memorias

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ING. ROSOLY DILBERTO CHAPARRO VARGASINGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL

M.P 152361456198 BYCCEL. 3138168090

PROYECTO

CONSTRUCCIÓN SEGUNDA ETAPA SISTEMA DE ACUEDUCTO REGIONAL NISCOTA PARA LAS VEREDAS LA YOPALOSA, LAS CAÑAS, REDENCIÓN, GUACHARACAS, SIRIVANA, MACUCO Y ROMERO DEL MUNICIPIO DE NUNCHIA Y CORREGIMIENTO DE LA CHAPARRERA MUNICIPIO DE YOPAL DEPARTAMENTO DE CASANARE

ASPECTOS GENERALES DEL DISEÑO RED DE DISTRIBUCIÓN.

El diseño de la línea de abastecimiento para el acueducto interveredal desde la PTAP, pasando por la conducción hasta la distribución, fue modelada por medio de la simulación hidráulica del sistema en el Programa Water-Gems V8i (Bentley institute, Inc.), actualmente una de las herramientas más avanzadas de diseño de Redes Hidráulicas, que por medio de algoritmos genéticos permite conocer el comportamiento hidráulico de la red, hasta encontrar un punto de equilibrio entre las pérdidas causadas por el flujo y las presiones registradas en la red. Adicionalmente la modelación hidráulica permite la simulación de diferentes escenarios de operación del sistema por medio de la combinación de alternativas físicas (para este caso: diferentes diámetros y espesores), Topológicas (pendientes, la cual es la pendiente natural del terreno, excepto en los pasos elevados), de carga (caudales mínimos y máximos de transporte de flujo); de modo que se pueda predecir el funcionamiento del sistema ante situaciones variables de funcionamiento; tal y como se presenta en la realidad, y así poder definir un diseño estable ante variaciones de operación y funcionamiento del sistema.

CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS HIDRÁULICO SEGÚN EL RAS 2000

“CONSTRUCCIÓN SEGUNDA ETAPA SISTEMA DE ACUEDUCTO REGIONAL NISCOTA PARA LAS VEREDAS LA YOPALOSA, LAS CAÑAS, REDENCIÓN, GUACHARACAS, SIRIVANA, MACUCO Y ROMERO DEL MUNICIPIO DE NUNCHIA Y CORREGIMIENTO DE LA CHAPARRERA MUNICIPIO DE YOPAL DEPARTAMENTO DE CASANARE “

DESCRIPCIÓN MODELACIÓN RED DE DISTRIBUCIÓN Página 1

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Debe utilizarse para la determinación de pérdidas la ecuación de Darcy- Weisbach junto con la ecuación de Colebrook-White. También puede tenerse en cuenta la ecuación de Hazen-Williams, con la debida consideración de rangos de validez y la exactitud de ella.

Para el caso de pérdidas menores debe utilizarse el coeficiente de pérdidas menores multiplicado por la cabeza de velocidad en el sitio donde se localice el accesorio. También puede utilizarse el método de las longitudes equivalentes de la tubería añadiendo dichas longitudes a la longitud real del tramo.

El RAS establece algunos valores de rugosidad absoluta para diferentes materiales de tuberías en la tabla B.6.10. Estos valores deben ser tomados como mínimo multiplicados por dos para tuberías de longitudes mayores a 1000 metros.

Para el caso de tuberías metálicas que no posean un recubrimiento anticorrosivo interior, el caudal de diseño del proyecto debe ser multiplicado por un coeficiente de seguridad mostrado en la tabla B.6.1 Para tuberías de concreto reforzado aislado interiormente y de tuberías de materiales plásticos extruidos, el envejecimiento puede ser considerado despreciable.

Debe desarrollarse un análisis hidráulico de la línea simulando todas las condiciones operacionales normales y de emergencia.

Para conductos a presión debe hacerse análisis de golpe de ariete.

La presión interna de diseño de las tuberías debe tomarse como la máxima que resulte entre la presión estática y la máxima sobrepresión ocurrida en el fenómeno de golpe de ariete, multiplicada por un factor de seguridad de 1.30.



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Se recomienda para las tuberías una velocidad mínima de 0.6 m/s y una velocidad máxima de 6 m/s.

