TUTORIAL Nº1 -SewerCAD- Ing.Luizaga Peña Roberto Carlos

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INGENIERIA SANITARIA II

SISTEMA DE ALCANTARILLADO

TUTORIAL “SEWERCAD” INTRODUCCIÓN SewerCAD es un programa para el diseño y análisis de flujo a gravedad y flujo a presión a través de redes de tuberías y estaciones de bombeo. El programa puede funcionar en modo AutoCAD, utilizando todo el potencial de AutoCAD, o en modo Stand-Alone, utilizando su propio interfaz gráfico. SewerCAD permite construir una representación gráfica de una red de tuberías conteniendo información como datos de tuberías, de bombas, cargas e infiltración. Se tiene la opción de escoger elementos de transporte entre tubos circulares, arcos, cajones y más. La red a gravedad es calculada utilizando un modelo numérico creado, que utiliza a la vez métodos de flujo gradualmente variado de paso directo y paso estándar. Los cálculos de flujo son válidos a la vez para situaciones de flujo sobrecargado y variado, incluyendo resaltos hidráulicos, curvas de remanso y curvas superficiales cerca del emisario. También se tiene la flexibilidad de mezclar libremente componentes a gravedad y a presión, construyendo sistemas en paralelo o en serie. Los elementos a presión pueden ser controlados basándose en sistemas hidráulicos, prendiendo y apagando bombas debido a cambios en los flujos y presiones. Un sistema a gravedad, es un sistema simple de flujo que se elimina siguiendo la pendiente natural del terreno, hasta llegar a un emisario final. En tanto que un sistema combinado a gravedad y presión es un sistema que se utiliza cuando por razones topográficas, el emisario final esta a un elevación mayor que la cámara mas baja, por lo que se debe trabajar con un pozo o tanque de almacenamiento (prácticamente una pequeña planta de tratamiento), y de allí, mediante un sistema de bombeo llevar el caudal acumulado hasta el emisor final.

CREACIÓN DE UN NUEVO PROYECTO La creación de un Archivo y Proyecto Nuevo en SewerCAD se realiza exactamente de la misma manera que en WaterCAD, se crea el archivo base de trabajo, y una vez definido este, se crea el Proyecto de diseño.

Create File As (Crear archivo como) Esta ventana nos permite definir la ubicación en la que se va a guardar el archivo, y el nombre que va a tener.

ELABORADO POR: ING. LUIZAGA PEÑA ROBERTO CARLOS

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Project Setup Wizard (Configuración del proyecto) Nos permite ingresar información referente al proyecto, en una ventana de diálogo como la que se observa a continuación:

A continuación nos aparecerá otra ventana en la que podemos definir algunos parámetros que el programa utilizará en el análisis. Estos parámetros son:


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La siguiente ventana nos permite definir algunos parámetros para el dibujo del modelo:

Según las condiciones del trabajo a realizar, deberá definirse el tipo de fondo de trabajo para el trazado de la red, ya sea Esquemático en el caso de trabajar en un gráfico sin escala ni dimensiones, o ya sea Escalado en el caso de importación de planos a escala. Finalmente, podemos definir la creación de elementos prototipos, para condiciones muy particulares de diseño.


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DIBUJO El programa nos permite reconocer cuando se trata de tuberías de flujo por gravedad, marcándolas con doble trazo, y las cámaras con dos circunferencias concéntricas. Cuando se trabaja sobre un fondo importado, este aparece de manera directa en la pantalla gráfica del programa, para utilizarlo como referencia en el trazado.

Una vez creada y guardada la hoja del proyecto, debe realizarse el trazado de la red, ya sea en modo esquemático o a escala, este trazado definirá automáticamente las cámaras y las tuberías a ser diseñadas.

