LINEA DE CONDUCCION Y ADUCCION INTRODUCCION: Dentro de un sistema de abastecimiento de agua, se le llama línea de conducción, al conjunto integrado por tuberías, y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua, en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión, desde la fuente hasta el sitio donde será distribuida. Las pérdidas de carga, se obtienen aplicando las ecuaciones de darcyweisbach, scobey, manning o hazen-williams. se pueden presentar dos condiciones de operación de la tubería, por bombeo o gravedad.
LINEA DE CONDUCCION
Según el RNE:
se denomina obras de conducción a las estructuras y elementos que sirven para transportar el agua desde la captación hasta el reservorio o planta de tratamiento. La estructura deberá tener la capacidad para conducir como mínimo, el caudal máximo diario.
Objetivo:
Proporcionar las bases de diseño de las líneas de conducción y establecer los requisitos mínimos de seguridad que deben cubrir, así como la selección de los materiales apropiados y obras de control para su manejo y los lineamientos generales para la instalación en las líneas de conducción de agua.
Clasificación: a) CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD Canales
Las características y material con que se construyan los canales serán determinados en función al caudal y la calidad del agua.
La velocidad del flujo no debe producir ningún caso será menor de 0,60 m/s
Los canales deberán ser diseñados y construidos teniendo en cuenta las condiciones de seguridad que garanticen su funcionamiento permanente y preserven la cantidad y calidad del agua.
depósitos ni erosiones y en
Tuberías
Para el diseño de la conducción con tuberías se tendrá en cuenta las condiciones topográficas, las características del suelo y la climatología de la zona a fin de determinar el tipo y calidad de la tubería.
La velocidad mínima no debe producir depósitos ni erosiones, en ningún caso será menor de 0,60 m/s
La velocidad máxima admisible será: En los tubos de concreto 3 m/s En tubos de asbesto-cemento, acero y PVC 5 m/s Para otros materiales deberá justificarse la velocidad máxima admisible.
Para el cálculo hidráulico de las tuberías que trabajen como canal, se recomienda la fórmula de Manning, con los siguientes coeficientes de rugosidad: Asbesto-cemento y PVC
0,010
Hierro Fundido y concreto
0,015
Para otros materiales deberá justificarse los coeficientes de rugosidad.
Para el cálculo de las tuberías que trabajan con flujo a presión se utilizarán fórmulas racionales. En caso de aplicarse la fórmula de Hazen y Williams, se utilizarán los coeficientes de fricción que se establecen en la Tabla N°1. Para el caso de tuberías no consideradas, se deberá justificar técnicamente el valor utilizado
TIPO DE TUBERIA Acero sin costura Acero soldado en espiral Cobre sin costura Concreto Fibra de vidrio Hierro fundido Hierro fundido con revestimiento Hierro galvanizado Polietileno, Asbesto Cemento Poli(cloruro de vinilo) (PVC)
«C» 120 100 150 110 150 100 140 100 140 150
CONDUCCIÓN POR BOMBEO
Para el cálculo de las líneas de conducción por bombeo, se recomienda el uso de la fórmula de Hazen y Williams.
El dimensionamiento se hará de acuerdo al estudio del diámetro económico.
Se deberá considerar las mismas recomendaciones para el uso de válvulas de aire y de purga del numeral.
CONSIDERACIONES ESPECIALES
En el caso de suelos agresivos o condiciones severas de clima, deberá considerarse tuberías de material adecuado y debidamente protegido.
Los cruces con carreteras, vías férreas y obras de arte, deberán diseñarse en coordinación con el organismo competente. Deberá diseñarse anclajes de concreto simple, concreto armado o de otro tipo en todo accesorio, o válvula, considerando el diámetro, la presión de prueba y condición de instalación de la tubería.
En el diseño de toda línea de conducción se deberá tener en cuenta el golpe de ariete.
SELECCIÓN DE TUBERÍA
COMPONENTES DE UNA LÍNEA DE CONDUCCIÓN
Materiales: Fierro Galvanizado (FoGo), fibrocemento, concreto pre esforzado, cloruro de polivinilo (PVC), hierro dúctil, y polietileno de alta densidad. PIEZAS ESPECIALES Juntas Carretes Extremidades Tees Cruces Codos Reducciones Coples Tapones y tapas VÁLVULAS Válvula eliminadora de aire Válvula de admisión y expulsión de aire Válvula de no retorno Válvula de seccionamiento
MEDIOS PARA CONTROL DE TRANSITORIOS Torre de oscilación. Válvulas reguladoras de presión. Caja rompedora de presión.
GASTO DE DISEÑO
) Donde: : Gasto máximo diario, lps. : Gasto disponible, lps. N = tiempo de funcionamiento del gasto Q faltante, hr.
HIDRÁULICA DE TUBERÍAS
PÉRDIDAS
DE ENERGÍA POR FRICCIÓN EN LA CONDUCCIÓN
La ecuación de Darcy-Weisbach se expresa: Donde: f = Coeficiente de pérdidas. L y D = Longitud y diámetro interior del tubo, m. V = Velocidad media del flujo, m/s. hf = Pérdida de energía por fricción, m. PÉRDIDAS LOCALES
Donde: Kx = Coeficiente de pérdida que depende del accesorio x que lo genera. g = Gravedad terrestre, 9.81 m/s. V = Velocidad media del flujo, m2.
Accesorio Coeficiente k Coeficiente k 1.-De depósito a tubería (pérdida a la entrada) Conexión a ras de la pared 0.50 Tubería entrante 1 Conexión abocinada 0.05 2.- De tubería a depósito 1 (pérdida a la salida) 3.-Contracción brusca Kc 4.-Codos y tes Codo de 45° 0.35 a 0.45 Codo de 90° 0.50 a 0.75 Tes 1.50 a 2.00
DISEÑO DE CONDUCTOS POR GRAVEDAD Y POR IMPULSION
Información básica: Para el diseño se requiere de: a) Información de la población. b) Investigación de la fuente: Caudal y temporalidad c) Plano topográfico de la ruta seleccionada. d) Estudio de suelos y si es el caso estudio geológico para determinar la estabilidad del Terreno. e) Calidad fisicoquímico de la fuente
Trazado Se tomará en cuenta lo siguiente:
a) Evitar pendientes mayores del 30% para evitar velocidades excesivas.
b) En lo posible buscar el menor recorrido siempre y cuando esto no conlleve a excesivas u otros aspectos.
c) Evitar cruzar por terrenos privados o comprometidos para evitar problemas durante la construcción y en la operación y mantenimiento del sistema.
d) Mantener las distancias permisibles de vertederos sanitarios, márgenes de ríos, terrenos aluviales, nivel freático alto, cementerios y otros servicios.
e) Utilizar zonas que sigan o mantengan distancias cortas a vías existentes o que por su topografía permita la creación de caminos para la ejecución, operación y mantenimiento.
f) Evitar zonas vulnerables a efectos producidos por fenómenos naturales y antrópicos.
g) Tener en cuenta la ubicación de las canteras para los préstamos y zonas para la disposición del material sobrante, producto de la excavación.
h) Establecer los puntos donde se ubicarán instalaciones, válvulas y accesorios, u otros accesorios especiales que necesiten cuidados, vigilancia y operación.
