5. IMPLEMENTATION
6.1. Evaluating the learning process
Arenas 0 Limos ligeros 0 Limos porosos 0 Limos arenosos 1 Limos de barro 1 Limos de arcilla 1 Limos arcillosos 3 Arcilla 3 Fango 4 Turba 4 Marisma 4
Arcilla y suelos orgánicos 4
Arcilla de adobes 4
2. Agua Subterránea a nivel del trazado
No presente 0
Presente - variable 1
3. Humedad
<30% 0
>30% 2
4. Valor pH a extracto acuoso:
> 8,5 0
8,5 - 4,0 2
5. Sales solubles totales <=1000 0 >1000 2 6. Contenido de sulfatos <=1000 0 1000 - 2000 1 2001 - 3000 2 >3000 3 7. Contenido de magnesio <= 20.000 0 > 20.000 1 8. Acidez hasta pH 7 <250 0 >=250 1 5.3.5 Conclusiones
La metodología propuesta para seleccionar materiales de tuberías es sencilla de aplicar, porque requiere el conocimiento de parámetros simples de calidad de agua y suelos.
La necesidad de contar con una herramienta como la propuesta se basa en las implicancias que tiene la corrosión en la economía de la industria del agua y en la salud de la población.
El problema de corrosión debe ser abordado desde el diseño mismo,
considerando corrosión interna y externa.
Este capítulo expone ideas generales para caracterizar el ataque por tipo de cañerías. Distintas aleaciones, tipo de materiales, condiciones de fabricación, etc. se comportarán mejor o peor frente al fenómeno de la corrosión, debiendo analizarse estos aspectos separadamente, indicando ventajas y desventajas, con respecto al comportamiento
general. Así también deberán estudiarse las protecciones adecuadas, que aumenten su resistencia.
Así en muchos casos será necesario completar la selección del material especificando recubrimiento de él, protección catódica e incluso con adición al agua de inhibidores de corrosión o modificación de su calidad.
5.4 Dimensionamiento y Diseño de Redes de Distribución de Agua Potable
5.4.1 Generalidades
El objetivo fundamental que se persigue en el dimensionamiento de una red de distribución de agua potable, es el de dotar a todos los habitantes por servir, del agua que ya ha sido producida, purificada, si ha sido necesario, y conducida, en todo caso, hasta un estanque de regulación, que constituye el punto de origen de la red.
Esta agua será entregada por un sistema de cañerías cerradas y a una presión tal que en cualquier punto de la red pueda derivarse un ramal domiciliario desde donde se conduzca a todos los artefactos sanitarios de una vivienda familiar o de un conjunto habitacional, en cantidad suficiente y de modo que esos artefactos funcionen correctamente.
Tal sistema de cañerías y piezas especiales que permite la entrega del agua potable a las zonas pobladas en forma constante, en calidad, cantidad y presión, es lo que constituye una red de distribución de agua potable.
Debido a que el costo de la red incide en el costo total del sistema de agua potable en un 50 a 70%, es necesario que esta cumpla con las características indicadas ya citadas, aparejadas con un criterio de costo mínimo.
5.4.2 Solicitaciones de una Red de Distribución de Agua Potable
Las solicitaciones que debe satisfacer una red son, exceptuando los consumos domésticos, las siguientes:
- protección contra incendio.
- usos públicos.
- uso comercial e industrial.
Los usos públicos comprenden los gastos producidos por edificios públicos, establecimientos educacionales públicos y privados, regimientos, riego de parques y áreas verdes, campos recreativos, lavado de calles, hospitales, etc.
El uso industrial se refiere en general a la artesanía, pequeña y mediana industria, ya que por lo general, la gran industria cuenta con fuentes propias de abastecimiento por razones de seguridad por el consumo de grandes caudales.
Los gastos no controlados se refieren a pérdidas por filtraciones visibles e invisibles, inevitables en una red con cierto tiempo de explotación.
5.4.3 Tipos de Redes
Las cañerías que conforman la red, se pueden disponer según dos tipos básicos de configuración:
- Redes ramificadas o abiertas - Redes de malla
5.4.3.1 Redes ramificadas:
Las redes ramificadas o abiertas se caracterizan por estar constituidas por una matriz principal, desde la cual se alimentan los diversos sectores mediante derivaciones.
En este tipo de redes, conocemos todos los tramos por su diámetro y longitud y además los gastos en los nudos, cuya suma debe ser igual al gasto máximo horario. Es muy fácil por lo tanto conocer el gasto que corresponde a cada tramo. Por medio de las formulas se calcula y el J para cada tramo, JL y las cotas piezométricas en cada nudo, partiendo desde un estanque o de alguna cota piezométrica conocida.
