El diseño hidráulico de las redes, puede ser realizado por una de las siguientes formulas: Flamant, Darcy Weisbach, Hazen Williams u otros justificados técnicamente.
Siempre y cuando las posibilidades técnicas y económicas lo permitan, deben diseñarse redes cerradas.
Diseño Hidráulico en Redes Abiertas
En el dimensionamiento de las tuberías de redes abiertas deben considerarse los siguientes aspectos:
- La distribución del caudal es uniforme a lo largo de la longitud de cada tramo.
- La pérdida de carga en el ramal debe ser determinada para el caudal del tramo.
- Los caudales puntuales (escuelas, hospitales, etc.) deben ser considerados como un nudo.
Para el cálculo de ramales debe considerarse un caudal mínimo de 0,10 l/s.
Diseño Hidráulico de Redes Cerradas
Para el dimensionamiento de las tuberías de redes cerradas se deben considerar los siguientes aspectos:
- El caudal total que llega al nudo debe ser igual al caudal que sale del mismo.
- La pérdida 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 cumplirse 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 pérdidas de carga en tuberías principales y secundarias deben estar alrededor de 10 m/km.
Para el análisis hidráulico de una red de distribución cerrada pueden utilizarse uno de los siguientes métodos:
- Método de Hardy Cross.
- Método de Newton-Raphson.
- Método matricial.
- Otros métodos equivalentes.
Método de Hardy-Cross
Es un método de aproximaciones sucesivas por el cual se realizan correcciones sistemáticas a los caudales originalmente asumidos (caudales de transito por las tuberías) hasta que la red se encuentre balanceada.
Cuando se emplee la fórmula de Hazen-Williams para el cálculo de pérdidas de carga en las tuberías, el factor de corrección del caudal para cada malla está dado por:
Dónde:
Q = Variación de caudal en m3/s
J = Perdida de carga en m/m
L = Longitud de la tubería en m
Q = Caudal que pasa por la tubería en m3/s
A = Coeficiente de Coriolis (aproximadamente 1)
C = Coeficiente de rugosidad de la tubería de Hazen-Williams
D = Diámetro de la tubería en m
Método de Newton-Rapshon
Para resolver el sistema de ecuaciones no lineales se puede utilizar la siguiente expresión:
Donde:
Q = Caudal en l/s
Hs, hi = Elevación respecto al plano horizontal de referencia para los puntos “s” e “i”, respectivamente en m
A = Coeficiente de Coriolis (aproximadamente 1)
K = Numero de iteración
La rugosidad uniforme equivalente toma en cuenta su dependencia con relación a los materiales de la tubería, y tiempo de servicio de las tuberías. Además deben tomarse en cuenta los siguientes factores:
- El número de conexiones existentes en la red.
- Sedimentación de partículas en diferentes sectores de la red.
- Cambio del sentido de escurrimiento en tramos de la red en circuito cerrado.
Para redes ramificadas y en circuitos cerrados la rugosidad uniforme equivalente no debe ser menor a 10-3 m para redes nuevas y 3 * 10-3 para redes existentes.
Cada punto singular debe corresponder a una parte del área a ser abastecida por la red de distribución.
Autores: Mauricio Fuentes, Fernando Gallego y Carlos Rubén Rico, alumnos del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas
