ΕΠΙΛΥΣΗ ΑΣΚΗΣΗΣ. Π. Σιδηρόπουλος. Εργαστήριο Υδρολογίας και Ανάλυσης Υδατικών Συστημάτων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Π.Θ.

Transcript

1 ΕΠΙΛΥΣΗ ΑΣΚΗΣΗΣ Π. Σιδηρόπουλος Εργαστήριο Υδρολογίας και Ανάλυσης Υδατικών Συστημάτων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Π.Θ.

2 Ύδρευση Οικισμού

3 Ύδρευση Οικισμού

4 Ύδρευση Οικισμού Λύση Εύρεση μελλοντικού πληθυσμού για n = 25 χρόνια και p=1.1% = 6.000(1+1,1/100) 25 = κάτοικοι Εύρεση Q ημ.μεσ. Q ημ.μεσ. = E n *q = 7.887*230 = l/ημ. = 1.814,24 m 3 /ημ. ή 20,998 l/s Q ετ. = Q ημ.μεσ. * 365 = 1.814,24*365 = 0.66*10 6 m 3 P ημ..μεγ. = 1,55 Q ημ.μεγ. = Q ημ.μεσ. * P ημ..μεγ. = 20,998*1,55 = 32,55 l/s

5 Ύδρευση Οικισμού Λύση Από εκφώνηση P ωρ.μεγ. = 2 = Q ημ.μεγ. * P ωρ..μεγ. = 32,55*2 = 65,10 l/s Προσθέτουμε την παροχή της Βιομηχανίας Q β = 130 m 3 /ημ. = 1,5 l/s Q υπ. = + Q β = 65,10 +1,5 = 66,6 l/s Εύρεση παροχών διανομής στους αγωγούς (ομοιόμορφη κατανομή πληθυσμού) με βάση την παροχή οικισμού δλδ την = 65,10 l/s Αγωγός Μήκος Εξυπηρετούμενοι Κάτοικοι Παροχή Διανομής (l/s) ΑΒ = =(700/2.700)*6.000= ,88 ΑΖ = =(1.000/2.700)*6.000= ,11 ΒΕ = =(1.000/2.700)*6.000= ,11 ΣΥΝΟΛΟ ,1

6 Ύδρευση Οικισμού Λύση Η φορά και η ονομασία των αγωγών φαίνεται στο σχήμα Εύρεση παροχών εξόδου στους κόμβους Q εξi Αγωγός Παροχή Διανομής (l/s) Παροχή εξόδου στους κόμβους (l/s) Ε Β Ζ Α ΑΒ = 2 16,88 10,128 6,752 ΑΖ = 3 24,11 14,466 9,644 ΒΕ = 4 24,11 14,466 9,644 Q β = 1,5 ΣΥΝΟΛΟ 65,1 14,466 21,272 14,466 16,396 ΠΡΟΣΟΧΗ!!! Την παροχή της κάθε βιομηχανίας (εκτός οικισμού) την προσθέτουμε στον πιο κοντινό κόμβο του οικισμού. Εδώ μας δίνεται να την προσθέσουμε στον κόμβο Β.

7 Ύδρευση Οικισμού Λύση Εύρεση παροχών υπολογισμού αγωγών Αγωγός Παροχή Υπολογισμού(l/s) ΒΕ = 4 14,466 Q εξ.ε ΑΖ = 3 14,466 Q εξ.ζ ΑΒ = 2 35,738 Q εξ.β + Q υπ.4 ΔΑ = 1 66,6 Q εξ.α + Q υπ.2 + Q υπ.3

