Análisis y diseño de una red cerrada de tuberías


La ilustración representa el flujo confinado dentro de una red de distribución de agua a 18 °C desde un tanque.

Se conocen la información topográfica y de demanda y se requiere diseñar el sistema de manera que se satisfaga:

20 mca < presión de servicio < 30 mca

Velocidad mínima en la red: 0,45 m/s

 

 

Información sobre los nudos

Nudo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

Cota

172

150

143

147

145

143

149

143

147

141

msnm

Demanda

 

4.0

5.0

5.5

3.5

4.5

6.0

6.5

9.0

12.0

l/s

 

Información sobre los tramos

Tubo

1-2

2-3

3-4

5-6

7-8

8-9

2-5

3-6

5-7

6-8

4-9

9-10

 

Longitud

230

200

250

190

180

260

120

130

140

143

300

120

m

KL

12

-

8

8

-

8

7

7

7

7

-

11

 

 

Tubería disponible para el diseño

Diámetro

50

75

100

150

200

250

300

350

400

mm

Rugosidad

0.15

0.15

0.15

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

mm

Con la ayuda de red_cerrada_cross.zip (8 kb) realice las siguientes actividades:

  1. Asigne una dirección de flujo a cada tubo desde el tanque de distribución hasta los nudos más distantes de la red.

  2. Verifique que a cada nudo llegue agua por al menos un tubo de la red.

  3. Empiece por los nudos más alejados de la red la aplicación del principio de continuidad de los caudales. Cuando al nudo llega el flujo por dos o más tubos asigne a cada uno un caudal de llegada proporcional a su longitud.

  4. Elija un sentido de análisis para los circuitos.

  5. Escriba los tubos que componen cada circuito en el mismo sentido que eligió para el análisis.

  6. Indique cual es el circuito común a los tubos.  Los tubos de la periferia no serán comunes con otros circuitos.

  7. Escriba el caudal que preliminarmente se asignó a cada tubo.  En un circuito el caudal es positivo si la dirección del flujo coincide con el sentido del análisis.

  8. Verifique que el caudal en cada tubo compartido por dos circuitos tiene signo contrario en cada ocurrencia.

  9. Clasifique los tubos y asigne a cada uno los valores mínimo y máximo de velocidad recomendada.

  10. Calcule los diámetros máximo y mínimo recomendados.

  11. Asigne a cada tubo el diámetro comercial comprendido entre los valores recomendados o el que sea más próximo a uno de esos dos valores extremos.

  12. Asigne a cada tubo la rugosidad absoluta y el coeficiente de pérdidas locales correspondiente a los accesorios necesarios en la red.

  13. Calcule el número de Reynolds para cada tubo y su correspondiente factor de fricción

  14. Calcule las pérdidas locales, las pérdidas por fricción y las pérdidas totales en cada tramo.  Cada una de estas pérdidas tiene el mismo signo del caudal.

  15. Calcule la relación pérdida total sobre caudal para cada tubo.  Este valor siempre es positivo.

  16. Calcule la corrección de caudal para los i tubos del circuito j.  Obtendrá tantas correcciones de caudal como circuitos.  Esta correción estará acompañada de un signo.

  17. Traslade las correcciones a los tubos comunes a dos circuitos, llevándolos con signo contrario al calculado en el circuito vecino.

  18. Obtenga los nuevos caudales para cada uno de los tubos a partir de la suma algebraica del caudal anterior, la corrección debida al propio circuito y la corrección proveniente del circuito vecino.

  19. Reinicie los cálculos con los nuevos caudales, hasta que la suma de pérdidas totales en cada circuito esté dentro de la tolerancia permitida para el cálculo.

  20. Cuando ésto ocurra podrá calcular la velocidad corregida en cada tubo.

  21. Compare la velocidad real de flujo con el valor mínimo permitido, que corresponde a la velocidad mínima que evita la sedimentación dentro de las redes de distribución.

  22. Si no se satisface este requisito se deberán modificar los diámetros de la red, redistribuir los caudales con el procedimiento descrito hasta obtener satisfacción a esta condición de diseño.

  23. Ahora identifique el nudo de mayor cota topográfica.

  24. A ese nudo asigne la mínima presión de servicio permitida.

  25. Calcule la cota piezométrica a ese nudo.

  26. Calcule las cotas piezométricas de los demás nudos de la red cerrada. Para ello cuenta con las pérdidas ya calculadas durante el último ciclo de distribución de caudales.

  27. Calcule la presión de servicio en todos los nudos, que obtiene con la diferencia entre la cota piezométrica y la cota topográfica.

  28. Verifique que se satisfacen los requisitos de diseño dentro de las tolerancias permitidas.

  29. Identifique el nudo que muestra la menor presión de servicio.

  30. Determine el suplemento requerido en la presión en ese nudo para llegar hasta la presión de servicio.  Ese es el valor en que se deben incrementar todas las presiones de servicio para garantizar las condiciones establecidas.  De esta manera se tiene la presión de servicio en el nudo que recibe la conducción desde el tanque.

  31. Si no se satisfacen las exigencias es necesario reasignar los diámetros y redistribuír los caudales hasta cumplir las normas de diseño.

  32. Con la cota piezométrica en los nudos periféricos se pueden diseñar los tramos de red abierta.

  33. Con la cota piezométrica en el nudo de alimentación se puede diseñar la conducción.


Examine una solución a este situación con el programa EPAnet

Revise el Método de Hardy Cross (1885-1959) para la distribución de caudales en una red cerrada