MARCO TEORICO Línea de conducción: La línea de conducción es un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad o bombeo. Donde tuberías transportan agua desde donde se encuentra en estado natural hasta un punto que puede ser un tanque de almacenamiento, reservorio o una planta potabilizadora mediante conjunto de ductos y accesorios. Deben utilizarse al máximo la energía disponible para conducir el gasto deseado, lo que la mayoría de los casos nos llevara a la selección se lección del diámetro mínimo que permita presiones iguales o menores a la resistencia física que el e l material de la tubería soporte.
Línea de conducción por gravedad: Se le da este nombre cuando para abastecer a una población, además de planta potabilizadora se construye un tanque elevado que por la propia caída del agua debido a la fuer za de gravedad provea a toda la red.
Línea de conducción por bombeo: El equipo de bombeo bombeo produce un incremento brusco en el gradiente hidráulico para para vencer todas las pérdidas de energía en la tubería de conducción.
Caudal de diseño: El caudal de diseño es el volumen de agua que llegara a las obras de agua potable. El objetivo del cálculo de la crecida de diseño es asociar una probabilidad de ocurrencia a las distintas magnitudes de la crecida. Su determinación debe ser precisa para poder fijar económicamente el tamaño de la estructura requerida.
Coeficiente de fricción: El factor de fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach Darcy-We isbach (f) es un parámetro adimensional que se utiliza en dinámica de fluidos para calcular la pérdida de carga en una tubería debido a la fricción.
Línea de carga estática: La presión estática es la que tiene un fluido, independientemente de la velocidad del mismo, y que se puede medir mediante la utilización de tubos piezométricos. La presión total que ejerce un fluido -bien sea gaseoso o líquido- se define como la suma de la presión estática y la presión dinámica.
Línea de carga dinámica: Se puede decir que cuando los fluidos se mueven en un conducto, la inercia del movimiento produce un incremento adicional de la presión estática al chocar sobre un área perpendicular al movimiento. Esta fuerza se produce por la acción de la presión conocida como dinámica. La presión dinámica depende de la velocidad y la densidad del fluido.
Caudal máximo horario: Es el consumo que se espera realice la población de diseño durante un periodo de un día.
Cámara rompe presión: Son estructuras pequeñas que tienen por función reducir la presión hidrostática a cero u a la presión local, generando un nuevo nivel de agua y creándose una zona de presión dentro de los límites de trabajo de las tuberías, existen dos tipos: -
Para línea de conducción Para red de distribución.
Caudal máximo diario: Es el máximo consumo que se espera realice la población en un día y se calcula como un factor de ampliación (K1) del Qmd.
Perdida de carga en tuberías: La pérdida de carga en una tubería es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce.
Perdida de carga en accesorios: Es la perdida de presión adicional que se produce en un fluido en puntos específicos (accesorios) debido a la fricción que se genera en esos puntos.
Válvulas de control: Las válvulas de control de presión son una amplia gama de válvulas de flujo, de aguja y de retención montadas en línea. Estas válvulas de liberación de presión proporcionan las funciones de limitación y control de presión ajustable que a menudo se requieren en aplicaciones en las que es necesario controlar las presiones de manera precisa a la vez que se permite de ajustarlas de manera manual durante su utilización.
Válvula de purga de sedimentos: Son válvulas instaladas lateralmente donde haya posibilidad de obstrucción de la sección de flujo por acumulación de sedimentos, facilitando así las labores de limpieza de la tubería. Se coloca en los puntos más bajos del terreno que sigue la línea de conducción.
Válvulas de aire: Son válvulas con un dispositivo hidromecánico de accionamiento automático que cumple con tres funciones (triple efecto): • Evacuación de grandes volúmenes de aire durante el llenado de las tuberías. (Primer efecto: componente cinético) • Admisión de aire para proteger las tube rías en caso de roturas, evitar presiones negativas por el vaciado de las tuberías. (Segundo efecto: componente cinético) • Purgado de pequeños volúmenes de aire cuando las tuberías están presurizadas, desgasificación permanente: funcionamiento como purgador. (Tercer efecto: componente automático)
Prueba hidrostática: Es la prueba de presión a la que deben someterse las tuberías para certificar su hermeticidad, sosteniendo la presión durante un tiempo establecido, utilizando agua como fluido de prueba.