8 Ύδρευση Οικισμού Υδραυλικός Υπολογισμός Αγωγών Αγωγός Q υπ (l/s) L (m) D (mm) D εσ. (m) V(m/s) h f (m) ΒΕ = 4 14, ,1266 1,15 8,52 ΑΖ = 3 14, ,1266 1,15 8,52 ΑΒ = 2 35, ,1 3,4 Αυξάνω τις διατομές των αγωγών 4 και 3 Αγωγός Q υπ (l/s) L (m) D (mm) D εσ. (m) V(m/s) h f (m) ΒΕ = 4 14, ,1446 0,88 4,37 ΑΖ = 3 14, ,1446 0,88 4,37 ΑΒ = 2 35, ,1 3,4 Αρχική εύρεση D Έλεγχος V Q (l/s) V (m/s) < 30 0,7 1, ,9 1,3 > 100 1,1 1,5

9 Ύδρευση Οικισμού Εύρεση Υψομέτρου Δεξαμενής Έχω 3όροφοες κατοικίες, άρα n =3. Σε οποιοδήποτε κόμβο του δικτύου θα πρέπει να ισχύει: 32 + (n-1)3 < Η διαθ. < 80 ή 32 + (n-1)3 < ΔΦ < 80 = 38< ΔΦ < 80 Έλεγχος υψηλότερου σημείου (Ε) στα 50m Διαδρομή Δ-Α-Β-Ε 38 < Η Δ H E - h f1 h fα-ε < 80 => 38 < Η Δ 50 - h f1 (3,4+4,37) < 80 95,77 < Η Δ h f1 < 137,77 Έλεγχος χαμηλότερου σημείου (Α) στα 40m Διαδρομή Δ-Α 38 < Η Δ H Α - h f1 < 80 => 38 < Η Δ 40 - h f1 < 80 => 78 < Η Δ h f1 < 120 Επιλέγουμε Max{78, 95,77} < H Δ hf 1 < Min{120, 137,77} 95,77 < Η Δ h f1 < 120

10 Ύδρευση Οικισμού Επιλέγω Υψομέτρου Δεξαμενής Η Δ = 110 m L ΑΔ = m Αγωγός Q υπ (l/s) L (m) D (mm) D εσ. (m) V(m/s) h f (m) ΔΑ = 1 66, ,285 1,04 6,69 Υπολογισμός διαθέσιμων φορτίων Κόμβος Υδραυλικό Φορτίο (m) Υψόμετρο Εδάφους (m) Διαθέσιμο Φορτίο (m) Δ Α 110-6,69=103, ,31 Ζ 103,31-4,37=98, ,94 Β 103,31-3,4=99, ,91 Ε 99,91-4,37=95, ,54 1 ος Έλεγχος όλα τα διαθέσιμα φορτία στους κόμβους είναι 38 < Η διαθ. < 80 2 ος Έλεγχος Η υδρ.δ Η διαθ.ε = ,54 = 64,46 < 80 m

11 Ύδρευση Οικισμού Λύση Υδραυλική επίλυση Αγωγού ΓΔ, L ΓΔ = m Q ΓΔ = Q γεωτ. = Q ημ.μεγ. = 32,55 l/s Αγωγός Q υπ (l/s) L (m) D (mm) D εσ. (m) V(m/s) h f (m) ΓΔ 32, , ,01 Επομένως, η αντλία που πρέπει να επιλεχθεί θα πρέπει να ανεβάζει παροχή Q ΓΔ = 32,55 l/s σε μανομετρικό υψόμετρο = H g + h f = ,01 = 57,01 m.

12

13 Σημαντική επισήμανση, η οποία δε δίνεται στην Εκφώνηση είναι ο συντελεστής τραχύτητας του αγωγού ακαθάρτων Η ΕΕΛ ίσος με k b = 1,5 mm

