Cap 8 Conduccion

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CAPITULO 8. TRANSPORTE DE AGUA CONDUCCIONES

Transporte de agua:

Flujo libre (agua cruda) Aducción

Presión (agua tratada) Conducción

CONDUCCION (PT -- Tanque de almacenamiento)

Se debe tener en cuenta la posición del trazado de la tubería

en relación a la línea piezométrica.

Texto para estudio: Elementos

de diseño para Acueductos por

Ricardo López Cualla


a) Tubería por debajo de la línea piezométrica

Posición óptima de la tubería.

Limpieza en puntos bajos (evacuar sedimentos)

Ventosas: expulsión de aire acumulado

Ptubo > Patm

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b) Lámina coincidente con la línea piezométrica

Tubería que fluye a tubo lleno o parcialmente lleno (orificio en

parte superior del tubo no provoca salida de agua)

No tiene problemas desde el punto de vista hidráulico

Diseño Aducción, canales de riego


c) Tubería por encima de la línea piezométrica

P efectiva negativa entre A y B (bolsas de aire).

P entre A y B < Patm. Caudal disminuye. No se pueden

instalar ventosas.

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d) Tubería por encima del plano piezométrico - estático

Tubería por encima del PPE y por debajo de este mas la

presión atmosférica total, se constituye un sifón (condiciones

precarias)

requiere equipo necesario para cebar el sifón cada vez que

entre aire en la tubería.


e) Tubería por encima del plano estático de presión absoluta

Imposible flujo por gravedad, requiere bombeo

requiere equipo necesario para cebar el sifón cada vez que

entre aire en la tubería.

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CRITERIOS DE DISEÑO:

• Carga estática disponible (dif de niveles)

• Capacidad para transportar el QMD

• Diámetros económicos (capacidad de transporte, presiones

iguales o menores que la Ptrabajo)

• Material de tubería (soporte Phidrostáticas)

• Estructuras complementarias necesarias (ventosas, purgas,

cámaras rompe presiones)


CARACTERISTICAS FISICAS Y ACCESORIOS DE LA

CONDUCCION FORZADA:

Trazado y Profundidad

• En lo posible terrenos de propiedad pública, en terrenos

privados establecer servidumbre

• Analizar alternativas de trazado optimización (longitud,

diámetro, accesorios y condiciones del suelo)

• Evitar zonas de deslizamiento, inundaciones o de alto N.F.

• Tubería enterrada a una distancia mínima de 0.6 m, y en

terrenos con altas cargas mínimo 1m.

• Línea piezométrica por encima de la tubería, a 2m mínimo

entre esta y la clave (cota sup. de tubo)

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CARACTERISTICAS FISICAS Y ACCESORIOS DE LA

CONDUCCION FORZADA:

Válvulas de purga

• Válvulas instaladas lateralmente en todos los puntos bajos

para impedir obstrucción, facilitar limpieza. (1/4 de D)


ACCESORIOS DE LA CONDUCCION FORZADA:

Ventosas

• Válvulas de expulsión o admisión de aire, funcionamiento

automático, en puntos altos, siempre que la P en dicho punto

sea < que la Patm.

• Expeler el aire durante su

llenado

• Expulsar el aire q se

acumula en los puntos

altos

• Admitir aire en el caso de

operación de válvula de

purga, (puede crear

presiones negativas en la

tubería)

• Entre 1/12 y 1/8 de D

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ACCESORIOS DE LA CONDUCCION FORZADA:

Válvulas de control o de corte

• Se debe colocar al inicio y al final de la conducción, en un

d=D.

En acueductos de gran

D, se colocarán válvulas

intermedias, espaciados

como máximo cada 1000

m

Se construyen para resistir diferentes

presiones de trabajo. Existen varias

clases de tuberías, de acuerdo a las

especificaciones de construcción.

Presión máxima de trabajo, Diámetro

comercial, etc

Tipos y Materiales de las Tuberías

a presión:

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Materiales de las Tuberías a presión:

• Hierro: HF o HD

Muy durable y puede tener una vida útil de 100 años. Es

susceptible a la tuberculización (incrustaciones de óxido),

reducen la sección hidráulica, incrementan la rugosidad.


Materiales de las Tuberías forzadas:

• Acero:

Soporta altas presiones de trabajo, liviano, vida útil de 50

años. Es atacada externamente por suelos ácidos o alcalinos,

es susceptible a la tuberculización (incrustaciones de óxido),

reducen la sección hidráulica, incrementan la rugosidad.

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• Concreto:

Sin refuerzo de acero para presiones bajas, por lo general

refuerzo de varillas o cilindro de acero revestido interna y

externamente con mortero, vida útil de 75 años. Gran

resistencia a cargas externas y presión interna. Susceptible

al deterioro por suelos ácidos



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• Plástico (PVC; GRP; PE):

Son fabricadas en materiales sólidos o fibras reforzadas,

polivilino de cloruro (PVC), poliéster reforzado con fibra de

vidrio (GRP) o polietileno de alta densidad (PE,). Son

livianas, fácil manejo, resistentes a la corrosión, baja

rugosidad relativa, se acomoda al terreno, gran resistencia a

cargas externas.



