Ingeniería Civil · 2021
Diseño, análisis y modelamiento de un sistema de simulación de conducción y redes sencillas como sustento de laboratorio de comprobación de principios básicos hidráulicos
Este documento expone la representación conceptual de dos modelos hidráulicos que trabajan bajo flujo a presión, diseñados para corroborar principios hidráulicos estudiados en las redes de acueductos. Se plantean diferentes situaciones de estudio que se podrán llevar a cabo en cada uno de los modelos, situaciones como: Cota piezométrica y presión sobre nodos, caudales en tramos de un circuito o malla, curvas de bombeo, eficiencia de bombas, flujo en tuberías equivalente en serie y flujo en tuberías equivalente en paralelo, coeficiente de pérdidas en emisores (K), coeficiente de Hazen - Williams (C). Cada uno de los casos es modelado en el software Epanet con el fin de hacer una comparación teórica con los resultados previamente calculados en el software Excel mediante una hoja de cálculo programada aplicando los conceptos presentados y estudiados en la materia de acueductos y alcantarillados. Adicionalmente, presenta el presupuesto de los materiales requeridos como tuberías, medidores, válvulas entre otros, incluyendo la mano de obra necesaria para la construcción de los modelos en el laboratorio de hidráulica (edificio 28 de la Universidad industrial de Santander). Teniendo en cuenta lo mencionado se presentarán adicionalmente los respectivos planos elaborados en el software de modelamiento Revit que se encontrará en los anexos de este documento, junto a algunos ejercicios propuestos que servirán como base para el planteamiento de diferentes prácticas de estudio que se plantean.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 14
- OBJETIVOSp. 16
- 1.1 OBJETIVO GENERALp. 16
- 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 16
- REVISIÓN BIBLIOGRAFICAp. 17
- 2.1 EPANETp. 17
- 2.1.2 Capacidades del modeladop. 17
- 2.2 ECUACIÓN DE HAZEN-WILLIAMSp. 17
- 2.3 MÉTODO DE HARDY CROSSp. 19
- 2.3.1 Procedimientop. 41
- 2.4 TUBERÍAS EN SERIEp. 22
- 2.5 TUBERÍAS EN PARALELOp. 24
- 2.6 CARGA DINÁMICA TOTALp. 26
- ALCANCE Y MODELOS PLANTEADOSp. 29
- 3.1 PRIMER MODELOp. 29
- 3.1.1 Redes de Distribuciónp. 31
- 3.2 SEGUNDO MODELOp. 35
- 3.3 SISTEMA DE AFORO DE CAUDALESp. 36
- PRÁCTICAS PROPUESTASp. 38
- 4.1 CAUDALES EN TRAMOS DE UNA RED ABIERTAp. 38
- 4.2 CAUDALES EN TRAMOS DE UN CIRCUITO O MALLAp. 40
- 4.3 COEFICIENTE DE PÉRDIDAS EN EMISORES (K)p. 44
- 4.4 COEFICIENTE DE HAZEN - WILLIAMS (C)p. 47
- 4.5 CURVA DE BOMBEOp. 48
- 4.6 COTA PIEZOMÉTRICA Y PRESIÓNp. 48
- 4.7 TUBERÍA EQUIVALENTE (SERIE)p. 52
- 4.8 TUBERÍA EQUIVALENTE (PARALELO)p. 54
- PRESUPUESTO PARA LA IMPLENTACIÓN DE MODELOSp. 56
- 5.1 MANO DE OBRAp. 56
- 5.2 MATERIALESp. 56
- CONCLUSIONESp. 57
- REFERENCIASp. 59
- BIBLIOGRAFIAp. 61
- ANEXOSp. 62
- Ilustración 1. Esquema de método de Crossp. 20
- Ilustración 2. Curva característica de la bombap. 26
- Ilustración 3. Sistema bomba-tanques representado en el software Revitp. 27
- Ilustración 4. Conducción con derivacionesp. 30
- Ilustración 5. Redes de derivación (primer modelo)p. 31
- Ilustración 6. Conversión de planteamiento teórico a modelo experimentalp. 32
