PRIMERCA CLASE SEWERCAD-ICG-SWC2010-01
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Modelación y Diseño de Redes de Alcantarillado SanitarioSewerCAD – SewerGEMS Sanitary v8i
Ing. Carlos Vidal ValenzuelaC L A S E 01
INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICGEmail: [email protected] / Web: www.construccion.org
Modelación y Diseño de Redes deModelación y Diseño de Redes deAlcantarillado SanitarioAlcantarillado Sanitario
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Expositor: Ing. Carlos Vidal Valenzuela
CLASE 1
Contenido de Curso• Repaso
• Teoría hidráulica
• Sistemas de Alcantarillado Sanitario
• Sistemas a gravedad• Representaciones de flujo
• Perdidas en las tuberías
• Consideraciones especiales
• Tuberías de presión y estaciones de bombeo
• Simulaciones en periodo extendido
• Conexiones externas con otros programas
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Colectores secundariosInterceptores, Bombeo y otros
RED DE RECOLECCION
Sistema de Recolección y Disposición Final
Agua Residual Tratada
Reuso del Agua Residual Tratadaara: A ricultura Piscicultura etc
Disposición FinalRío, Lago, Laguna, Mar uotros cuerpos de aguaPLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUA RESIDUALES Agua Residual Cruda
Emisor
Emisor Línea de Impulsión
Area de Drenaje 1Parte Alta
: , , .
RECOLECCION DISPOSICION FINAL
mara e om eo eDesagueArea de Drenaje 2
Parte Baja
La cámara de bombeo dedesagüe
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Sistemas deAlcantarillado Sanitario
Drenaje de aguas servidas para propósitos detratamiento y deshecho
Componentes primarios:
• CONDUIT
• Tuberías a presión
• Cámaras y estructuras de registro
• Estaciones de bombeo
PRESSURE PIPE
MANHOLE
Componentes primarios:
• Tuberías a gravedad
• Tuberías a presión
• Cámaras y estructuras de registro
-------------
• Estaciones de bombeo
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TIPOS DE REDES DE ALCANTARILLADO
SISTEMA UNITARIO SISTEMA SEPARADO
Recolección aguas Recolección de aguas
recolectan aguasnegras y aguas delluvias, en forma
conjunta
negras de lluvias
Realiza un análisis netamentehidrológico.
Modela canaletas, canales,alcantarillas, estructuras de
registro, laguna deonderación.Pro rama ue hace análisis
de redes agua
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• No diseña• Solo se puede hacer
• Si diseña• Solo se puede hacer
análisis dinámico. análisis estático.
Redes de AlcantarilladoCOMPONENTES
A) Tuberías a gravedad.
Redes Primarias Ø >= 350 mm, redes secundarias Ø =200, 250 y 300 mm
Colectores, Interceptores y EmisoresB) Tuberías a presión.
Líneas de impulsión, sifones invertidos, Líneas de
C) Cámaras y estructuras de registro.
Buzones de inspección, cambio de dirección
D) Cámaras de Bombeo de Desagües. (Cámara húmeda ycámara seca)
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Elementos del sistemaGravedad Presión
• Tuberías
• Cámaras de registro
• Estructuras de unión
• Cámara húmeda
• Tuberías a presión
• Uniones de presión
DISEÑO
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Redes de AlcantarilladoCOMPONENTESSistemas de gravedad diseñados para trabajar parcialmente llenos:
Minimizan el riesgo de flujo saliente.
Las aguas residuales están en un estado aeróbico.
Las cámaras de registro permiten el acceso para mantenimiento.
El cociente: tirante/diámetro, se utiliza para el diseño
Se diseñan para fluir entre ½ y ¾ llenas.
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
La red es representada como conexiones y nodos.Una conexión tiene nodo en cada extremo
Nodos (Nodes): buzones, cámaras húmedas y uniones a presión
o e os ePlaneamiento y Diseño
o e os e perac n
Nodo NodoTubería
Bombas son conexiones, pero se comportan como nodosen los modelos de simulación.
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Elementos del ModeloElevación cubiertaRim ElevationRim Elevation
Elevación terrenoroun eva on
Cota batea (llegada)Cota corona (salida)
Cota de fondo
Invert Elevation
Crown ElevationSump Elevation
Aguas ArribaUP STREAM
Aguas AbajoDOWN STREAM
COTA DE TERRENOCOTA DE TERRENO(GROUND ELEVATION)(GROUND ELEVATION) Recubrimiento
UPSTREAM CROWNELEVATION
DOWNSTREAM CROWNELEVATION
COTA FONDOCOTA FONDOSUMP ELEVATIONSUMP ELEVATION
UPSTREAM INVERTELEVATION
DOWNSTREAM INVERTELEVATION
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Aplicaciones del análisis ysimulación de redes:Conocer el comportamiento de los sistemas de recolección.
Diseño de nuevos sistemas.
Evaluación de la capacidad de conducción de la red existente.
Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.
El planeamiento contingente. Solución de las redes para diferentes
escenarios y alternativas.
El diseño de una red de Alcantarillado, consiste en estimar las dimensiones
del conducto, teniendo presente, restricciones (Velocidad, pendiente,
cociente y/D, cobertura, etc.) y económicas.
ANÁLISIS DE FLUJO EN ESTADO ESTÁTICO - ANÁLISISESTÁTICO
En este tipo de análisis de flujo permanente se conoce los diámetros de,
características hidráulicas del sistema en un momento determinado. ElDiseño de la red se realiza en Estado Estático.