Las pendientes mínimas recomendadas para las tuberías con el fin de facilitar el arrastre de sedimentos y permitir la acumulación de aire en los puntos bajos deben ser de 0.04% cuando el aire fluye en el sentido del flujo del agua, y de 0.1% en el caso contrario. En este último caso la pendiente de la tubería no debe ser menor que la de la línea de energía.

CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEÑO.

El punto de captación (PTAP) está dado en las coordenadas N: 870.535,03; E: 1108432.92 con una elevación de 1049.9 m.s.n.m. en este punto se simula la presión atmosférica inicial para la línea de 0.0 m.c.a, por medio de una herramienta de diseño del programa.

En lo que respecta al recorrido de la línea, esta presenta depresiones y zonas planas de sabana, estos resultados se muestran en tablas que describen las presiones en los nodos, datos del material utilizado (PVC), diámetros, longitudes de los tramos, velocidades, caudales y otros que se muestran en tablas anexas.

EL SOFTWARE DE MODELACION HIDRAULICA WATERGEMS

El Software Water-Gems desarrollado por Bentley - Haestad Methods, se constituye en una de las herramientas más avanzadas de modelación y diseño de redes de distribución que existen actualmente en el mercado.



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Water-Gems emplea algoritmos genéticos que permiten encontrar la alternativa óptima de funcionamiento del sistema dentro de criterios de mínimos costos y diámetros de tuberías, con la consiguiente minimización de costos del mismo dentro de condiciones razonables de operación.

Water-Gems® trabaja con la fórmula de Darcy Weisbach, combinada con la ecuación de Colebrook-White, considerando diferentes tipos de tuberías, variando los diámetros y las restricciones de presión para las diferentes demandas generadas, según se describió en el capítulo previo hasta lograr ajustar el diseño a las condiciones de flujo definidas.

Como ya se explicó, fue necesario suministrar al modelo diferentes grupos de información estrictamente para el análisis hidráulico. De ello depende en gran parte la confiabilidad de los resultados. Los grupos de información con que se alimenta el modelo son:

Información Física. Hace referencia a elevaciones, rugosidades, diámetros, longitudes y materiales de tubería, coeficientes de pérdida menor, niveles de tanques y reservorios, coeficientes de emisor y curvas características de bomba.

Consumo de agua. Es necesario hacer estimaciones del consumo de agua y las pérdidas del sistema de distribución de agua. Para Simulaciones en Período Extendido es necesario ingresar patrones que describen la variación de caudales en el tiempo.

Información Operacional. Esta información es especialmente importante en simulaciones en período extendido. Se debe expresar la forma como opera el sistema de distribución, mediante controles simples y lógicos para bombas, válvulas y tuberías.

Condiciones de frontera e iniciales. Las condiciones de frontera le permiten al modelo inicializar el cálculo hidráulico basándose en valores de gradiente hidráulico conocido, y las condiciones iniciales indican el estado de ciertos elementos en el momento de la simulación.



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CARACTERISTICA VENTANA

LA VENTANA PRINCIPAL CONSISTE EN UNA SERIE DE MENUS, BARRAS DE HERRAMIENTAS, Y UNA PANEL DE DIBUJO.

NAVEGACION. ESTA HERRAMIENTA PERMITE MOVERSE DENTRO Y FUERA DE LOS DIBUJOS DEL PROYECTO.

CAPAS Y FONDOS. TAL COMO SUCEDE EN PROGRAMAS DE DISEÑO ASISITIDO POR COMPUTADOR COMO AUTOCAD O SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA COMO ARCVIEW. ES POSIBLE HABILITAR O DESABILITAR CAPAS DEL DIBUJO O AGREGAR IMÁGENES DE FONDO.

TRAZADO. ESTA HERRAMIENTA PERMITE AGREGAR AL PROYECTO ELEMENTOS TALES COMO TUBERIAS, TANQUES, RESERVORIOS, ETC.



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EDICION DE DATOS. UN CUADRO DE DIALOGO PUEDE ABRIRSE ESCOGIENDO LA HERRAMIENTA DE SELECCIÓN Y HACIENDO DOBLE CLICK SOBRE EL ELEMENTO.

HOJA DE DATOS. UNA HOJA DE DATOS PERSONALIZABLE PUEDE SER UTILIZADA PARA EDITAR UN ELEMENTO O UN GRUPO DE ELEMENTOS. ESTAS TABLAS SON IGUALMENTE UTILES PARA GENERAR REPORTES DE RESULTADOS.