- Ilustración 7. Esquema primer modelo software Revitp. 33
- Ilustración 8 Primer modelo en software Revitp. 33
- Ilustración 9. Segundo modelo en el software Revitp. 35
- Ilustración 10. Caudalímetro de orificios diseñado en el software Revitp. 37
- Ilustración 11. Configuración de primer modelo en el software Excelp. 38
- Excelp. 12
- Ilustración 13. Esquema de una red de distribución abiertap. 62
- Ilustración 14. Diámetros y longitudes establecidas en el modelop. 63
- Ilustración 15. Esquema de una red de distribución cerradap. 64
- Ilustración 16. Diámetros y longitudes establecidas en el segundo esquemap. 64
- Ilustración 17. Señalamiento del esquema planteado al modelo diseñadop. 65
- Ilustración 18. Representación de los casos a, b y c respectivamentep. 66
- Ilustración 19. Curva característica de la bombap. 67
- Ilustración 20. Sistema bomba-tanques representado en el software Revitp. 69
- Ilustración 22. Flujo del agua en el caudalímetrop. 73
- Ilustración 23.Correlación altura vs caudal de ¾ de pulgadap. 75
- Ilustración 24.Correlación altura vs caudal de ½ de pulgadap. 76
- Ilustración 25. Ejemplo de esquema utilizadop. 77
- Ilustración 26. Correlación entre C y Nrp. 80
- Simulación Epanet 1. Caudales en redes abiertas en software Epanetp. 39
- software Epanetp. 16
- Simulación Epanet 3.Caudales en ruta en el software Epanetp. 44
- Simulación Epanet 5.Presión en nodos primer modelo en el software Epanetp. 46
- Simulación Epanet 6. Demanda en los nodos primer modelo en el softwarep. 49
- Simulación Epanet 7. Cotas del modelo en el software Epanetp. 50
- Simulación Epanet 8. Diámetros primer modelo en el software Epanetp. 51
- Simulación Epanet 9. Diámetros primer modelop. 53
- Simulación Epanet 10. Longitudes primer modelo en el software Epanetp. 53
- demanda en nodos y caudal en tramosp. 63
- en el software Epanetp. 65
- Simulación Epanet 14. Caudal entrante al tanque superiorp. 70
- en el software Epanetp. 65
- tramos de refuerzop. 72
- los tramos de refuerzop. 72
- Hoja de cálculo 1. Valores de caudal para redes abiertas en el software Excelp. 40
- Hoja de cálculo 2.Diámetros equivalentes en el software Excelp. 42
- Hoja de cálculo 3. Proceso de cálculo en Excelp. 43
- Hoja de cálculo 4. Cota piezométrica y presión en el software Excelp. 52
- Hoja de cálculo 5.Diámetro equivalente en serie en el software Excelp. 54
- Hoja de cálculo 6. Diámetro equivalente en paralelo en el software Excelp. 55
- Hoja de cálculo 7. Curvas de bombeo En el software Excelp. 68
- Tabla 1. Correlación altura vs caudal de ¾ de pulgadap. 74
- Tabla 2. Correlación altura vs caudal orificios de 1/2 pulgadap. 75
- Tabla 3. Coeficiente C constantep. 78
- Tabla 4. Caudales mediante tuberías paralelas ecuación 42p. 78
- Tabla 5. Coeficiente C corregidop. 79
- Tabla 6. Valores de Chw para diferentes diámetrosp. 80
- modelo. Elaboración propiap. 81
- Tabla 9 Precios de los materiales para la construcción del segundo modelop. 84
- Anexo A. Ejemplo de las practicas o laboratoriosp. 62
- caudalímetro propuestop. 73
- Hazen-Williamsp. 77
- Anexo D. Presupuesto primer modelo y mano de obrap. 81
- Anexo E. Presupuesto segundo modelop. 84