UNIVERSIDAD PRIVADA ALAS PERUANAS - FILIAL AYACUCHO FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE “INGENIERÍA CIVIL”
TUBERÍA ” “EFECTOS DE LA EDAD DE LA TUBERÍA” ASIGNATURA
: MECÁNICA DE FLUIDOS II
DOCENTE
: Ing. CASTAÑEDA ESQUEN, Carlos Augusto
PRESENTADO POR: - FERNÁNDEZ LLACCTAHUAMAN, Williams - NUÑEZ HINOSTROZA, HINOSTROZA, Antony - HUAYHUALLA HUAMANI,Fredy - TELLO BAUTISTA, Fany
AYACUCHO – AYACUCHO – PERÚ PERÚ 2017
INTRODUCCIÓN El envejecimiento de una tubería de agua es el conjunto de procesos naturales físicos, químicos y biológicos que ocurren con el paso del tiempo La regeneración de las tuberías comprende todas las medidas posibles de prevención, mantenimiento y corrección en busca de mantener o volver a sus condiciones iniciales en miras de optimizar el aprovechamiento del recurso.
EFECTOS DE LA EDAD DE UNA TUBERÍA
1.
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EFECTOS DE LA EDAD DE UNA TUBERÍA
Pasividad. La pasividad es un estado del metal en que no se produce corrosión, aunque su forma
metálica no sea termodinámicamente estable, por lo que el metal tiende a transformarse en otra sustancia. Si estos productos se forman en contacto directo con el metal, pasivan al metal, impidiendo la corrosión dependiendo de que sea poroso o no, o permita el paso o no según sus características de adherencia y taponamiento.
Series galvánicas. La acción galvánica se produce cuando un metal es conectado a otro en presencia de un
electrólito y, por lo tanto, se produce corrosión electroquímica denominada corrosión galvánica, o también denominada corrosión bimetálica
Corrosión biológica. La corrosión bacteriana o biológica es todo fenómeno de destrucción, en el cual estos
microorganismos, ya sea que actúen directamente o por medio de las instancias provenientes de su metabolismo, desempeñan un papel importante al acelerar un proceso ya establecido, o al crear las condiciones favorables para que se produzca dicho fenómeno. Los principales factores son:
Características físicas del material. En la práctica toda tubería tiene imperfecciones, ya sean visibles y fácilmente
detectables, o simplemente imperceptibles. Estas irregularidades inciden en el inicio del proceso de corrosión y son condicionantes para que se desarrolle la corrosión biológica.
También influyen condiciones como la estructura, las alteraciones de la superficie o cualquier deterioro por mínimo que sea.
Temperatura, PH. Cada microorganismo tiene una temperatura óptima para su desarrollo. Una
temperatura general oscila entre 25° a 30° C. Hay esporas que resisten diversas variaciones de temperaturas. El pH favorece o impide el desarrollo de las bacterias. El pH óptimo para las bacterias se encuentra alrededor de la neutralidad, aunque hay excepciones como el Thiobacilus, que puede adaptarse hasta pH muy bajos de 1 o 2. El pH es una medida de la acidez o la alcalinidad de una solución en una escala que va de 0 a 14. El valor del pH depende de la concentración relativa de los iones hidrógeno y oxidrilos que posee la solución. La presencia de mayor cantidad relativa de iones hidrógeno dará por resultado una solución con reacción ácida, y si la concentración de oxidrilos es mayor, dará por resultado una reacción alcalina. Así es que una solución con un valor de pH menor a 7 es ácida, si el valor es 7, es neutra; y si es mayor que 7, es alcalina.
1.1.
EFECTOS DEL TIEMPO EN LA RUGOSIDAD DE LAS TUBERÍA. La industria de los materiales y la técnica de fabricación de los tubos han evolucionado
notoriamente; la superficie interna de los tubos se presenta más homogénea y más favorable al flujo. Han evolucionado los procesos de revestimiento y aún con la producción de tubos más largos se redujeron el número de uniones. Por otro lado, se definen mejor las características de las aguas que van a circular, el fenómeno de la corrosión vino a conocerse mejor y ya se controla la agresividad de las aguas, ya que estudios han demostrado que la rugosidad aumenta con el tiempo en tuberías expuesta a corrosión, en el caso de tubos de acero galvanizado.
Cuando la superficie de la pared de un conducto se amplifica, observamos que está formada por irregularidades o asperezas de diferentes alturas y con distribución irregular o aleatoria. Dicha característica es difícil de definir científicamente, pues depende de factores como la altura media de las irregularidades de la superficie, la variación de la altura efectiva respecto de la altura media, la forma y distribución geométrica, la distancia entre dos irregularidades vecinas, etc. La irregularidad puede expresarse por la altura media
de las asperezas ( rugosidad
absoluta ), como un promedio obtenido del resultado de un cálculo con las características del
flujo, mas no propiamente por el obtenido como la media de las alturas determinadas físicamente de la pared, en cada conducción. Es más importante la relación que la rugosidad absoluta guarda con el diámetro del tubo, esto es la relación /D que se conoce como (rugosidad relativa). Existen tubos, como los de asbesto-cemento, cuya rugosidad es de forma ondulada y que se comportan hidráulicamente como si fueran tubos lisos (vidrio o plástico). La determinación de la rugosidad absoluta de las tuberías que conducen a líquidos es de suma importancia por cuanto esta característica de la tubería se encuentra involucrada en las ecuaciones que comúnmente se utilizan para el diseño de tuberías como la de Nikuradse, Colebrook, Darcy.