14 o Τιμές του συντελεστή k b για αγωγούς ύδρευσης Για τους αγωγούς ύδρευσης χρησιμοποιούνται οι παρακάτω τιμές του συντελεστή k b 1. Νέοι αγωγοί από μονωμένο χάλυβα, αμιαντοτσιμέντο και PVC: K b =0,1mm. 2. Παλιοί κύριοι αγωγοί από διάφορα υλικά:k b =0,2 mm. 3. Αγωγοί δικτύων στους οποίους έχουμε επιπρόσθετες απώλειες ενέργειας λόγω αλλαγών κατεύθυνσης, διακλαδώσεων, συνδέσεων οικιών, παρεμβολής οργάνων κλπ: K b =0,4 mm. 4. Στις περιπτώσεις υφισταμένου κινδύνου επικάθισης αλάτων στα τοιχώματα των αγωγών οι τιμές των απωλειών τριβών που υπολογίζονται αυξάνονται κατά 10-15%. 5. Διάφοροι ερευνητές έχουν μετρήσει απώλειες τριβών σε παλιά δίκτυα που αντιστοιχούν σε πολύ μεγαλύτερες τιμές των συντελεστών από τις παραπάνω αναφερόμενες (π.χ. ο Krauth στη Στουτγκάρδη μέτρησε συντελεστές K b μέχρι 3,0mm).

15

16

17 o Χαρακτηρισμός αγωγών 1 πρωτεύον αγωγός ΑΒΕ 1.1 δευτερεύων αγωγός ΑΖ * Αν απαιτούταν διαστασιολόγηση και αυτών των αγωγών τότε έπρεπε να βάλουμε φρεάτια ανά 70 με 80 m.

18 o Η παροχή λυμάτων του αγωγού Η-ΕΕΛ θα ισούται με Q λ = μ* = 0,9*65,1 = 58,59 l/s ΠΡΟΣΟΧΗ δεν λαμβάνουμε υπόψη την Q β Στην ύδρευση άλλη η Q υπ και άλλη η o Όμως υψόμετρα z E = z ΕΕΛ = 50 m Κλίση εδάφους = 0 m/m Διαστασιολογώ με την ελάχιστη κλίση J min o Oι ελληνικοί κανονισμοί (και πολλοί ξένοι) προβλέπουν οι αγωγοί να υπολογίζονται κατά τρόπο ώστε για το 1/10 της παροχής ολικής πλήρωσης των αγωγών η ταχύτητα ροής να είναι τουλάχιστον 0,3m/sec. o Εύρεση U* Q/Q* = 10% H/H* = 0,211 και U min /U* = 0,65 m/s άρα U* = U min / 0,65 = 0,3 / 0,65 = 0,46 m/s

19

20 o Εύρεση Q* Για μέγιστη πλήρωση λαμβάνω H/H* = 0,7 Q/Q* = 0,805 άρα Q* = Q λ.η-εελ / 0,805 = 58,59 / 0,805 = 72,78 l/s Από νομογράφημα Colebrook κυκλικές διατομές, k b και μικρές παροχές για Q* = 72,78 l/s U* = 0,46 m/s έχουμε D = 50 cm = 0,5 m

21

22

23 Για D = 50 cm = 0,5 m και U* = 0,46 m/s έχω νέα τιμή Q* = 85 l/s και J = 0,55 % 0 και άρα Q/Q* = Q λ.η-εελ /Q* = 58,59/85= 0,69 και από νομογράφημα μερικών πληρώσεων H/H*=0,61 H/D =0,61 H = 0,61*0,5= 0,3 m Και U/U*=1,07 U = 1,07*0,46= 0,49 m/s

24

25 Έλεγχος 1: Έλεγχος για την ελάχιστη διάμετρο Με βάση το Π.Δ. 696/74 προκύπτει για αγωγό ακαθάρτων ελάχιστη διάμετρος η Φ200 (D 0). Εδώ ισχύει D=500mm > 200 mm και συνεπώς η προτεινόμενη διατομή ικανοποιεί τον παραπάνω έλεγχο. Έλεγχος 2: Έλεγχος για τα μέγιστα ποσοστά πλήρωσης. Εφόσον η διάμετρος είναι των 500mm ο λόγος πλήρωσης πρέπει να είναι μικρότερος ή ίσος με 0,6 ή 0,7: Eδώ έχουμε y/d = 0,61 0,6<0,7 και συνεπώς ισχύει ο περιορισμός. Έλεγχος 3: Έλεγχος για τις μέγιστες ταχύτητες ροής. Δεχόμαστε ως μέγιστο όριο ταχύτητας 3m/s: Εδώ έχουμε U= 0,49 m/s < 3m/s = U max και συνεπώς ισχύει ο περιορισμός.

