Redes de distribución ramificadas - Diseño y asignación de caudales a nudos.

Son redes de distribución constituidas por un ramal troncal y una serie de ramificaciones o ramales que pueden constituir pequeñas mallas, o constituidos por ramales ciegos. Este tipo  de  red  es  utilizado  cuando la topografía  es  tal  que  dificulta,  o  no  permite  la interconexión entre ramales

Los  caudales  medios  de  consumo  en  cada  tramo  pueden  determinarse  conociendo  la zonificación y asignando la dotación correspondiente de acuerdo a la Norma Boliviana NB 689, Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable. En el caso de localidades donde no se disponga del plano regulador de la Ciudad, los caudales de consumo por tramo pueden asignarse en base a un caudal unitario para zonas de densidad homogénea. En la figura 6.2 podemos observar una red abierta.

 

FIG. 6.2 ESQUEMA DE RED RAMIFICADA [Ref. Elaboración Propia]

Diseño de redes ramificadas y asignación de caudales a nudos

El procedimiento a seguir es, en general, el siguiente:

a) Se divide la ciudad en zonas de distribución, atendiendo al carácter de las mismas en residencial, comercial e industrial.

b) Se procede a un trazado tentativo, que tenga un conducto principal, que se ramifique para conducir el agua a cada zona o grupo de zonas de distribución y se anotan las longitudes de cada tramo de tubería.

c)  Se  determina  el  coeficiente  del  caudal  por  metro  de  tubería,  dividiendo  el  caudal máximo horario entre la longitud virtual de toda la red. El concepto de “longitud virtual” lo usaremos exclusivamente para definir que caudal ha de circular por cada tramo de tubería al cual denominaremos caudal propio.

Así por ejemplo, resulta evidente que un tramo de tubería que abastezca predios por un solo lado, como el A-B de la figura 6.3, deberá conducir menos caudal que el tramo C-D de la misma figura, ya que este último abastece de agua a predios ubicados a cada lado del mismo. Correlacionando caudales con longitudes, es como si el tramo C-D, tuviera una longitud del doble de la del tramo A-B, siendo que en realidad, los dos tramos miden lo mismo.  De  acuerdo  con  este  razonamiento  expresamos  que  el  tramo  C-D  tiene  una longitud real de 100 metros, pero que virtualmente (existencia aparente y no real) tiene una longitud de 200 metros. Para el tramo A-B, que solo abastece predios por un solo lado, la longitud real es igual a la longitud virtual.

FIG. 6.3 TRAMO QUE ABASTECEN PREDIOS A UN SOLO LADO (A-B) Y A AMBOS LADOS (B-C) DE LA TUBERÍA [Ref. Elaboración Propia]

En resumen:

-     Para líneas de alimentación:       

LVIRTUAL = 0

-     Para tuberías que abastecen de agua a predios localizados a un solo lado de la línea:

LVIRTUAL = LREAL

-     Para tuberías que abastecen de agua a predios localizados a ambos lados de la línea:

LVIRTUAL = 2⋅LREAL

Sumando  las  longitudes  virtuales  tramo  a  tramo  de  la  red,  se  obtiene  entonces  el coeficiente de caudal por metro de tubería “q” con la expresión siguiente:

Obsérvese que si, de acuerdo a como se ha dividido la ciudad, se tienen concentraciones de población diferentes, también el coeficiente de caudal por metro a de ser diferente de acuerdo con la zona. De la misma forma, variará de acuerdo con el carácter dependiendo de sí es zona industrial o comercial. Así pues, los coeficientes de caudal se determinan usando las dotaciones y poblaciones de las zonas a las que alimenta el tramo considerado.

d) Se numeran los nudos que se tengan en la red.

e) Se calculan los caudales propios de cada tramo de la red, multiplicando el coeficiente de caudal “q” por la longitud virtual del tramo de tubería.

QPROPIO = q ⋅ LVIRTUAL

f) Se efectúa el cálculo de los caudales acumulados por cada tramo de tubería, comenzando desde el más distante al más cercano al depósito de regularización, sumando cuando sea necesario, los caudales de los tramos secundarios.

g) Se determina el diámetro de los distintos tramos o secciones del conducto, haciendo uso del caudal acumulado que deben conducir, considerándolo concentrado en el extremo o nudo terminal (Figura 6.4)

FIG. 6.4 CONSIDERACION DEL CAUDAL ACUMULADO DEL TRAMO, CONCENTRADO EN EL NUDO TERMINAL Y CASO REAL CON TOMAS DOMICILIARIAS POR CADA PREDIO [Ref. Elaboración Propia]

El diámetro obtenido con esta última expresión es teórico, debe ajustarse al diámetro comercial más aproximado

h) Se determina el nudo de la red con la presión más desfavorable. Este puede ser aquel al

que para llegar se requiera consumir la mayor pérdida de carga y que a la vez exista la presión requerida. Las pérdidas de carga pueden calcularse con la fórmula de Manning o con la fórmula de Hazen & Williams.

Si el diseño no cumple con las presiones requeridas, se procede a rectificar el diseño, variando los diámetros necesarios o, si es posible, elevando el tanque regularizador.  Se pueden utilizar programas computacionales que nos ayudan a solucionar estos problemas, entre los cuales podemos citar Branch y WaterCad.

i) Una vez terminado el diseño, se procede a dibujar el plano definitivo de la red de distribución, donde debe aparecer:

i) Diámetros y longitudes

ii) Piezas de conexión, válvulas, etc.

iii) En cada nudo un circulo con los siguientes datos:

 

Todos los cálculos que presuponen el diseño anterior deben presentarse en forma de tabla, a libre elección del ingeniero a cargo del diseño. Se sugiere la tabla de cálculo del Tabla

6.1 a la cual se le pueden adicionar o restar las columnas que se considere necesario.

Tabla 6.1 Tabla de calculo para red de distribución Ramificada