primerca clase sewercad-icg-swc2010-01

8/20/2019 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


• 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


• 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

.

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