CÁLCULO. CUANDO EL SISTEMA ESTA LISTO PARA MODELAR, SOLAMENTE HACE FALTA HACER CLICK EN EL BOTON GO.

CODIGO DE COLORES. SE PUEDE AGREGAR UN CODIGO DE COLORES AL PROYECTO PARA DIFERENCIAR CUALQUIER ATRIBUTO.



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ANOTACIONES. SE PUEDEN AGREGAR ANOTACIONES O ROTULOS AL DIBUJO PARA MOSTRAR TEXTOS DESCRIPTIVOS Y NUMEROS BASADOS EN LAS CARACTERISTICAS DE CADA ELEMENTO.

GRAFICADOR. ESTA HERRAMIENTA PERMITE GENERAR GRAFICOS PERSONALIZADOS PARA SER UTILIZADOS ERN CUALQUIER INSTANTE.

PERFILES. LOS PERFILES MUESTRAN GRAFICAMENTE LOS CAMBIOS DE UNA PROPIEDAD O ATRIBUTO A LO LARGO DE LA LINEA O RECORRIDO ELEGIDOS.

En tablas anexas se muestras los resultados de la modelación hidráulica con el software descrito anteriormente.



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TEORÍA DE LA HIDRÁULICA DE TUBERÍAS A PRESIÓN

En la práctica, redes de tuberías, sino también de varios tipos de empalmes, servicios, almacenamientos en tanques y reservorios, válvulas reguladoras, bombas, y controles electrónicos o mecánicos. Para los propósitos de la modelación, estos elementos son organizados dentro de las siguientes categorías:

Tubos—Transportan agua desde un lugar (o nodo) a otro.

Uniones/Nodos—Puntos específicos, o nodos, en los cuales un evento de interés está ocurriendo en el sistema. Donde hay grandes demandas tal como una gran industria, un grupo de casas, o un hidrante contra incendios, o puntos críticos del sistema donde es importante un análisis de presión.

Reservorios y Tanques—Son nodos de frontera con un gradiente hidráulico conocido que define el gradiente hidráulico para cualquier ciclo de cálculo. Conforman la línea base hidráulica empleada para determinar las condiciones de todos los otros nodos durante la operación del sistema. Los nodos de frontera son elementos tales como tanques, reservorios y fuentes de presión.

Bombas—Representadas como nodos. Su propósito es proporcionar energía al sistema y elevar la presión del agua.

Válvulas—Dispositivos mecánicos empleados para detener o controlar el flujo a través de un tubo, o para controlar la presión aguas arriba o aguas abajo de la válvula. Esto resulta en una pérdida de carga en el sistema.

Un evento o condición en un punto en el sistema puede afectar todas las otras partes del sistema. Mientras esto complica la aproximación que el ingeniero debegenerar para encontrar una solución, existen otros principios que gobiernan el funcionamiento de la red, incluyendo el principio de conservación de masa y energía, y el principio de energía. Este programa soluciona la distribución de caudales y gradientes



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hidráulicos usando el gradiente de algoritmos.

La primera ley de la termodinámica define que para cualquier sistema, el cambio de energía es igual a la diferencia entre el calor transferido al sistema y el trabajo realizado sobre ese sistema durante un intervalo dado de tiempo. La energía referida a este principio representa la energía total del sistema menos la energía potencial, cinética, y formas de energía molecular interna. La energía interna en análisis de distribución de agua es despreciada por su relativa pequeña magnitud. En aplicaciones de hidráulica, la energía es a menudo representada como energía por unidad de masa, resultando en unidades de longitud.

Empleando estas longitudes equivalentes se permite entender mejor el funcionamiento del sistema. Manejándose el estado del sistema en términos de cabeza.

La energía en cualquier punto en un sistema hidráulico está representado por tres componentes:

- Cabeza de Presión: p/γ- Cabeza de elevación: z- Cabeza de velocidad: V2/2g

Dónde: P = Presión (N/m2, lb.

/ft2)γ = Peso específico (N/m3, lb. /ft3)z = Elevación (m, ft)V = Velocidad (m/s, ft/s)g = Constante de la aceleración de la gravedad

(m/s2, ft/s2)

Estas cantidades pueden ser usadas para expresar las pérdidas o



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ganancias de energía entre dos puntos usando la ecuación de la energía así:

Donde: P = Presión (N/m2, lb. /ft2)γ = Peso específico (N/m3, lb. /ft3)

z = Elevación en el centroide (m, ft) V = Velocidad (m/s, ft/s)g = Aceleración de la gravedad (m/s2, ft/s2)hp = Cabeza de bombeo (m, ft)hL = perdidas de cabeza combinadas (m, ft)

Los componentes de la ecuación de la energía pueden ser combinados para expresar dos útiles cantidades, las cuales son el gradiente hidráulico y gradiente de energía.

GRADIENTE HIDRÁULICOEl gradiente hidráulico es la suma de la cabeza de presión (p/γ) y la cabeza de elevación (z). Esta es la altura que alcanza una columna de agua a través de un piezómetro.

GRADIENTE DE ENERGÍAEl gradiente de energía es la suma del gradiente hidráulico y la cabeza de velocidad

(V2/2g). Esta es la altura que alcanza una columna de agua a través de un tubo pitot.

En un lago o reservorio, donde la velocidad es cero, el gradiente hidráulico y el gradiente de energía son iguales, como se puede observar en la siguiente figura.

GE y GH



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CONSERVACIÓN DE MASA Y ENERGÍA.

CONSERVACIÓN DE MASA

En cualquier nodo en un sistema que contiene un fluido incompresible, el flujo másico o volumétrico total que entra es igual al que sale, menos el cambio en el almacenamiento.

Donde: QIN = Flujo total que entra al nodo (m3/s, cfs) QOUT = Demanda total en el nodo (m3/s, cfs)∆VS = Cambio en el volumen de almacenamiento (m3, ft3)∆t = Cambio en el tiempo (s)

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El principio de conservación de la energía formula que las pérdidas de cabeza a través de un sistema pueden balancearse en cada punto. Para redes a presión, esto significa que las pérdidas entre dos nodos en el sistema puede ser igual sin tener en cuenta la ruta que se tome entre esos dos puntos. Las pérdidas tendrán un



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signo consistente con el sentido de flujo asumido (gana cabeza cuando procede en sentido opuesto al flujo y pierde cabeza cuando procede en el sentido del flujo).

Conservación de la Energía

El mismo principio básico puede ser aplicado para cualquier ruta entre dos puntos. Como muestra en la figura anterior, las pérdidas combinadas alrededor de una malla es igual a cero a fin de alcanzar el mismo gradiente hidráulico tal como en el comienzo.

ALGORITMO DEL GRADIENTE

El algoritmo del gradiente para la solución de redes de tuberías es formulado con un arreglo completo de sistema de ecuaciones que modelan tanto cabezas como flujos. Tanto continuidad como energía son balanceadas y resueltas para cada iteración, el método es teóricamente garantizado para obtener el mismo nivel de precisión observado y esperado en otros bien conocidos algoritmos como el método de Fowler y el método de la teoría lineal (Wood). Adicionalmente, hay un número adicional de ventajas de este método con respecto a otros algoritmos de solución de sistemas de redes de tuberías. El método puede resolver directamente redes abiertas y cerradas.

Usando este método se evita el recalculo de la malla y definición de rutas, lo cual recarga el modelo computacional.



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El método es numéricamente estable cuando el sistema es desconectado por válvulas de cheque, válvulas reguladoras o errores del modelador.

TEORÍA DE VÁLVULAS

Existen varios tipos de válvulas que se pueden presentar en un sistema presurizado. Estas válvulas tienen diferente funcionamiento y diferente propósito, pero todas son empleadas para controlar automáticamente partes del sistema. Ellas pueden estar abiertas, cerradas o estranguladas para alcanzar el objeto deseado.

Válvulas de cheque (CVs)Las válvulas de cheque son usadas para mantener el flujo solamente en una dirección, cerrándose cuando hay flujo en reversa.

Válvulas de Control de flujo (FCVs)FCVs son empleadas para limitar la tasa máxima de flujo, no limitan tasa mínimas o tasas de flujo negativas. Se encuentran normalmente en áreas donde un distrito o sector se encuentra con otro.