De igual manera que en el WaterCAD, las dimensiones y características de dibujo de todos estos elementos y los tamaños de texto de edición, son totalmente editables y adecuables a la comodidad del usuario. ELABORADO POR: ING. LUIZAGA PEÑA ROBERTO CARLOS

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CARGADO DE DATOS

Creación de Base de Carga Para el diseño de toda red de alcantarillado, debe definirse el método de cálculo de caudal de deshecho del sistema y que factores influyen en él, para esto debe crearse un usuario tipo de zona, que represente las características de consumo que se están considerando para el diseño, tanto en términos de población (densidad), o de áreas de influencia de aporte de cada cámara. En el menú de herramientas del programa, seleccionamos las Librerías de Ingeniería, que nos dan acceso a las características de población y áreas.

Una vez en las librerías, debemos seleccionar la alternativa de edición del método de asignación de cargas unitarias, que nos permite acceder al menú de las diferentes características de cargas de caudal.

Dentro de este menú, debe buscarse una alternativa entre las ya definidas en el programa, que sea representativa del tipo de población que estamos analizando, ya sea en cuanto a características de consumo o de tipo de usuarios de la dotación considerada. Es decir, buscar una alternativa que nos permita editar sobre ella las condiciones de la población de estudio, ya se trate de poblaciones urbanas, rurales, habitacionales, industriales, etc.


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Teniendo seleccionado el tipo de uso y características de la zona, debe insertarse una nueva alternativa en base a ésta, y en esta nueva alternativa, debe seleccionarse el tipo de base de carga con que se desee trabajar, estos pueden ser: 1. 2. 3. 4.

En base al área de influencia. En base a la densidad de la zona. En base al caudal total de deshecho. En base a la población de influencia.

Una vez definido el tipo de base de carga, la alternativa creada es totalmente editable, y en ella pueden asignarse las características propias de la población de diseño.


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Asignación de Base Carga y Contador de Influencia Una vez creada la base de carga, ésta pasa a formar parte de la base de datos del programa, por lo que es totalmente utilizable para el diseño de la red, por lo tanto se la debe asignar en cada cámara del sistema de manera conjunta con las características de influencia de estas cámaras, para el cálculo del caudal total existente en la red.

Como el programa permite manejar sistemas combinados, es decir sistemas que contengan de manera simultanea elementos de flujo por gravedad, y elementos de flujo por presión, los administradores globales de información ofrecen una amplia serie de tablas de trabajo, según las características de cada elemento. En los reportes de información de las cámaras, se introduce y se asigna toda la información relacionada con el cálculo que se hará del caudal que circulará por la red. Primero se asigna a las cámaras la carga base que se ha creado previamente.

Carga Base

Una vez asignada la carga base, se habilita la opción para asignar a cada cámara el contador de influencia, que es la referencia que utiliza el programa para el cálculo de caudales.


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Contador de Influencia


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Datos de las tuberías Una vez que se han asignado en las cámaras los datos necesarios para el cálculo de caudales, se pasa a definir en las tuberías parámetros de caudal adicional y de magnitud (en el caso de que sea un modelo esquemático). Si se trata de un modelo a escala las longitudes ya han sido asignadas por el programa según la referencia y escala del plano de fondo. Debe definirse el tipo de sección transversal que se utilizará en el sistema, pues el programa nos ofrece una variedad de secciones de trabajo.

Tipos de Secciones

Para cada tipo de Sección, existe una cierta disponibilidad de dimensiones de diseño.

Dimensiones Posibles


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Según el tipo de sección elegido, las dimensiones están directamente relacionadas con la disponibilidad de materiales para cada tipo de sección.

Materiales Disponibles

Definidos los atributos geométricos para el diseño del sistema, se deben definir las características de los caudales de infiltración que se tomarán en el sistema.

Tipo de Infiltración


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Datos de Salida Los últimos atributos que deben definirse en el sistema gráfico de la pantalla para poder hacer un diseño, es la ubicación topográfica del emisario final y el tipo de salida del flujo acumulado. Estos son puntos sumamente importantes, pues tienen influencia directa con los resultados que se obtengan y con la coherencia de los mismos.

Asignados todos los parámetros necesarios para el diseño del sistema, quedan por definirse los controles y restricciones que regularan y guiarán el diseño.