excavaciones
Diseño de la línea de conducción
Caudal de diseño : Carga estática y dinámica Tuberías
Estructuras complementarias
Cámara de válvula de aire purga
Cámara rompe-presión
Cámara de válvula de
Dimensionamiento
. La Línea gradiente hidráulica (L. G. H.) . Pérdida de carga unitaria (hf) Ecuaciones de Hazen y Williams para diámetros mayores a 2 pulgadas o hay fórmulas para diámetros menores a 2 pulgadas como la de Fair Whipple. () Hazen y Williams (: Constante) Fair Whipple
Presión
Combinación de tuberías:
Hf = Pérdida de carga total (m). L = Longitud total de tubería (m). X = Longitud de tubería de diámetro menor (m). L-X = Longitud de tubería de diámetro mayor (m). hf1 = Pérdida de carga unitaria de la tubería de mayor diámetro. hf2 = Pérdida de carga unitaria de la tubería de menor diámetro. La pérdida de carga total deseada Hf, es la suma de pérdidas de carga en los dos tramos de tubería
Diseño de la línea de impulsión
Caudal de diseño: Caudal de bombeo = Qb = Qmd x 24 / N N = Número de Horas de Bombeo Qmd = Caudal Máximo Diario
Selección de diámetros Un procedimiento para la selección del diámetro es usando la fórmula de Bresse. X = Nº de Horas Bombeo 24 K= 1.3 D = Diámetro en m Qb = Caudal de Bombeo en m/s.
Tuberías En forma similar a como se determinó para la línea de conducción por gravedad
Altura
dinámica total (Ht)
Hs = Altura de aspiración o succión, esto es, altura del eje de la bomba sobre el nivel inferior. Hd = Altura de descarga, o sea, la altura del nivel superior con relación al eje de la bomba. Hg = Altura geométrica, esto es la diferencia de nivel; (altura estática total) Hs + Hd = Hg Hf total = Pérdida de carga (totales). Ps = Presión de llegada al reservorio (se recomienda 2 m). Ht = Altura dinámica total en el sistema de bombeo, que corresponde a
PARA EL CALCULO DE GOLPE DE ARIETE SE DEBE TENER EN CUENTA LOS SIGUIENTES CÁLCULOS:
1. frecuencia de propagación de la onda de presión
L: longitud total (m) a: celeridad (elocidad de propagación de la onda de presión, en m/s)
ε: es el módulo de elasticidad del material de la conducción e: espesor de la tubería. D: diámetro.(mm)
2. tiempo de parada del agua
Hm : es la altura manométrica de la instalación C y K son coeficientes de ajuste determinados experimentalmente.
3. longitud crítica de la instalación
T es el tiempo de parada (en s) y a la celeridad (en m/s)
Para tiempos de parada o maniobras de cierre lentos o instalaciones cortas
Para tiempos de parada o maniobras de cierra rápidos o instalaciones largas
Las medidas para evitar el Golpe de Ariete son:
Limitación de la velocidad en las tuberías.
Cierre lento de válvulas y registros, construcción de piezas que no permitan la obstrucción muy rápida.
Empleo de válvulas y dispositivos mecánicos especiales, válvulas de alivio.
Utilización de tuberías que puedan soportar sobrepresiones ocasionadas por el golpe de ariete.
Construcción de pozos de oscilación capaces de absorber los golpes, permitiendo la oscilación de agua. Esta solución es adoptada da siempre que las condiciones topográficas sean favorables y las alturas geométricas pequeñas. Los pozos de oscilación deben ser localizados tan próximos como sea posible de la casa de máquinas.
Instalación de cámaras de aire comprimidas que proporcionen el amortiguamiento de los golpes. El mantenimiento de estos dispositivos requiere ciertos cuidados, para que se mantenga el aire comprimido en las cámaras.
Estructuras complementarias Se mantendrá las mismas recomendaciones para el uso de las válvulas
PROBLEMAS ESPECIALES EN EL TRAZO DE LA LÍNEA DE CONDUCCIÓN E IMPULSIÓN Zonas rocosas Vulnerables a desprendimiento de tierra Cruce de hondonadas Cruce de riachuelos Cruce en suspensión
ANCLAJE
LÍNEA DE ADUCCIÓN
Descripción general La línea de aducción es la línea entre el reservorio y el inicio de la red de distribución. El caudal de conducción es el máximo horario. Los parámetros de diseño de la línea de aducción serán los mismos que para la línea de conducción excepto el caudal de diseño.