Para cada nudo tenemos la cota piezométrico y la cota del terreno. Su diferencia nos da la carga.
Desde el punto operativo, en este tipo de red, el agua puede llegar a un punto cualquiera de ella, sólo a través de una trayectoria, lo que implica que al producirse una avería el servicio queda interrumpido aguas abajo del punto dañado.
5.4.3.2 Redes de mallas o cerradas:
Las redes de mallas o cerradas, denominadas también reticuladas, están constituidas por un sistema de cañerías interconectadas entre sí por ambos extremos. Esta
disposición permite que a cada tramo pueda escurrir el agua en cualquier sentido, dependiendo esto de las solicitaciones del consumo en esos instantes.
Este tipo de redes, permite aislar un sector del sistema en caso de una falla, sin perjudicar el suministro de agua potable del resto del sistema de agua potable.
En términos generales, para el cálculo de mallas existen varios métodos computacionales que permiten el cálculo de redes de gran tamaño y con todas las complicaciones posibles.
Sin embargo, las redes pequeñas se siguen calculando por el método de Cross ayudados por el amplio software estándar disponible.
El problema consiste en determinar los gastos de cada tramo y las presiones en los nudos conociendo las longitudes, materiales, diámetros y otros elementos como estanques, bombas booster, etc.
En el siguiente cuadro podemos comparar ambos sistemas de disposición: TABLA: ANALISIS COMPARATIVO ENTRE REDES RAMIFICADAS Y MALLAS
REDES RAMIFICADA REDES CERRADAS O MALLAS
- Cada consumo tiene un solo camino desde el estanque.
- Cada consumo tiene infinidad de caminos desde la alimentación. - Se aleja un tanto de la realidad, pues
usualmente las cañerías se interconectan.
- En la práctica, este tipo de configuración es la más frecuente ya que corresponde a situaciones más reales.
- El dimensionamiento es directo y sencillo. - El dimensionamiento es indirecto, generalmente es por tanteos que requieren de verificación.
En la practica se adopta casi siempre una combinación de los sistemas, lo que se denomina Red Mixta.
En las figuras siguientes se muestran los esquemas que caracterizan ambos tipos de redes.
Red Ramificada o Abierta
Redes Cerradas O Mallas
Independientemente del método de dimsensionamiento adoptado, el proyectista en la memoria del proyecto deberá indicar el método de diseño y dimensionamiento elegido y deberá presentar:
a) Las planillas finales de cálculo o verificación de presiones.
b) Un esquema de la red que contenga los gastos en los nudos, las curvas de nivel de terreno de 5 rn 5 metros, con la indicación expresa de los puntos más altos, las curvas isopiezométricas de 5 en 5 m y además, el rango de velocidades por diámetros. Estos antecedentes deberán presentarse tanto para las solicitaciones de consumos máximos como para la superposición de consumo e incendio.
5.4.4.1 Bases de cálculo.
En cuanto a las bases generales de un proyecto, dotación y población, éstas fueron analizadas en el Anexo Nº1 de este Capítulo. Por tanto, sólo nos referimos a diversos aspectos de estas bases generales inherentes a los proyectos de redes de grandes ciudades, donde se hacen distinciones entre las características de diferentes áreas; es lo que en urbanismo se denomina Zonificación.
Así, por ejemplo, en cuanto a los habitantes por unidad habitacional se suelen dar, eventualmente, los siguientes valores mínimos :
Tipo y Superficie en m2 de Propiedades Habitantes
Propiedades menores de 250 m2 6
de 250 a 500 6,5
500 a 1.000 7
1.000 a 3.000 9
Superior a 3.000 10
La dotación a su vez, depende de diferentes factores para cada zona entre las cuales se destacan las condiciones socio-económicas de la población y la incidencia de consumos no domésticos (riego de jardines, etc)
Dimensionadas las Obras Generales para el gasto máximo diario y efectuada la regulación en el estanque, la red se debe calcular para suministrar los gastos correspondientes a la hora de máximo consumo.