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Datos de Control El primer control que se toma, es realizar el enlace entre la última tubería del sistema y el emisario final, para garantizar la conexión a una salida física.

Para acceder a los otros controles y restricciones de diseño, se debe trabajar seleccionando del menú la opción de análisis, en la que se tienen dos esquemas de trabajo.

Métodos de Análisis Definir el tipo de método que se desea utilizar para el cálculo de los coeficientes de punta que se utilizarán para el cálculo de caudales totales, y a la vez definir el porcentaje de caudal de retorno a considerar para el diseño final.

Seleccionada la opción de flujos extremos, se debe edita la base de datos del programa para el cálculo de los mismos.


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La edición de los flujos extremos nos permite acceder a la siguiente ventana de diálogo:

En la cual se selecciona el método de cálculo y el coeficiente de retorno para utilizar n el sistema.


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Restricciones de Diseño Hecho esto, quedan por definirse las restricciones que se van a utilizar para realizar el diseño de las tuberías del sistema. El acceso a estas restricciones se encuentra también en la opción de Análisis del menú del programa en el esquema de Default Design Constraint (Restricciones de diseño por defecto). La primera ventana de trabajo de las restricciones permite definir restricciones de control de Velocidad, Recubrimiento y Pendiente, así como también la característica de flujo ya sea tubo lleno o parcial y en que porcentaje.

La segunda ventan de trabajo de restricciones se refiere a las restricciones de empate y unión de tuberías en el sistema.


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REFERENCIAS PARÁMETROS DE REFERENCIA PARA DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO Elemento Tuberías Tuberías

Parámetro Velocidad Velocidad

Unidad m/s m/s

Mínimo 0.3 0.6

Tuberías

Diámetros

mm

150

Colectores Secundarios

Tuberías

Diámetros

mm

200

Colector Principal

Tuberías

Pendiente

%

0.48

Tuberías Tuberías

Pérdidas Locales Cobertura

% m

10 1.2

Diseño

Coeficiente de Retorno

Cámaras

Distancia

0.6 m

Máximo 5 5

6.76

Característica Flujo a tubo parcial Flujo a tubo lleno

Diámetros de 100 mm a 500 mm Malos Empalmes En todos los casos

0.8

En todos los casos

150

Constructivo

DOTACIÓN MEDIA ZONAS Altiplano Valles Llanos

Hasta 500 30 - 50 50 - 70 70 - 90

POBLACIÓN 500 a 2000 2000 a 5000 5000 a 20000 30 - 70 50 - 80 80 - 100 50 - 90 70 - 100 100 - 140 70 - 100 90 - 120 120 - 180

20000 a 100000 100 - 150 15 - 200 200 - 250

Mas de 100000 150 - 250 200 - 300 250 - 350

VALORES DE INFILTRACIÓN (L/S) UNIÓN: N.F. BAJO N.F. ALTO

TUBO DE CEMENTO Cemento Goma 0.0005 0.0002 0.0008 0.0002


TUBO DE ARCILLA Cemento Goma 0.0005 0.0001 0.0007 0.0001

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TUBO DE P.V.C. Cemento Goma 0.0001 0.0005 0.00015 0.0005

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EJEMPLO 1


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DATOS

CURSO SEWERCAD Densidad = 350 Hab/Ha Dotación = 200 L/Hab/Día Cámara

Área (m2)

Elevación

1

3361.54

2365.80

2

1860.78

2362.70

3

2640.12

2362.40

4

2940.12

2360.60

5

1

2360.00

6

1830.77

2365.80

7

3249.98

2364.70

8

3249.98

2363.20

9

2061.55

2364.20

10

3138.47

2364.70

11

3138.47

2363.60

12

2641.22

2361.50

13

3478.6

2362.40

Salida

Elevación

1

2354.00


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EJEMPLO 2


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DATOS ESTRUCTURA A GRAVEDAD Dotación 1 =

Elemento P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 P - 10 P - 11 P - 12 P - 13

250 l/h/d

Longitud (m) 100 80 100 60 50 80 50 60 80 40 70 100 100

Dotación 2 = TUBERÍAS

220 l/h/d

Material

Infiltración

Valor (l/s)

PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC PVC

Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud Por Longitud

0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003

CÁMARAS Elemento

Elevación

MH - 1 MH - 2 MH - 3 MH - 4 MH - 5 MH - 6 MH - 7 MH - 8 MH - 9 MH - 10 MH - 11 MH - 12 MH - 13

108 107 106 104 102 109 109 107 108 106 105 106 104

Carga de Base Home 1 Home 1 Home 1 Home 1 Home 1 Home 2 Home 1 Home 1 Home 1 Home 2 Home 2 Home 2 Home 1

Contador (Población) 1000 600 700 700 1200 600 800 800 1500 950 600 200 1000

Método Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard Standard

ESTRUCTURA A PRESIÓN Pozo WW - 1

Elevación 100

Base 95

Tubería FM - 1 FM - 2

Longitud 20 80

Material PVC PVC

Bomba PMP - 1

Elevación Tipo 100 1 Punto

Salida O-1

Elevación 100


Sump 96

Mínimo 95.5

Máximo 100.5

Altura 35

Descarga (l/s) 50

Área (m2) 24

Salida Caída Libre 20

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CONSIDERACIONES DE BOMBEO En SewerCAD cuando se tiene un sistema de deshecho sanitario Mixto, el procedimiento de trabajo del sistema a gravedad es el mismo, la única diferencia que se presenta en el manejo general de la información, es el cuidado que se debe tener en verificar el enlace y las conexiones entre los elementos del sistema a gravedad y los elementos del sistema por presión que se tendrá a continuación de la presencia de un pozo de almacenamiento, para la elevación del caudal acumulado a la cota topográfica del emisario final. Estos enlaces se hacen de elemento a elemento. Para poder definir todos estos enlaces, deben tenerse primeramente ciertas características geométricas de referencia. Estas características en orden de aparición son: •

Características que permitan referenciar el volumen de almacenamiento del pozo, definidas por alturas de agua de regulación de funcionamiento. Para las cuales se debe tomar muy en cuanta la esquematización de funcionamiento que se tiene en la parte inferior derecha de la ventana de trabajo.

•

Características y condiciones de funcionamiento de la bomba, que definan la capacidad de trabajo que tiene y normalicen la velocidad de vaciado del pozo.


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•

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Condiciones de regulación del emisario final, obligando al sistema a asumir una determinada profundidad máxima de excavación en éste punto, limitando así la profundidad máxima de la cámara (emisario) final.

Definidas estas condiciones de regulación de funcionamiento, pueden realizarse los enlaces entre elementos. El primer enlace se hace entre la última tubería del sistema a gravedad con el Pozo de almacenamiento (que es el elemento de conexión entre los dos sistemas).

Por defecto el programa realiza éste enlace obligando a la tubería a llegar al pozo a la altura de agua definida como nivel mínimo de funcionamiento. Por lo tanto se ve que el nivel mínimo en el pozo marca y regula los ingresos del caudal acumulado en el sistema a gravedad. El segundo enlace se hace en la tubería existente entre el pozo de almacenamiento y la bomba, (ésta es la primera tubería de la estructura a presión).


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En forma general el programa enlaza de manera obligatoria a ésta tubería con la bomba que se encuentra a continuación de ella (según la elevación que tenga asignada la bomba), y el enlace que realiza el usuario es entre la tubería y el pozo del que sale. Por lo regular el nivel de enlace se ubica entre la base del pozo y el nivel mínimo. Finalmente el último enlace entre elementos que se debe realizar, es entre la tubería que transporta el caudal de la bomba al emisario final.

Para ésta tubería, el programa realiza en enlace obligatorio con la bomba, (que es el elemento del que la tubería sale) según la elevación que tiene asignada, y el enlace que realiza el usuario es entre la tubería y el emisario final al que llega. Ésta es la razón por la que al definir el emisario final se le asignó una profundidad máxima, así la última tubería llega a éste elemento en una cota ubicada entre el nivel del terreno y la profundidad máxima definida.


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