Válvula reductora de Presión (PRVs)

Son usualmente empleadas para separar zonas de presión en sistemas de distribución de agua. Estas válvulas previenen que la presión aguas abajo exceda un nivel específico a fin de evitar daños sobre el sistema.

Válvulas sostenedoras de Presión (PSVs)Las válvulas sostenedoras de presión mantienen una presión definida aguas arriba de la válvula. Similar a otras válvulas reguladoras son empleadas para garantizar que las presiones en el sistema (aguas arriba en este caso) desciendan a niveles inaceptables.

Válvulas de quiebre de presión (PBVs)Generan una pérdida de carga específica a través de la válvula, y



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son usualmente empleadas para modelar elementos del sistema que no pueden ser modelados empleando elementos con pérdidas menores estándar.

MÉTODOS DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

Hay muchas ecuaciones que aproximan las perdidas por fricción asociadas al flujo de un líquido a través de una sección dada. Los métodos de fricción usualmente usados son:-. Ecuación de Chezy-. Ecuación de Darcy-Weisbach-. Ecuación de Colebrook-White-. Ecuación de Hazen-Williams

Las pérdidas por fricción están basadas en una relación entre la velocidad del fluido, la rugosidad de la sección, la profundidad de flujo y el gradiente de pérdidas (pérdidas por unidad de longitud de colector)

Ecuación de Chezy

Es poco empleada de forma directa, pero es la base de varios otros métodos, incluida la ecuación de Manning y la ecuación de Chezy.

Donde: Q = Descarga en la sección (m³/s, cfs)C = Coeficiente de rugosidad de Chezy (m1/2/s, ft1/2/s) A = Área de flujo (m², ft²)R = Radio hidráulico (m, ft) S = Pendiente



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(m/m, ft/ft)

Ecuación de Hazen-WilliamsEs frecuentemente usada en el análisis de sistemas de tuberías a presión (tales como redes de distribución de agua y sistemas de bombeo de aguas residuales).

Donde: Q = Caudal en la sección (m³/s, cfs)C = Coeficiente de fricción de Hazen-Williams (Adimensional)A = Área de flujo (m², ft²)R = Radio hidráulico (m, ft) S = Pendiente (m/m, ft/ft)k = Constante (0.85 para SI, 1.32 para US).

Ecuación de Darcy-WeisbachYa que esta ecuación está basada en métodos no empíricos, es vista por muchosingenieros como el método más preciso para la modelación de pérdidas por fricción. Comúnmente toma la siguiente forma:

Donde: hf = Pérdida de carga (m, ft)f = Factor de fricción (Adimensional) D = Diámetro de la tubería (m, ft)L = Longitud de la tubería (m, ft) V = Velocidad de flujo (m/s, ft/s)g = Constante de la aceleración de la gravedad (m/s², ft/s²)



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Para secciones que no son circulares, esta ecuación se asemeja a una sección circular con flujo a tubo lleno.

El radio hidráulico para este diámetro es.D = 4R Donde: R = Radio hidráulico (m, ft)

D = Diámetro (m, ft)

Esta puede ser reordenada a la forma:

Donde: Q = Caudal (m³/s, cfs) A = Área de flujo (m², ft²)R = Radio hidráulico (m, ft) S = Pendiente (m/m, ft/ft)f = Factor de fricción de Darcy-Weisbach (adimensional)g = Constante de la aceleración de la gravedad (m/s², ft/s²)

Ecuación de Colebrook-WhiteEsta ecuación es empleada para calcular de forma iterativa el factor de fricción deDarcy-Weisbach.

-. Para superficie libre

Viscosidad CinemáticaLa viscosidad cinemática es empleada para determinar el coeficiente de fricción deDarcy-Weisbach. .



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Donde:f = Factor de fricción (adimensional)ε = Rugosidad (m, ft.)D = Diámetro de la tubería (m, ft.)Re = Numero de Reynolds (adimensional)

El factor de fricción depende del número de Reynolds del flujo, el cual es dependiente de la velocidad de flujo, la cual depende del caudal. Como se puede observar este proceso requiere de la selección iterativa del factor de fricción hasta que la descarga calculada este de acuerdo con el factor de fricción seleccionado.

