Configuración de las Redes de Distribución

Las redes malladas están constituidas por a matriz de distribución, de las tuberías principales, tuberías secundarias y ramales abiertos. Las tuberías principales constituirán las mallas, cuyos tramos se definirán por los nodos que lo comprenden. A tal efecto, se define como nodo:

• La intercepción de dos o mas tuberías.
• Puntos de alimentación de la red, tales como estanques, estaciones de bombeo,etc.
• Puntos de concentración de caudales, tales como gastos de incendio, suministros o puntos de alimentación a otras redes.
• Puntos finales o ramales ciegos.
• Puntos para ubicar nodos de manera que no exista una longitud mayor entre ellos de 600 metros.

Para la configuración de las mallas mediante las tuberías principales se debe tomar en cuenta el posible desarrollo de la zona donde se va a proyectar. Un desarrollo hacia la periferia debido a la existencia de zonas planas que propicien ta extensión, induce a proyectar mallas exteriores previendo el crecimiento urbanístico hacia tales áreas.

En zonas con limitación de expansión por cualquier motivo razonable o por disposiciones legales, se deben proyectar mallas internas previendo el desarrollo vertical o de alta densidad de estos sectores.

Cuando por razones topográficas las presiones de servicio sean muy altas, es conveniente dividir la zona en varias redes (por ejemplo: alta, media y baja) interconectándolas mediante válvulas reguladoras o reductoras de presión o por tanquillas rompecargas, o separandolas con estanques de almacenamiento.

En Venezuela, los límites establecidos para las presiones en la redes dependen del tipo de zona a servir. En este sentido, se define como zona rural a aquellas poblaciones con cinco mil o menos habitantes y las zonas urbanas las que tienen mas de cinco mil habitantes.

según las normas INOS, debe cumplirse:

Presión Mínima:

     a) Zona rural: de 7 a 10 m.c.a

     b) Zona urbana: 20 a 25 m.c.a.

Presión máxima:

     a) Zona rural: 40 m.c.a.

     b) Zona urbana: 70 a 75 m.c.a.

Estos valores están establecidos en función de:

Presión máxima:

     a) Evitar que las tuberías trabajen a presiones cercanas a su presión de prueba (10 kg/cm2 que equivale  100 m.c.a.). 

     b) Evitar la necesidad de grandes anclajes.

     c) Evitar problemas en los flotantes de los tanques de los usuarios.

Presión mínima:

     a) Garantizar que el agua tenga suficiente presión para llegar desde la calle hasta el propio sitio de consumo.

Las redes de distribución pueden funcionar de dos maneras:

1. Por gravedad.
2. Por bombeo.

El sistema por gravedad es el ideal, ya que aparte de funcionar eficientemente, requiere de una inversión mucho menor y los costos de mantenimiento son mucho más bajos.

Cuando el sistema funciona por bombeo se pueden presentar las siguientes situaciones:

1. Bombeo directo al estanque y suministro por gravedad. En este caso la red de distribución se analiza como red por gravedad, y el bombeo será un problema para el diseño de la línea de aducción.
2. Bombeo contra la red. Cuando existan limitaciones de presiones máximas en la red de distribución y se desee garantizar un servicio eficiente, continuo y con presión adecuada, una solución razonable es un bombeo directo contra la red.

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Consideraciones para el Diseño de una Red de Distribución

Una red de distribución debe prestar un servicio continuo y eficiente, lo que indica que su diseño debe estar dirigido hacia la condición más desfavorable. Por esa razón el diseño se basa en el consumo máximo horario, es decir, sobre la hora del día cuando el consumo de agua llega a su máximo consumo. Esta condición debe ser satisfecha por la red de distribución para no provocar deficiencias en el sistema.