26 Έλεγχος 4: Έλεγχος για τις ελάχιστες ταχύτητες ροής Οι τυπικές τιμές της ελάχιστης ταχύτητας εφαρμογής κυμαίνονται από 0,45-0,8m/s. ****Στο σχεδιασμό των δικτύων γίνονται δεκτές ταχύτητες U > 0,46 m/s**** Δεχόμαστε στο πλαίσιο αυτής της άσκησης - ως ελάχιστο όριο ταχύτητας 0,6m/s: Εδώ όμως έχουμε U= 0,46m/s < 0,6m/s = U min και συνεπώς δεν ισχύει ο περιορισμός. Επομένως επιλέγω H*=D=0,45m = 450 mm και εφόσον έχω Q* = 85 l/s από νομογράφημα Colebrook U*= 0,58 m/s και J = 0,9 % 0 και άρα Q/Q* = Q λ.η-εελ /Q* = 58,59/85= 0,69 και από νομογράφημα μερικών πληρώσεων H/H*=0,61 H/D =0,61 H = 0,61*0,45= 0,275 m Και U/U*=1,07 U = 1,07*0,58= 0,62 m/s Άρα οι έλεγχοι πάλι από την αρχή Έλεγχος 1: Έλεγχος για την ελάχιστη διάμετρο Με βάση το Π.Δ. 696/74 προκύπτει για αγωγό ακαθάρτων ελάχιστη διάμετρος η Φ200 (D 0). Εδώ ισχύει D=450mm > 200 mm και συνεπώς η προτεινόμενη διατομή ικανοποιεί τον παραπάνω έλεγχο.

27

28 Έλεγχος 2: Έλεγχος για τα μέγιστα ποσοστά πλήρωσης. Εφόσον η διάμετρος είναι των 450mm ο λόγος πλήρωσης πρέπει να είναι μικρότερος ή ίσος με 0,6 ή 0,7: Eδώ έχουμε y/d = 0,61 0,6<0,7 και συνεπώς ισχύει ο περιορισμός. Έλεγχος 3: Έλεγχος για τις μέγιστες ταχύτητες ροής. Δεχόμαστε ως μέγιστο όριο ταχύτητας 3m/s: Εδώ έχουμε U= 0,62 m/s < 3m/s = U max και συνεπώς ισχύει ο περιορισμός. Έλεγχος 4: Έλεγχος για τις ελάχιστες ταχύτητες ροής Οι τυπικές τιμές της ελάχιστης ταχύτητας εφαρμογής κυμαίνονται από 0,45-0,8m/s. Δεχόμαστε ως ελάχιστο όριο ταχύτητας 0,6m/s: Εδώ όμως έχουμε U= 0,62m/s > 0,6m/s = U min και συνεπώς ισχύει ο περιορισμός. Εφόσον η κορυφή του αγωγού βρίσκεται σε βάθος 2 m, τότε η στάθμη των λυμάτων θα είναι σε βάθος = - 2 D + 0,275 = -2,45+0,275=-2,175-2,18 m και απόλυτο υψόμετρο 50-2,18=47,8 m.

29 Βάζω φρεάτια ανά 80 m και ότι περισσέψει στο τέλος. Το μήκος του αγωγού Η-ΕΕΛ είναι 1000 m. Επομένως η στάθμη των λυμάτων στην ΕΕΛ θα είναι σε βάθος -2,18-0.9=3,1 m άρα για να φέρω τα λύματα στην επιφάνεια θα χρειαστώ αντλία. Επίσης κάνω τη μηκοτομή του αγωγού Η-ΕΕΛ

30