Diámetros: Para la determinación de diámetros habrá que tomar en cuenta las diferentes posibles soluciones estudiando diversas alternativas bajo el punto de vista económico.
Celeridad: La celeridad o rapidez es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en completarla.
ANALISIS DEL TEMA Podemos decir que los principales factores a considerar para un proyecto de líneas de conducción y selección de tuberías, atendiendo al material con que se están fabricadas son las siguientes:
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Información de la población.
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Investigación de la fuente: caudal y temporalidad
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Carácter del fluido a transportar.
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Gasto
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Coeficientes de fricción. Características del flujo.
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Vida potable. Experiencia en el uso.
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Facilidad de manejo de instalación.
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Disponibilidad en los tamaños requeridos.
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Tipo de junta. Hermeticidad y facilidad de ensamblaje.
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Disponibilidad y facilidad de instalación de los accesorios.
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Resistencias mecánicas. Aplastamiento, presión, flexión, impacto, etc.
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Resistencia térmica (por la dilatabilidad).
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Resistencia a la erosión.
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Resistencia química (corrosión).
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Resistencia eléctrica.
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Costo del material, manejo e instalación.
•
En muchos casos por lo común se utilizan las tuberías enterradas.
1.
TRAZADO
Para definir el perfil de líneas de conducción se tiene en cuenta a lo siguiente: a)
Evitar pendientes mayores a 30% para evitar velocidades excesivas.
b) En lo posible buscar el menor recorrido siempre y cuando esto no conlleve a excavaciones excesivas. 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, cementerios. e) Utilizar zonas que sigan o mantengan distancias cortas a vías existentes o porque su topografía permita la creación de caminos para la ejecución o mantenimiento. f)
Evitar zonas vulnerables a efectos producidos por fenómenos naturales.
g) Establecer los puntos donde se ubicaran instalaciones, válvulas y accesorios u otros especiales que necesiten cuidado.
2.
CRITERIO DE DISEÑO
Definido el perfil de la línea de conducción es necesario considerar criterios de diseño que permitan el planteamiento final en base a las siguientes consideraciones: 1.
Cargas disponibles: la carga disponible viene representada por la diferencia de elevación entre la obra de captación y el reservorio. ΔH = NIVEL DE LA OBRA DE CAPTACION – NIVEL DEL RESERVORIO
2.
Gasto de diseño: el gasto de diseño es el correspondiente al gasto máximo diario (Qmd) en el que se estima considerando el caudal medio de la población para el periodo del diseño seleccionado (Qm) y el factor K1 del día del máximo consumo.
Qd = Q.M.D = Qp×K1×1.05
Dónde: Q.M.D = caudal máximo diario K1 = factor del día máximo de consumo = 1.8 Qp = Caudal promedio. Qd = Caudal de diseño.
CASOS ESPECIALES:
-
Si se diseña con el caudal máximo horario
Qd = Q.M.H -
En localidad rural si el caudal de la fuente es mayor o igual al 300% del Qp. Entonces:
Qf ≥300%×Qp, -
Qd = Q.M.H
Si el Qf ≤ Qp, se diseña con el Qf
Clases de tuberías: en la mayoría de los proyectos de abastecimiento de agua potable para 3. poblaciones rurales se utilizan tuberías de P.V.C. Este material tiene ventajas comparativas con relación a otros tipos de tuberías: es económico, flexible, durable, de poco peso y de fácil transporte, en instalación además son las tuberías que incluyen diámetros comerciales menores de 2 pulgadas y que fácilmente se encuentran en el mercado.
4.
Diámetro: para determinar los diámetros se consideran diferentes soluciones y se estudia diversas alternativas desde el punto de vista económico. Considerando el máximo desnivel
en toda la longitud del tramo el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de conducir el gasto de diseño con velocidades comprendidas entre 0.6 y 5 m/s; y las pérdidas de carga por el tramo calculado deben ser menores e iguales a las cargas disponibles. Luego:
Se halla el coeficiente de rugosidad de la tubería para determinar los diámetros, según los tramos.