Otro factor a considerar es el referente a la ocurrencia de eventualidades tales como incendios, lo cual provoca grandes demandas de cantidades de agua en forma momentánea para atender tales contingencias. Como es poco probable que pueda originarse un incendio en las horas de máximo consumo, en vista de que son horas de muchas actividades, además de diversos estudios realizados, en nuestro país se fijó el factor de incendio como k3= 1,80, para afectar el gasto medio para una red que incluya análisis con factor de incendio. Así pues, el gasto de incendio Qi se determina por:

Qi= 1,80Qm + I

siendo I,el gasto de incendio asignado por las normas de acuerdo a la zona. Para ello se considera que el incendio tendrá una duración de 4 horas y la dotación necesaria para combatirlo varía de acuerdo al uso predominante de la tierra, para lo cual las normas señalan lo siguiente:

·         Zona residencial unifamiliar de viviendas aisladas. Dotación: 10 lps.
          Zona residencial multifamiliar o viviendas unifamiliares continuas. Dotación: 16 lps.
          Zona industrial. Dotación: 16 lps.

·         En parcelamientos de viviendas aisladas, en los cuales el promedio sea de 4 parcelas por hectárea o menos, no es necesario considerar demanda de incendios.

Este de gasto de incendio (I), se ubicará en el nodo más desfavorable bajo consideraciones de presión.

Asignación de los Gastos en los Tramos que Constituyen las Mallas (tuberías principales).

Los métodos comúnmente usados son:

1. Método de las Áreas.
2. Método de la repartición media.

Método de las áreas: en este método se determina el consumo medio de toda la zona a proyectar y las áreas de influencia de cada nodo, con su respectivo peso, con la finalidad de obtener una demanda unitaria. Se entiende por peso de un nodo a la rata de ocupación del nodo en el período de diseño. Se identifican los nodos las mallas y se determinan las áreas de influencia de cada uno, trazando las mediatrices de los tramos. Se debe procurar tener áreas de figuras geométricas conocidas. En caso contrario se debe disponer de planímetros o cualquier otro método o dispositivo que permita conocer las áreas buscadas.

Método de la repartición media: debido a su sencillez, este el método generalmente utilizado para hallar la concentración de los gastos en os nodos. Una vez definida la malla y determinados los gastos medios de consumo en cada tramo de todo el sistema (tuberías principales, secundarias y ramales abiertos) se asignan los gastos de las tuberías secundarias y ramales abiertos y/o ciegos, a las tuberías principales, de acuerdo a una distribución lógica. El método en sí, consiste en loa repartición media del gasto a ambos extremos de cada tramo. Una vez asignado a cada tramo de la tubería el gasto correspondiente, se multiplica por el factor de diseño (según el caso de análisis que se esté empleando, K2 o K3) y se reparten dichos gastos por mitad a cada nodo que constituya el tramo.

Selección de Diámetros

Cuando ya se tiene la red definida, y una vez asignados los gastos para cada tramo, y para el caso de análisis a que corresponda, se procede a determinar los gastos de tránsito, siguiendo los pasos que se mencionan:

1. Caso de análisis. Selección de los factores correspondientes (K2, K3).
2. Determinación de los gastos para cada tramo, para el respectivo caso de análisis.
3. Determinación de los gastos en los nodos o repartición media de los gastos.
4. Asignación de los gastos de tránsito.

Obtenidos los gastos de tránsito, se seleccionan los diámetros de las tuberías, en función de las capacidades máximas que establecen las normas INOS.

Método de Cálculo

En virtud de que la red está constituida por un circuito cerrado de tuberías, el flujo de agua a través de ellas estará controlado por dos condiciones:

1. El flujo total de agua que llega a un nodo es igual al que sale.
2. La pérdida de carga entre dos puntos, a lo largo de cualquier camino, es siempre la misma.

Para el diseño de este tipo de redes se han desarrollado varios métodos, pero el Método de Hardy Cross ha descartado a los otros, debido a la aplicación generalizada.

Método de Hardy Cross

Es un método de aproximaciones sucesivas, que por medio de correcciones sistemáticas que se aplican a los flujos originalmente asumidos (gastos de tránsito), se logra el balanceo de la red.

