreas

'!0'

$0 :udo5

'4076 ,ectáreas

'!04

0 :udo4

'!0$' ,ectáreas

''0!5

'"0 :udo#

'70!" ,ectáreas

'#0"$

''0 :udo6

'407" ,ectáreas

'!0$  4# ? #70$

'!0 :udo7

'$06! ,ectáreas

'6055

'50 :udo$

'#0'5 ,ectáreas

07'  50#6 ? '50!7

T(%#'

200.00 *"$%)!"#+

220.3 '%+

CAPITULO III CALCULOS PARA LA RED HIDRAULICA PREDIMENSIONAMIENTO POR EL METODO DE TON; O< CONNOR o

;e conoce el coeficiente de Ha*en y Billiams- y la longitud de las tu&er%as para estos casos el diámetro e/uialente es de $J0

o

.as pérdidas de $#!=# /7>$/#'"+ serán las diferencias de cotas entre cada nudo de un tramo

o

.os $#&#'"+ /7>$/#'"+ en los tramos serán repartidas considerando las proporciones de las longitudes de los tramos /ue caen en un nudo- tam&ién se considerara la pendiente del terreno y ,acia dónde a el mayor flu)o0

$(7/$/(7"+ "' [email protected]%(( " %(7= ($(77(! o

.a suma de pérdidas de carga en cada circuito de&e ser cero0

o

.a suma de caudales alrededor de un nudo es cero0

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.a sumatoria de longitud e/uialentes en cada circuito es igual a cero0

.os resultados se presentan en el primer cuadro

CALCULO DE CAUDALES POR EL METODO DE HARDY CROSS Con los resultados o&tenidos del método de Tong O’Connor- /ue serán los diámetros de las tu&er%as y una aproximación de los caudales0 (stos serán nuestros datos de partida para reali*ar el método de Hardy Cross y o&tener los caudales finales de diseo .os resultados se presentan en el segundo cuadro

CONCLUSIONES '0 (l pro&lema /ue se presenta en la Ciudad de +yacuc,o es su accidentada topograf%a0

!0 .as u&icaciones de las áreas de expansión ,an sido determinadas teniendo en cuenta la topograf%a del terreno- considerando /ue la po&lación &usca los terrenos planos para ,a&itar 50 ;e puede o&serar /ue los caudales o&tenidos del pre dimensionamiento con el método de longitudes e/uialentes no difieren en grandes proporciones con los caudales del método de Hardy cross- si no más &ien tienen cierta similitud y en algunos casos los alores son muy aproximados0 40 (l caudal contra incendio fue aadido indiidualmente al pto donde act2a0 #0 +l &arrio de ;anta +na se le aadió al nudo $- ya /ue de este nudo a&asteceremos a este pue&lo0



60 .os demás pue&los fuera del n2cleo de la ciudad serán a&astecidos con una red a&ierta0

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