=
L × .85
Luego se ubica este coeficiente en la tabla de diámetros y coeficientes de rugosidad: Ø Ø1 Ø2
C -
C -
C -
C ɑ1 ɑ2
Después se procede a la verificación de las velocidades usando la ecuación de la continuidad:
Q = V×A Donde: Q = Caudal. V = velocidad. A = Sección de la tubería.
Luego hallamos el punto de cambio de los diámetros:
=
ΔH − ɑ2 × Lˈ × .85 (ɑ1 − ɑ2) × .85
Donde: ɑ1 = coeficiente de rugosidad del diámetro 1. ɑ2 = coeficiente de rugosidad del diámetro 2. ΔH = diferencia de altura entre la obra de captación y el reservorio.
Q = caudal de diseño. Lˈ= L×1.05, donde L es la longitud de la línea de conducción según el tramo.
3. DISPOSITIVOS DE CONTROL Y PROTECCION DE LA LÍNEA DE CONDUCCIÓN En las líneas de conducción siempre es necesario el empleo de ciertos elementos cuyo objeto es proteger a las tuberías y al equipo de bombeo. Principalmente del fenómeno llamado golpe de ariete. A continuación se comenta la función de los elementos de control y protección que se usan con más frecuencia.
a.
Válvulas de aire.
b.
Válvulas de control.
c.
Válvula de purga de sedimentos.
4.
OBRAS DE ARTE EN LAS LINEAS DE CONDUCCIÓN
A continuación van a ser presentados algunos tipos de obras que podemos necesitar en la línea de conducción: •
Captación o bocatoma.
•
Sedimentador.
•
Obras de repartición.
•
Caja de válvula de purga y de desfogue.
5.
LÍNEA DE GRADIENTE HIDRAULICA
La línea de gradiente hidráulica (LGH) indica la presión del agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. Cuando se traza la línea de gradiente hidráulica para caudal que descarga libremente en la atmosfera (como dentro de un tanque). Que puede resultar que la presión residual en el punto de descarga se vuelva positiva o negativa. La presión residual positiva, que indica que hay un exceso de energía gravitacional; quiero decir que hay energía suficiente para mover el flujo. La presión residual negativa que indica que no hay suficiente energía gravitacional para mover la cantidad deseada de agua, motivo suficiente para que la cantidad de agua no fluya; se puede volver atrasarla LGH usando un menor caudal y/o un diámetro mayor de tubería con la finalidad de tener en toda la longitud de la tubería una carga operativa de agua positiva.
6. PERDIDA DE CARGA DISPONIBLE La pérdida de carga es el gasto de energía necesaria para vencer las resistencias que se oponen al movimiento del fluido de un punto a otro en una sección de la tubería. Luego procedemos a calcularla ubicando los puntos críticos que se encuentran por encima de la línea de gradiente hidráulica:
ΔHc = NIVEL DE AGUA DE LA OBRA DE CAPTACION – EL PUNTO CRITICO
DE LA TUBERIA
7.
PERDIDA DE CARGA
Para el cálculo de pérdida de carga la fórmula más usada en conductos a presión es la de aplicable para flujos turbulentos y comportamiento hidráulico rugoso.
J = ΔH = ɑ×L×.85 Donde: J = perdida de carga. ɑ = coeficiente de rugosidad. L = longitud de la línea de conducción según el tramo. Q = caudal de diseño.
8.
CONVINACION DE TUBERÍAS
El método para diseñar la línea de conducción mediante la combinación de tuberías tiene la ventaja de: manipular las pérdidas de carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles y disminuir considerablemente los costos del proyecto; al emplearse tuberías de menor diámetro y en algunos casos, evitar un mayor número de cámaras rompe presión.
9. PROBLEMAS ESPECIALES EN LINEAS DE CONDUCCION Suelen presentarse los siguientes casos: Zonas rocosas. Vulnerables al desprendimiento de tierra. Cruce de hondonadas. Cruce de riachuelos. Cruce en suspensiones.
