Calculo Tanques Rompe Presion

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GUA DE DISEO PARA LNEAS DE CONDUCCIN E IMPULSIN DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA RURAL

Lima, 2004

El presente documento fue elaborado por el consultor ingeniero Salvador Tixe para la Unidad de Apoyo Tcnico en Saneamiento Bsico Rural del Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente.

OPS/CEPIS/04.105 UNATSABAR

Contenido Pagina 1. 2. 3. 4. 5. 6. Objetivo ............................................................................................................ 4 Definiciones ...................................................................................................... 4 Aplicacin ......................................................................................................... 4 Informacin Bsica ........................................................................................... 4 Trazado ............................................................................................................. 5 Diseo de la lnea de conduccin ..................................................................... 5 6.1. Caudal de diseo ...................................................................................... 5 6.2. Carga esttica y dinmica ........................................................................ 5 6.3. Tuberas ................................................................................................... 6 6.4. Dimetros ................................................................................................ 7 6.5. Estructuras complementarias ................................................................... 7 6.6. Dimensionamiento ................................................................................... 9 Diseo de la lnea de Impulsin ..................................................................... 11 7.1. Caudal de diseo .................................................................................... 11 7.2. Seleccin de dimetro ............................................................................ 12 7.3. Tuberas ................................................................................................. 12 7.4. Altura dinmica total (Ht) .................................................................... 12 7.5. Calculo del fenmeno de golpe de ariete ............................................... 13 7.6. Estructuras complementarias ................................................................ 14 7.7. Lnea gradiente hidrulica ...................................................................... 14 Problemas especiales en el trazo de la lnea de conduccin e impulsin ....... 14

7.

8.

Bibliografa .............................................................................................................. 16 Anexo Anexo 1. baco de Allievi ...................................................................................... 17

OPS/CEPIS/04.105 UNATSABAR

Gua de diseo para lneas de conduccin e impulsin de sistemas de abastecimiento de agua rural

1.

Objetivo

Establecer criterios para el diseo de lneas de conduccin e impulsin de sistemas de abastecimiento de agua rural. 2. . . . . . . . . . . . . Definiciones Cmaras rompe presin: Estructura que permite disipar la energa y reducir la presin relativa a cero (presin atmosfrica), con la finalidad de evitar daos a la tubera. Carga dinmica: En cualquier punto de la lnea, representa la diferencia de la carga esttica y la prdida de carga por friccin en la tubera. Golpe de ariete: Se denomina a la sobrepresin que reciben las tuberas, por efecto del cierre brusco del flujo de agua. Lnea de conduccin: En un sistema por gravedad, es la tubera que transporta el agua desde el punto de captacin hasta el reservorio. Cuando la fuente es agua superficial, dentro de su longitud se ubica la planta de tratamiento. Lnea gradiente hidrulica: Es la lnea que indica la presin en columna de agua a lo largo de la tubera bajo condiciones de operacin. Lnea de impulsin: En un sistema por bombeo, es el tramo de tubera que conduce el agua desde la estacin de bombeo hasta el reservorio. Nivel de carga esttica: Representa la carga mxima a la que puede estar sometida una tubera al agua cuando se interrumpe bruscamente el flujo. Prdida de carga unitaria (hf): Es la prdida de energa en la tubera por unidad de longitud debida a la resistencia del material del conducto al flujo del agua. Se expresa en m/km o m/m. Prdida por tramo (Hf): Viene a representar el producto de prdida de carga unitaria por la longitud del tramo de tubera. Reservorio: Es la instalacin destinada al almacenamiento de agua para mantener el normal abastecimiento durante el da. Vlvula de aire: Vlvula para eliminar el aire existente en las tuberas; se las ubica en los puntos altos de la lnea. Vlvula de purga: Vlvula ubicada en los puntos ms bajos de la red o conduccin para eliminar acumulacin de sedimentos. Aplicacin La aplicacin de la presente gua ser en sistemas rurales y pequeas localidades. 4. Informacin bsica Para el diseo se requiere de:

3.

-4-

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a) b) c) d)

Informacin de la poblacin. Investigacin de la fuente: Caudal y temporalidad Plano topogrfico de la ruta seleccionada. Estudio de suelos y si es el caso estudio geolgico para determinar la estabilidad del terreno. e) Calidad fisicoqumico de la fuente. Trazado Se tomar en cuenta lo siguiente:

5.