Ecuación de Manning

Es una de las más comunes de uso hoy en día para cálculo de sistemas a flujo libre. Para la ecuación de Manning, el coeficiente de rugosidad es calculado en la ecuación de Chezy como:

Donde:

C = Coeficiente de rugosidad de Chezy (m1/2/s, ft1/2/s) R = Radio Hidráulico (m, ft)n = Coeficiente de rugosidad de Manning (s/m1/3)k = Constante (1.00 m1/3/m1/3, 1.49 ft1/3/m1/3)

Sustituyendo esta rugosidad dentro de la ecuación de Chezy, se obtiene la bien conocida ecuación de Manning:

Donde:

Q = Caudal (m³/s, cfs)k = Constante (1.00 m1/3/m1/3, 1.49 ft1/3/m1/3)n = Coeficiente de rugosidad de Manning (s/m1/3) A = Área de flujo (m², ft²)



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R = Radio hidráulico (m, ft)S = Pendiente (m/m, ft/ft)

PÉRDIDAS MENORES

Las pérdidas menores en tuberías a presión son generadas por áreas localizadas queincrementan la turbulencia que crean un corto en los gradientes de energía e hidráulico en ese punto del sistema.

Donde:

hm = Pérdidas debidas a elementos de pérdidas menores (m, ft) V = Velocidad (m/s, ft/s)g = Constante de la aceleración de la gravedad (m/s2, ft/s2) K = Coeficiente de pérdidas

La figura a continuación muestra el efecto del radio de las líneas de flujo en la entrada típica a una tubería.

Líneas de flujo en la entrada



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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO WATER-GEMS

Una vez el sistema fue ajustada la información e ingresada como modelo hidráulico (trazado de tuberías y accesorios), se determinaron varios análisis sistemáticos preliminares del sistema que permitieron definir los elementos requeridos como presiones disponibles en los puntos más altos y bajos, características de la tubería (material, diámetro y especificaciones técnicas) lo cual se analizó desde el punto de vista real de instalación, condiciones a futuro y costos relativos.

Seguidamente se realizaron varios análisis del proyecto con todas sus variables, para así generar reportes definitivos y a partir de estos datos y su manejo integrado con AutoCAD se generó los perfiles constructivos del sistema.El dimensionamiento hidráulico se realizó según la Formula de Hazen Williams, ampliamente utilizada en estos diseños con métodos numéricos, combinada con la Ecuación de Colebrook-White, considerando tuberías de PVC.

Para la entrega de los resultados del diseño se entregan los planos de planta y perfil de las redes diseñadas así como los respectivos cuadros de cálculo que soportan el diseño.

MODELACIÓN HIDRÁULICA DEL SECTOR OBJETO DE ESTUDIO.

Identificación del ProblemaDescripción del asunto

CONSTRUCCIÓN SEGUNDA ETAPA SISTEMA DE ACUEDUCTO RGIONAL NISCOTA PARA LAS VEREDA LA



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YOPALOSA, LAS CAÑAS, REDENCIÓN, GUACHARACAS, SIRIVANA, MACUCO Y ROMERO DEL MUNICIPIO DE NUNCHIA Y CORREGIMIENTO DE LA CHAPARRERA MUNICIPIO DE YOPAL DEPARTAMENTO DE CASANARE

Consecuencia económica

Proyecto se inició con la construcción de alrededor 12 km, y no se concluyó por falta de recursos económicos, hoy día el mismo se encuentra reclamaciones y acciones legales contra las entidades intervinientes en el proceso.

Causas Solución Plazo

Sistema de acueducto fuera de servicio

Construcción segunda etapa sistema de acueducto regional Niscota para las veredas la Yopalosa, las cañas, redención, guacharacas, sirivana, macuco y romero del municipio de Nunchia y corregimiento la Chaparrera del municipio de Yopal departamento de Casanare, optimizando las condiciones hidráulicas existentes y sustituyendo las tuberías.

Junio -2014

Medida preventiva

N:A

Responsabilidad Municipio de Nunchía Casanare

ClasificaciónTipo de actividad o Fase:

Diseño

Tema: Dimensionamiento de tuberías

Objetivo:Determinar desde el modelo matemático las alternativas de diseño de la red de distribución de agua potable Veredas Nunchía

Metas: Diseño de las redes de distribución de agua potable.

