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