Diseño hidráulico de redes de abastecimiento

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