Lugar :

Veredas Yopalosa,, las Cañas, Redención, Guacharacas, Sirivana, Macuco y Romero del municipio de Nunchia y Corregimiento la Chaparrera municipio de Yopal.

Solicitado por: Municipio de Nunchía



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Introducción

Con el fin de apoyar la evaluación de alternativas de reposición y rehabilitación de la red de distribución, se ha desarrollado y aplicado un modelo matemático hidráulico de la red de distribución de agua potable. El modelo ha sido construido teniendo en cuenta la información de topológica extraída del Sistema de Información Geográfica, información en campo levantada en el procedimiento de visita de campo y levantamiento y trazado de la nueva red de distribución.

Consideraciones para la modelación hidráulica

A continuación se presentan los elementos conceptuales que han orientado el desarrollo del modelo matemático hidráulico, se definen los objetivos, se resume la complejidad y los requerimientos y alcance del modelo en la evaluación de alternativas para el diseño de redes de distribución.

Objetivo de la modelación hidráulica

Apoyar la evaluación de alternativas en la planificación y operación del sistema de acueducto. El objetivo general es responder mediante un modelo matemático hidráulico apropiadamente calibrado preguntas sobre el comportamiento más probable del sistema de distribución bajo diferentes alternativas de intervención.

Complejidad del sistema modelado

El nivel de complejidad del sistema es bajo, se intervendrán todas las redes del sector Veredal, incluyendo (seis veredas y un centro poblado).



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Alcance de la modelación matemática

El modelo matemático hidráulico simula eventos estáticos, representando adecuadamente el comportamiento de la red, permitiendo resolver preguntas relacionadas con el cumplimiento de los parámetros de diseño en la red de distribución.

Descripción general del modelo

El sistema de distribución es simulado mediante el uso del modelo hidráulico. Este modelo permite simular diferentes estructuras hidráulicas en una red tales como embalses, aducciones, bombas y tanques de almacenamiento. El modelo interpreta la red de distribución como un conjunto de líneas conectadas entre sí por sus extremos, los que se denominan nudos. Las líneas y nudos se identifican con un número (ID).

A continuación describimos el proceso de desarrollo del modelo.



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Entrada de datos: fase donde se alimenta al modelo computarizado toda la información geográfica y física del sistema a ser modelado (SIG, Base de datos y topografía)

Calibración: fase donde se mide el sistema que está modelándose para que las condiciones reales del sistemas sean simuladas en el modelo no aplica para este caso)

Análisis: fase donde se utiliza el modelo calibrado para simular mejoras al sistema que cumplen con las metas de servicio establecidas para la situación futura.

Las ecuaciones básicas que el modelo sigue son las de conservación de masa y conservación de energía.

Simulación matemática de alternativas

Información Preliminar

Información PreliminarDescripción de la Solicitud Diseño segunda etapa sistema de

acueducto regional Niscota para las veredas la Yopalosa, las cañas, redención, guacharacas, sirivana, macuco y romero del municipio de Nunchía y Corregimiento



Analisis

Situacion Actual Situacion Futura Alternativas

CalibracionModelo Preliminar Modelo Calibrado

Entrada de DatosTopologia de las redes

Condiciones hidraulicas de

operacionDemandas

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la Chaparrera del municipio de Yopal departamento de Casanare.

Sector Hidráulico VeredalSector únicoUso de Suelos Residencial de baja intensidad.No de suscriptores sector No establecidoNo de suscriptores afectados

Todos

Nivel de complejidad BajoTanque de almacenamiento Tanque 300 metros cúbicosCota tanque de Almacenamiento

1049 m.s.n.m

Cota Promedio sector a intervenir

940m.s.n.m

Presión media de Servicio 30 m.c.a.Diámetro Tubería Matriz Ø8”Material de tubería Matriz PVC presiónDiámetro Tubería Secundarias

Ø3” – Ø1”

Material de tubería Menores PVC PresiónLongitud del sector a intervenir

207225 Km (toda la red)

Escenarios Propuestos

1. Diseño de la red de distribución, respetando los diámetros nuevos, ampliando coberturas. Optimizando el funcionamiento hidráulico mediante la utilización de válvulas de corte de servicio para sectorizar y purga mejorando la evacuación de la red para mantenimiento y operación de la misma



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Escenario único: Trazado y dimensionamiento de la red de distribución para todas las veredas descritas

Este escenario contempla el dimensionamiento de la red de distribución sugiriendo diámetros nuevos en toda la red, así mismo utilizando el material más usado en la conducción de agua potable a nivel nacional y local.