Los factores de consumo máximo horario a máximo diario de ciudades pequeñas, se han normalizado según la tabulación de la tabla siguiente :
Población (hab) Factor
menos de 1.000 3,0
1.000 a 2.000 2.5
2.000 a 5.000 2,0
superior a 5.000 1.5
Las demás bases de cálculo propias de una red son las siguientes:
a) Las presiones necesarias expresadas en metros de columna de agua sobre la cota de terreno, para vencer las pérdidas de carga que representa la instalación interior de manera de permitir un gasto conveniente para el artefacto más alto. b) El gasto que se considere es suficiente para atacar un incendio.
c) La presión mínima de incendio en los grifos, suponiendo que la presión del chorro se alcanzará con la utilización de bombas de incendios.
d) Las condiciones más desfavorables en que se supone la superposición de consumo e incendio.
Las presiones en la red deben ser tales que permitan por una parte suministrar agua a edificios de alturas normales, recomendándose que no sea inferior a 15 m., y por otra no sobrepasar valores cercanos a 60 m. con un máximo de 65 m. En casos calificados se acepta para la presión mínima, valores algo menores de los 15 m.
La presión mínima en grifos de incendio es calculada por la superposición de
consumo medio horario del día de máximo consumo, con el correspondiente al incendio, que más adelante se detallará. Esta no debe ser menor a los 4 metros de columna de agua.
En cuanto al gasto de incendio, éste se considerará relacionando la población, número de grifos en uso simultáneo y la disposición de éstos, según tabulación normalizada que se cita en el cuadro siguiente :
Población (Hab.) Nº de Grifos Gasto
Lts/seg.
Disposición
1.000 a 6.000 1 16
16.000 a 30.000 1 24
30.000 a 60.000 2 24 1 en zona densamente poblada
1 en periferia
60.000 a 120.000 3 24 2 en zona densamente poblada
1 en periferia
120.000 a 180.000 4 24 2 en zona densamente poblada
2 en periferia
180.000 a 600.000 2 60 Sistema de dos ciudades
2 24
Es común que se apliquen las normas anteriores a cada sistema; esto es, a cada conjunto de estanques y redes. Igualmente se aplican estas normas a las ciudades con varios sistemas.
5.4.4.2 Condiciones de escurrimiento
El escurrimiento de líquido en una tubería está afectado por condiciones variables que pueden dividirse en condiciones impuestas en el diseño y condiciones de características propias del material de las tuberías de la red de distribución.
Las características de diseño son las impuestas en el proyecto, de acuerdo a los resultados que se deben obtener y están representados principalmente por el caudal a conducir y la presión disponible en todos los puntos en la red de distribución.
5.4.4.3 Características hidráulicas de una cañería.
Las complejidades del cálculo de una red exigen simplificar lo más posible las características de cada tramo de cañerías entre nudos, esto es, entre cruces de cañerías, puntos de arranques para grifos u otros puntos interesantes.
Mediante una expresión matemática que relacione los valores que determinan el comportamiento hidráulico de una cañería, podemos definir un término característico para un tramo dado.
Basándonos en la expresión general de las fórmulas clásicas (ver Nota *), para cañerías en presión:
J = K Qn / Db
Si J es la pérdida de carga unitaria, tenemos para un largo L determinado una pérdida de carga total H:
H = J L
* Nota : Fórmulas Clásicas
Cada investigador estudió en ciertas condiciones, un problema específico de una cañería con un determinado diámetro, un cierto gasto y características bien definidas del fluido a conducir; esto trajo consigo la aparición de diversas expresiones o fórmulas que se aplicaron hasta hace poco tiempo e incluso aún se utilizan para solucionar algunos casos, pero debido a que son experimentales sólo tienen validez dentro del ámbito para el cual fueron experimentados.
Las fórmulas anteriores denominadas clásicas, se expresan en
ecuaciones monomias que relacionan gasto, diámetro y pérdida de carga unitaria, apareciendo como factor un coeficiente ya sea fijo o variable, determinado por las características del fluido de la cañería.
Así, son de la forma:
J : K Qn/Db
Donde:
J = pérdida de carga unitaria
Q = gasto
D = diámetro interior de la tubería
n = exponente característico de la fórmula K = constante referida a condiciones de la cañería
Así, introduciendo el concepto de carga total en la fórmula general tenemos : H = K Qn L
Db
Las características inherentes a una cañería podemos definirlas como el término que reune las variables K, el diámetro D con su respectivo exponente y el largo L.
A este término lo denominaremos característica hidráulica (r) de una cañería y queda definido por la siguiente expresión :
r = K L Db
Así, la expresión de la pérdida de carga total es :
H = r Qn
Además, definiremos como Resistencia característica por unidad de longitud", el término "ρ" :
ρ = r = K
L Db