1.2.
NATURALEZA DE LAS PAREDES DE LOS TUBOS: RUGOSIDAD
Analizándose la naturaleza o rugosidad de las paredes deben considerarse: a.
Material empleado en la fabricación de los tubos.
b.
Proceso de fabricación de los tubos.
c.
Extensión de los tubos y número de juntas.
d.
Técnica de asentamiento.
e.
Estado de conservación de las paredes de los tubos.
f.
Existencia de revestimientos especiales.
g.
Empleo de medidas protectoras durante el funcionamiento. Así por ejemplo, un tubo de vidrio evidentemente es más liso y ofrece condiciones más
favorables al flujo que un tubo de fierro fundido. Una tubería de acero remachado opone mayor resistencia al flujo que una tubería de acero soldado. Por otro lado, los tubos de fierro fundido por ejemplo, cuando nuevos ofrecen menor resistencia al escurrimiento que cuando han sido usados. Con el uso, esos tubos se obstruyen, se oxidan y en la superficie pueden surgir “tubérculos” (fenómeno de corrosión). Estas condiciones se agravan con el tiempo (Fig1a). Modernamente han sido empleados revestimientos internos especiales con el objeto de eliminar o aminorar los inconvenientes de la corrosión. Otro fenómeno que puede ocurrir en las tuberías es la disposición progresiva de sustancias contenidas en las aguas y la formación de capas adherentes – incrustaciones – que reducen el diámetro útil de los tubos y aceleran la rugosidad (Fig1b)
Fig. 1a
1.3.
Fig. 1b
INFLUENCIA DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS TUBOS Con el correr del tiempo, la capacidad de transporte de agua de las tuberías de fierro
fundido y acero (sin revestimientos especiales) va disminuyendo. Por otra parte estudios han demostrado que la rugosidad aumenta con el tiempo en tuberías expuesta a corrosión, en el
caso de tubos de acero galvanizado. Tal fue el reporte hecho por Ippen, quien por observaciones hechas en tuberías de acero galvanizado, encontró que el valor de
era el doble
después de 3 años como resultado de un uso moderado. Por su parte Freeman determinó que para tuberías muy viejas se tenía valores de rugosidad de 20 a 60 veces que los obtenidos por Nikuradse en una tubería nueva. Para aguas muy agresivas, o para aguas tratadas y no bien controladas, el envejecimiento de los tubos podrá ser más rápido. Para aguas muy bien controlada, el decrecimiento de C es lento. Tabla Rugosidad de los tubos
Tipo de tubo
en metros
Nuevo de hierro dulce, de 2 pulgadas
0.000042
De hierro dulce y viejo, de 2 pulgadas
0.0009
Nuevo de hierro dulce, de 3 pulgadas
0.000046
De hierro dulce, ligeramente mohoso, de 3 0.00013 pulgadas Viejo, de hierro dulce, muy mohoso, de 3 pulgadas 0.00094 Nuevo de hierro dulce de 4 pulgadas
0.000049
Viejo, de hierro dulce, mohoso, de 4 pulgadas
0.0029
Ensayos y verificaciones hechas en líneas de fierro fundido, muy bien ejecutadas y en las cuales fueron empleados tubos de buena calidad, mostraron que para el inicio del funcionamiento, el coeficiente C para la ecuación de Hazen Williams, adquiere valores alrededor de 140. Poco después este valor cae a 130 y con el correr del tiempo pasa a valores cada vez más bajos. La tendencia del fierro para entrar en solución y la presencia de oxígeno
disuelto en el agua- factores primordiales de la corrosión – son responsables por la formación de tubérculos en la superficie interna de los tubos; de la reducción de sección y del aumento de rugosidad resulta la disminución de la capacidad de transporte y el decrecimiento de C. Tabla valor del coeficiente
Material
Valor del coeficiente C
Acero corrugado
60
Acero con uniones
130
Acero galvanizado ( nuevos y en uso )
125
Acero remachado ( nuevos )
110
Acero remachado, en uso
85
Acero soldado con revestimiento especial
130
Plomo
130
Asbesto-cemento
140
Cobre
130
Concreto, buena terminación
130
Concreto terminación común
120
Fierro fundidos, nuevos
130
Fierro fundido, en uso
90
Vidrio
140
Plástico
140
1.4.