Como resultado se obtiene esencialmente contar con una condición hidráulica de operación definiendo la red principal y proyectando redes menores a sectores donde se evidencia nuevas viviendas a lo largo de la red donde se encargue de alimentar los posibles nuevos puntos de consumo.

De esta forma se dejará un a red principal de Ø8”, 6”, 4” y 3” PVC por el sector más céntrico y poblado del área de intervención a partir de la PTAP y tanque de almacenamiento existente a lo largo de las veredas intervinientes, se ha proyectado por los carreteables con diámetros menores que van desde 1.5 “a 0.75”.

Con las anteriores acciones se puede garantizar que las condiciones de funcionamiento en cuanto a presiones de servicio exigidas por la norma y los usuarios, continuidad del servicio sean óptimas, siempre y cuanto la capacidad de la planta de tratamiento y sistema de almacenamiento permita el llenado continúa de la red de distribución.

Alternativa Única Recomendada

Se recomienda optimizar las condiciones hidráulicas de operación, definiendo la red matriz y proyectando laterales de sectorización, los cuales conforman las redes secundarias, encargadas de alimentar todos los puntos de consumo.



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Recomendaciones generales

La red matriz de distribución que se va a diseñar debe cumplir con los siguientes requisitos generales:

Debe ser construida totalmente en el mismo material. No debe usarse combinaciones de materiales en una misma línea o red de distribución.

La línea y rede debe contar con todos los aditamentos necesarios para su operación y mantenimiento como válvulas de corte, válvulas de ventosa para expulsión y admisión de aire (de doble efecto), válvulas de purga, anclajes, entre otras cunado aplique.

Los elementos de operación y control o accesorios de la línea y red matriz (válvulas, purgas, ventosas, entre otras.) deben estar contenidos en cajas, estas deberán tener las dimensiones adecuadas para las labores de operación y mantenimiento. Deben contar, además, con uniones y niples que permitan el desmontaje de las piezas especiales. Deben contar, siempre que sea posible, con drenajes directos a los sistemas de alcantarillado pluvial o en su defecto con sistemas que permitan su drenaje por bombeo (foso húmedo, foso de achique, entre otras). Las cajas deben contar con tapa - válvulas para tráfico pesado en Hierro Dúctil, que permitan la operación desde el exterior y con escotillas. Las cajas para ventosas, deben contar con todo el sistema necesario para garantizar la entrada y salida de aire (rejillas laterales, tuberías de ventilación, entre otras.).

Utilizar al máximo las áreas públicas evitando adquisiciones o expropiaciones de terrenos particulares.

Evitar rutas junto a canales o cañadas, en donde normalmente existe concentración de servicios de aguas lluvias y de alcantarillado, así como la ocurrencia de suelos aluviales y nivel freático elevado.



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Buscar rutas con topografía suave, evitando piezas especiales y accesorios.

Minimizar los desvíos e interrupciones de tráfico durante la ejecución de la obra.

Se debe disponer de tuberías de mayor diámetro formando una red sin tapones, teniendo en cuenta los sistemas separados para control de presión y la zonificación de las áreas de consumo.

Debe hacerse un análisis de los servicios existentes en la zona y una consulta con las diferentes entidades, con el fin de localizar los servicios existentes o proyectados para reducir al mínimo las interferencias durante el período de construcción.

Buscar mantener el eje de la línea alejada de edificaciones con cimentaciones superficiales.

Mantener una profundidad mínima indispensable para la protección de la tubería y su aislamiento térmico.

Hacer coincidir, siempre que sea posible, las deflexiones verticales con las horizontales.

la ubicación e instalación de válvulas de ventosa sobre la línea alterna de abastecimiento es muy importante, con el fin de permitir la evacuación del aire que normalmente se introduce en las tuberías, así mismo permitir el ingreso de aire a estas mientras se están desocupando. Se ubicaran en las partes más altas y en la división de trayectos muy largos.

Atentamente,



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ROSOLY DILBERTO CHAPARRO VARGASIngeniero Sanitario y AmbientalM.P: 15236145619 BYC



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