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Cálculo hidráulico de la red general de distribución

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La red general de distribución se plantea como un sistema de redes malladas, que garantizan el correcto funcionamiento del sistema y permiten el empleo de secciones más reducidas en las tuberías.

La figura siguiente representa el esquema de la instalación, en la cual las diferentes mallas que la constituyen se escalonan conforme la pendiente del terreno disminuye.

 

 Esquema instalación malla 1Esquema instalación malla 2Esquema instalación malla 3

El predimensionado de la red mallado se realiza mediante su transformación en red ramificada equivalente (desdoblado). De esta forma obtenemos tres redes equivalentes para cada uno de los circuitos de la red.

Se ha supuesto que el caudal que circula en un sentido es el mayor servido en la postura más desfavorable (26,5 l/s). Partiendo de la velocidad máxima admisible en la tubería 2 m/s, se obtiene el diámetro interior mínimo del tramo tomándose como valor de cálculo el diámetro interior de la sección comercial inmediata superior, de esta forma aplicando la fórmula de Blasius (régimen perfectamente liso) obtenemos la pérdida de carga en cada tramo. Si esta operación se realiza en ambos sentidos la intersección de ambas curvas de pérdidas de carga nos da el punto medio de la malla, comprobándose que el punto medio de las mismas no esté en un tramo común de la red y por tanto no es necesario hacer la compensación de caudales por iteraciones sucesivas, es decir los nudos comunes a más de una malla presentan la misma altura de carga una vez calculada cada malla independientemente para el mismo gasto circulante.

Distribución de caudales en la red: análisis de la red mallada

Se cumplirá en todos los nudos de la red las leyes de KIRCHOFF:

1.- En cada nudo la suma de caudales que entra es igual a la suma de caudales que sale.

calcul10
2.- La suma de las pérdidas de carga cuando se recorre toda la malla en el mismo sentido es cero.
calcul11
Para simplificar el cálculo:

1.- Cada postura riega un único tramo de la malla.

2.- El gasto continuo de cada postura se ha supuesto puntual en el punto medio equivalente del tramo servido.

3.- El dimensionado de la red se ha realizado para la situación

más desfavorable, esto es cuando circula un caudal máximo en uno de los sentidos (26,5 l/s).

Figura 4. Esquema de la malla en una postura cualquiera
Esquema de la malla en una postura cualquiera

La distribución de caudales se realiza aplicando las Leyes de KIRCHOFF a cada postura que constituye la malla:

Q = Q1 + Q2

hf1 = hf2

Donde Q es conocido (el gasto de la postura) L1 y L2 están dados por el punto medio considerado de aplicación de todo el gasto, y los diámetros vendrán dados por el caudal máximo a transportar.

Aplicando la fórmula de BLASIUS para tuberías lisas se tiene:

calcul12
Siendo:

hf1 pérdida de carga (m)
Q1 gasto de la postura en sentido 1 (m3/s)
Di1 diámetros interiores de la tubería en sentido 1 (m)
Li1 longitud del recorrido en sentido 1 (m)
Resolviendo el sistema anterior la distribución de caudales es:

calcul13

calcul14

En la tabla figuran las distintas distribuciones de caudales según el bloque a regar:

Distribución del gasto en la red

La distribución del gasto en la malla y el cálculo de la altura de carga necesaria para el bombeo correcto a los ramales constituyen un mismo proceso iterativo.

La altura a la que habrá que impulsar el agua en cabeza viene dada por los términos: altura necesaria en la acometida del ramal, pérdida de carga desde bombas al ramal, pérdidas de carga singulares y diferencia de cota (bombeo-ramal).

De esta forma aplicando la fórmula de Blasius, en los dos sentidos de la malla se obtienen las pérdidas de carga en la tubería principal que multiplicadas por el coeficiente 1,15 que incluye la pérdidas de carga debidas a elementos singulares, finalmente la cota hidráulica (CH) de cada ramal vendrá dada por:

CH = cota geométrica + altura requerida en cabeza del ramal + pérdidas de carga totales en la tubería principal

La altura de agua necesaria en cada punto queda determinada por la diferencia entre la cota hidráulica y la cota geométrica del grupo impulsor.

Perfil hidráulico

Perfil hidráulico
Perfil hidráulico

La validez de estos cálculos se comprueban aplicando el método de HARDY-CROSS, comprobando de que el caudal corrector de cada malla es inferior a ± 0,002 m3/s:

calcul17
El signo indica el sentido de circulación de los caudales.

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