CAUSAS DE LA CORROSIÓN EN LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE AGUA Tuberías para distribuir el agua potable son de plástico, hormigón o metal (por ejemplo,
acero, acero galvanizado, hierro dúctil, cobre o aluminio). Tubos de plástico y hormigón tienden a ser resistentes a la corrosión. Tubos de metal a la corrosión es un proceso continuo y variable de la liberación de iones de la tubería en el agua. Bajo ciertas condiciones ambientales, las cañerías de metal pueden corroerse basado en las propiedades de la tubería, el suelo que rodea el tubo, las propiedades del agua y las corrientes de fuga de electricidad. Cuando se produce la corrosión de tubos de metal, que es el resultado del intercambio de electrones electroquímicas como resultado de las propiedades diferenciales galvánica entre los metales, las influencias iónica de soluciones tampón acuáticos, o el pH de la solución. De corrosión de las tuberías de agua de metal que se produzca, una celda electroquímica debe estar presente. Una celda electroquímica se puede considerar como una batería, con una corriente eléctrica entre un potencial positivo (ánodo) y un potencial negativo (cátodo). El potencial eléctrico corrosivo se crea normalmente por las diferencias en los tipos de productos químicos en el suelo o la superficie de la tubería de metal.
1.5.
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN La pérdida por fricción se define como la pérdida de energía producto de la resistencia
que la cañería opone al paso del agua. La fórmula general tiene la siguiente expresión: = J ∗ L
Donde:Hf = Pérdida de energía o carga producto de la fricción (m) J = Pérdidas de carga por cada metro de tubería (m/m) L = Longitud de la cañería de conducción (m) Las pérdidas de carga se identifican con la perdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de una conducción, por efecto del rozamiento. No confundir la perdida de carga por fricción con la caída de presión.
∆p =
2. 2.1.
p₁
−
p₂
TIPO DE MATERIAL DE LAS TUBERÍAS
TUBERÍAS DE HIERRO FUNDIDO (HF) Es un material de gran durabilidad. Generalmente, en el diseño con esta clase de tubería
se usa un valor de C=100 para obtener el coeficiente rugosidad de la expresión de HAZEN WILLIAMS.
2.2.
ENVEJECIMIENTO DE TUBERÍAS DE HIERRO Y ACERO
Envejecimiento en tuberías (Fox R. W. y McDonald A. T., 1992).
Con el transcurrir del tiempo y a consecuencia de diferentes causas, la capacidad de transporte del agua de las tuberías va disminuyendo. El criterio de Genijew, expuesto por G. Sotelo A. (1982), parece ser el más efectivo para modificar la rugosidad absoluta del tubo nuevo, usando la siguiente ecuación:
Grupo I Agua con poco contenido mineral que no origina corrosión. Agua con un pequeño contenido de materia orgánica y de solución de hierro: a varia de 0.005 a 0.055; valor medio; 0.025
Grupo II Agua con poco contenido mineral que origina corrosión. Agua que contiene menos de 3 mg/l de materia orgánica y hierro en solución: a varia de 0.055 a 0.18; valor medio; 0.07
Grupo III Agua que origina fuerte corrosión y con escaso contenido de cloruros y sulfatos (menos de 100 a 150 mg/l). Agua con un contenido de hierro de más de 3 mg/l: a varia de 0.18 a 0.40; valor medio; 0.20
Grupo IV Agua que origina corrosión, con un gran contenido de cloruros (más de 500 a 700 mg/l ). Agua impura con una gran cantidad de materia orgánica. a varia de 0.40 a 0.60; valor medio; 0.51
Grupo V Agua con cantidades importantes de carbonatos, pero de dureza pequeña permanente, con residuo denso de 2000 mg/l : a varia de 0.6 a más de 1
2.3.
TUBERÍAS DE HIERRO FUNDIDO DUCTIL Es un material menos frágil que le H.F., que tiene mayor versatilidad en su uso, al poder
ser utilizado tanto enterrado como superficialmente, lo que permite utilizar una sola clase de tubería en el caso de diseño de líneas de aducción en terrenos rocosos y terrenos blandos.
2.4.
TUBERIAS DE HIERRO GALVANIZADO (HG) También llamado Acero Galvanizado. En razón de su contenido de carbón es menor
que el de H.F. su resistencia a la oxidación y a la corrosión es menor. Mediante el proceso de galvanizado se da un recubrimiento de zinc tanto interior como exteriormente, para darle protección contra la corrosión.
2.5.
TUBERIAS DE ASBESTO – CEMENTO A PRESIÓN (ACP) La tubería de asbesto-cemento es unja tubería más frágil que la de H.F.; es un material
inerte a la corrosión, lo cual resulta ventajoso respecto a las otras clases de tuberías mencionadas. Por su fragilidad, las perdidas por rotura durante la carga, descarga, colocación y transporte son mayores (7 a 10 por 100).
2.6.
TUBERIAS DE MATERIAL PLÁSTICO (PVC) Es un material inerte a la corrosión, por lo cual su utilización no se ve afectada por la
calidad del agua. Ofrece ventajas en cuanto a capacidad de transporte en base a coeficientes de rugosidad menores (C= 140).