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 excavaciones excesivas u otros aspectos. c) Evitar cruzar por terrenos privados o comprometidos para evitar problemas durante la construccin y en la operacin y mantenimiento del sistema. d) Mantener las distancias permisibles de vertederos sanitarios, mrgenes de ros, terrenos aluviales, nivel fretico alto, cementerios y otros servicios. e) Utilizar zonas que sigan o mantengan distancias cortas a vas existentes o que por su topografa permita la creacin de caminos para la ejecucin, operacin y mantenimiento. f) Evitar zonas vulnerables a efectos producidos por fenmenos naturales y antrpicos. g) Tener en cuenta la ubicacin de las canteras para los prstamos y zonas para la disposicin del material sobrante, producto de la excavacin. h) Establecer los puntos donde se ubicarn instalaciones, vlvulas y accesorios, u otros accesorios especiales que necesiten cuidados, vigilancia y operacin. 6. Diseo de la lnea de conduccin

6.1

Caudal de diseo

Para el diseo de lneas de conduccin se utiliza el caudal mximo diario para el perodo del diseo seleccionado.

6.2

Carga esttica y dinmica

La Carga Esttica mxima aceptable ser de 50 m y la Carga Dinmica mnima ser de 1 m.

-5-

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CAPTACION

L.G.H .

PERDIDA DE ENERGIA CARGA ESTATICA CARGA DINAMICA RESERVORIO

ELEVACION

PERFIL DE LA LINEA DE CONDUCCION

DISTANCIA

Figura 1. Cargas esttica y dinmica de la lnea de conduccin

6.3

Tuberas

Para la seleccin de la clase de tubera se debe considerar los criterios que se indican en la figura 2.CAPTACION 0 NIVEL DE CARGA ESTATICALI NE A DE GR AD IE NT

E HI DR AU LI

CA

PERFIL DEL TERRENO ELEVACION RESERVORIO 50 LIMITE DE TUB. CLASE 5

75

LIMITE DE TUB. CLASE 7.5

100

LIMITE DE TUB. CLASE 10

150

LIMITE DE TUB. CLASE 15 DISTANCIA TRAMO TUBERIA CLASE TUBERIA CLASE TUBERIA CLASE TUBERIA CLASE 5 5 7.5 15 CARGA ESTATICA (m) 50 m 75 m 100 m 150 m

Figura 2. Presiones de trabajo para diferentes clases de tubera de PVC Se deber seleccionar el tipo de tubera en base a la agresividad del suelo y al intemperismo. En este ltimo caso, de usarse el fierro galvanizado se le dar una proteccin especial.

-6-

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Aquella en caso que por la naturaleza del terreno, se tenga que optar por tubera expuesta, se seleccionar por su resistencia a impactos y pueda instalarse sobre soportes debidamente anclados.

6.4

DimetrosEl dimetro se disear para velocidades mnima de 0,6 m/s y mxima de 3,0 m/s.

El dimetro mnimo de la lnea de conduccin es de 3/4 para el caso de sistemas rurales.

6.5

Estructuras complementariasa) Cmara de vlvula de aire

El aire acumulado en los puntos altos provoca la reduccin del rea del flujo del agua, produciendo un aumento de prdida de carga y una disminucin del gasto. Para evitar esta acumulacin es necesario instalar vlvulas de aire automticas (ventosas) o manuales (figura 3).

TUBERIA DE ENTRADA

TUBERIA DE SALIDA

Figura: 3. Vlvula de aire manual b) Cmara de vlvula de purga Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la lnea de conduccin con topografa accidentada, provocan la reduccin del rea de flujo del agua, siendo necesario instalar vlvulas de purga que permitan peridicamente la limpieza de tramos de tuberas (figura 4).-7-

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SALIDA DE SEDIMENTOS

TUBERIA DE LA LINEA DE CONDUCCION

Figura 4. Vlvula de purga c) Cmara rompe-presin Al existir fuerte desnivel entre la captacin y algunos puntos a lo largo de la lnea de conduccin, pueden generarse presiones superiores a la mxima que puede soportar la tubera. En este caso se sugiere la instalacin de cmaras rompe-presin cada 50 m de desnivel. La tubera de ingreso estar por encima de nivel del agua (figura 5).

S=1% TUB. ENTRADA TUB. SALIDA

Figura 5. Cmara rompe-presin

-8-

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6.6

Dimensionamiento

Para el dimensionamiento de la tubera, se tendrn en cuenta las siguientes condiciones: a) La Lnea gradiente hidrulica (L. G. H.) La lnea gradiente hidrulica estar siempre por encima