ANÁLISIS DE FLUJO DE PERIODOS EXTENDIDOS -ANÁLISIS DINÁMICO - SIMULACIÓN CONTINUA -SIMULACI N EN EL TIEMPO.
En una red de alcantarillado la descarga varía durante el día, y con ellolos caudales en los colectores, en la cámara húmeda y la operación de labomba y se busca las características hidráulicas de la red para diferentesinstantes del día (Ejemplo cada hora).
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Plataforma SewerCAD
1. STAND ALONE
2. FOR AUTOCAD3. FOR ARCGIS4. FOR MICROSTATION
HAESTAD
METHODS2 4
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SewerCAD Stand Alone
SewerCAD for AutoCAD
SewerCAD for MicroStation
SewerGEMS (Arc GIS)
GENERACIÓN DE PERFILES Y REPORTES
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Repaso de Hidráulica
Tipos de Flujo
Flujo en canales abiertos
• Flujo con superficie expuesta a la atmósfera
- FLOW MASTER- CULVET MASTER
• Flujo en una conducción cerrada a presión
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
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Clasificaciones de FlujoFlujo estático
Flujo inestable
Propiedades varían en el tiempo en un punto
Uniforme
Propiedades del flujo no varían en el espacioNo-uniforme
Propiedades del flujo varían en el espacio
Continuidad en canales abiertos
Q = V x A,Donde:
Q = caudal
V = velocidad promedio
A = área
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γ
GRADIENTE HIDRÁULICO(HGL)
Ecuación de Bernoulli
nerg a o enc a z
Energía de Presión (P / γ )Energía Cinética (v 2 /2g)
2 21 1 2 2
1 2 f P v P v
z z hY 2g Y 2g
+ + = + + +
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Ecuación de Bernoullipara canales abiertos
Presiónv12 / 2g2
expresa a entérminos de
profundidad deflujo (y)
y1
z1
y2
z2
Q
2
DATUM
Líneas de energíaP2 / γ
h f V 2/2g
P1 / γ
Línea de energía
Q
DATUM
Z1
D
Z2
EGL = y + z + v2
2gLínea de Gradiente Hidráulico
HGL = y + z
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Pérdidas de carga por
Perdidas por fricción ocurren por laconversión de energía mecánica en
,
paredes de las tuberías
Ecuaciones de pérdidasde carga por fricción
• Darcy – Weisbachhf = f L v2 D 2g
• Manning =
n
k = 1.0 (SI) o 1.49 (US)
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Ecuación de ManningMuy usada en flujo uniforme en canales abiertos
= 2/3 1/2 n
Donde:
CIACUA= Centro de Investigación de Acueductos yAlcantarillados
Q es el caudalR es el radio hidráulicoS es la pendiente de fondo del canaln es el coeficiente de rugosidad
Estimando el factor derugosidad de Manning
• Rugosidad de superficie• Vegetación
• Irregularidad del canal• Alineación del canal• Obstrucciones• Tamaño y forma del canal• Plataforma y descarga• Enarenado y socavamiento
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Coeficientes de pérdida menor . .
Métodos de cálculo pérdidas en estructuras
• Absoluto (definido por el usuario)
• Estándar
• Genérico• HEC-22 Energía
• AASHTO
Energía EspecificaEnergía total en unpunto con respectoal fondo del canal
E = y + v
2gy
E
Q = cte
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Número de FroudeParámetro adimensional utilizado ara clasificar flujo en canales abiertos. Utilizado paradeterminar la profundidad crítica.
Para canales rectangulares :
F = v(gy) 1/2
Profundidad Crítica
cy el número de Froude es igual a 1
Para canales rectangulares:
Yc = 2 1/3
g
Donde: q = Q / w
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Flujo No Uniformear a en pro un a a o argo e ramo.
y(x)
Mayoría de flujos son nouniformes
• Los canales generalmente no son prismáticos...
Estructuras de registro
Cambios de secciónDiámetro variable
Dirección de flujo
• Influencia de un controlNivel elevado de descarga
Descenso nivel de agua en un rebosadero
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Control
Clasificación de CanalesLos canales se clasifican con una letra y unn mero epen en o e os s gu en es ac ores...
1.Tipos de pendiente(M) Suaves, si yn > yc
(S) Abruptas, si yn < yc
(C) Criticas, si yn = yc
(H) Horizontales
(A) Adversas
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2. Zonas donde y(x) pueden ocurrir Clasificación de Canales
Zona 1
Zona 2 yn
y(x) > y n
yn > y (x) > y c
c > x
Zona 3 y c
Perfiles de Canales Suaves
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Perfiles de Canales Horizontales
Análisis del perfil del FlujoSe utiliza paradeterminar la línea degradiente hidráulico
Los cálculos incluyenresolver las
y1 y2
y(x)
Q
energía en puntosdiferentes a lo largodel perfil
DATUM
Δ x
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Métodos de Solución• Método Directo (utilizado por SewerCAD)
Resuelve x basados en valores de y especificados
• Método Estándar
Solución numérica iterativa de la ecuación deenergía
Implica resolver y para valores de x especificados.
CONCLUSIÓN
os c cu os manua es o sem -manua es sondifíciles y consumen gran cantidad de tiempo.
La modelación hace que la ingeniería puedaser mas detallada, ágil y que la gestión de los
.