El gasto de alimentación Q se bifurca en el nodo 1, convirtiéndose en los gastos Q1 y Q2 que representan los gastos de tránsito (asumidos). En vista de que son asumidos existe la posibilidad de error, y por lo tanto deberán ser verificados mediante las expresiones de pérdidas de caga y corroborar el cumplimiento de las condiciones que debe satisfacer toda red mallada, es decir, la sumatoria de los gastos en cada nodo debe ser igual a cero, y las pérdidas de carga deben ser iguales sin importar el camino seguido. La convención de signos generalmente asumida es signo positivo (+) para las pérdidas de carga resultantes de los gastos que circulan en el sentido de las agujas del reloj, y signo (-) en caso contrario.

El valor de la corrección "q" de los gastos asumidos inicialmente y los correspondientes a las sucesivas correcciones, se calcula mediante la expresión:

q= ΣJ /n*Σr*Q^n-1

Donde:

r= ᾳ*L

n= Exponente del gasto en la fórmula de Williams-Hazen.

Para n= 1,85, la expresión se convierte en:

q= ΣJ /1,85*Σr*Q^0,85

Para n=2,

q= ΣJ /2*Σr*Q

REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE. Definición y características.

Una red de distribución o de abastecimiento de agua potable es un sistema que permite que llegue agua desde el lugar de la captación hasta el punto de consumo en condiciones tanto de calidad como en cantidad. Para el diseño de la red es imprescindible haber definido la fuente de abastecimiento y la ubicación.

Asimismo, se le puede definir también como el conjunto de tuberías que suministran agua a las edificaciones con la capacidad suficiente para satisfacer el caudal máximo a la hora de máximo consumo.

La selección del tipo de red a utilizar va a depender de la vialidad, la topografía, y de la ubicación de la fuente de abastecimiento. Se clasifican en:
a) Redes Ramificadas.
b) Redes malladas.

Las redes ramificadas son las que están constituidas por un ramal troncal y una serie de ramificaciones o ramales que pueden llegar a constituir pequeñas o ramales ciegos. Este tipo de red se utiliza cuando la topografía es tal que no permite la interconexión entre ramales. También pueden originarse como consecuencia del desarrollo lineal a lo largo de una vía principal, donde el diseño más conveniente sea el de una arteria principal con una serie de ramificaciones.
Los gastos medios de consumo en cada tramo de una red ramificada se pueden determinar de dos formas:
1.- Conociendo la zonificación, se asigna la dotación correspondiente a cada parcela, de acuerdo a lo establecido en la Gaceta Oficial de la República de Venezuela n° 4.044 Extraordinario, de fecha 08 de septiembre de 1988.
2.- En caso de que no se disponga de un sistema regulador de desarrollo urbano de lugar, se pueden asignar los gastos en base a un gasto unitario para zonas de densidad homogénea.

En los lugares donde donde no exista plano regulador para desarrollos urbanos la estimación de los gastos medios de consumo se deberá hacer en función del crecimiento poblacional para el período de diseño considerado, tomando en cuenta las características de la viviendas, las densidades de población por zonas y posibilidad de desarrollo o de expansión futura hacia alguna zona en particular.

Ejemplo de red ramificada

Redes malladas: son las que están constituidas por tuberías interconectadas entre sí, que forman mallas. Este tipo de red es el mas conveniente y se debe tratar de logra siempre que sea posible, con la finalidad de lograr un circuito cerrado que permita un servicio más eficiente y permanente. En el dimensionado de este tipo de red lo que se busca es hallar los gastos de circulación de cada tramo.

En los lugares donde donde no exista plano regulador para desarrollos urbanos la estimación de los gastos medios de consumo se deberá hacer en función del crecimiento poblacional para el período de diseño considerado, tomando en cuenta las características de la viviendas, las densidades de población por zonas y posibilidad de desarrollo o de expansión futura hacia alguna zona en particular.

Cuando se cuenta con la información referente a la zonificación, según el uso para cada parcela, la determinación de los consumos para cada tramo se hará en base a lo contenido en la Gaceta Oficial arriba mencionada.

Ejemplo de una red mallada