Características de tubos de PVC (tipo biax)

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Modificación del trazado

Cambiar el alineamiento

horizontal de la tubería,

longitud de tubería mucho

mayor, costos altos.

Cambiar clase de tubería

(material), en caso de

requerir presiones altas.

Construcción de cámaras

de presión

Modifica la línea

piezométrica, presión igual

a la atmosférica, reducir

presión en puntos críticos

CAMARAS ROMPE PRESION

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Especificaciones de diseño de la Línea de Conducción.

Período y caudal de diseño

Presión de diseño

Pdiseño < Ptrabajo de la tubería

Pdiseño = 1,3 x máx( P estática, P golpe de ariete)

Estática máxima x 1,3 (factor de seguridad),

Sobrepresión por golpe de ariete no sobrepase la presión

estática máxima



Velocidades mínima y máxima

Vmín = 0,6 m/s.

Vmáx= depende material de la tubería, en general se

recomienda máx 6 m/s (verificar con sobrepresión de golpe

de ariete)

Revisar Numeral 5.2.4 pag 110 a 120

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Diámetro mínimo de la tubería

Anclajes o muertos

En los cambios de alineación de tubería (h o v), se generarán

esfuerzos que deben ser absorbidos por los anclajes, (h

ciclópeo o armado).


Dimensiones de las Zanjas

Hmín = 0,6 -1.0 m

Hierro F = 0,6 m

PVC= 0,8 m

Dependerá de la carga

esperada

Ancho de zanja=D + 0,3 (0,5)m

B< 1,5 D

Tubería debe asentarse sobre

material de relleno (arena,

grava), exento de materia

orgánica

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Diseño hidráulico de tubería. Ecuación de Darcy-Weisbach

Modelo matemático desarrollado por los Ings. Henry Darcy y

Julius Weisbach, a finales de los 20, basado en desarrollo

matemático de la física clásica, el que mejor describe, la

perdida de energía en una tubería, lo complementan

Reynolds y otros

f depende de Re y de la rugosidad

relativa (ks/D)

ks es rugosidad absoluta y

depende del material. Re está en

función de la viscosidad

cinemática v= m/r

Diseño hidráulico de tubería. Ecuación de Darcy-Weisbach

Se recurre al

Gráfico de Moody

Flujo Laminar Re<2000;

f = 64/Re

Flujo Turbulento

Re>4000;

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DIAGRAMA DE MOODY

EJERCICIO

Una tubería de 13 km de longitud conduce 0,3 m3/s de agua

a una planta hidroeléctrica, el diámetro del tubo es de 14

pul, su rugosidad relativa es de 0.0004. calcúlese la pérdida

de carga a una temperatura de 30oC

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Ecuación de Hazen Williams

Ecuación de fácil utilización

Q = 0,2785 C D2,63J0,54


Pérdida de carga, J

Se busca igualar la

pérdida de carga total

con el desnivel máximo

que ofrece el terreno,

con el fin de que D mas

pequeño, por lo tanto

más económico.

J = N1 - _N2

L1+L2+L3

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Pérdidas de carga localizadas

Estas pérdidas corresponden a los

accesorios: entrada, salida, válvulas

y codos.

hf = k V12 (entrada, salida, válvulas)

2g

hf = 0,25 V2 f (cambio de dirección) 2g 90

La suma de todas las pérdidas locales

debe restarse a la perdida de carga

disponible por nivel (H)


Golpe de Ariete

Efecto de choque violento o

sobrepresión súbita producida sobre las

paredes del conducto a presión, al

modificarse de manera instantánea el

movimiento del fluido (cierre repentino

de válvula)

Lámina contigua a la válvula se

comprime y convierte su energía de

velocidad en energía de presión, causa

dilatación de tubería y dilatación

elástica de la lámina, y así aguas

arriba.

La onda de sobrepresión en la última

lámina, tiende a salir de la tubería con una

con una V, igual pero en sentido contrario (-

V), extremidad inferior cerrada, produce una

depresión interna de las láminas y genera

una onda de sobrepresión aguas abajo

www.youtube.com/watch?v=cmaBA1Phyll

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Golpe de Ariete


Golpe de Ariete

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Medidas para evitar el golpe de

ariete 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.

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Combinación de tuberías

Perfil de combinación de tuberia

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TALLER

Determinar el diámetro de la tubería de PVC que conduce

un caudal de diseño, siendo que la población es de 58000

hab, con una tasa de crecimiento de 1,5% y dotación de 150

l/hab, desde un tanque desarenador hasta el tanque de

almacenamiento con una longitud de 750 m. El nivel de

agua en el desarenador es 92,5 y la cota de descarga en el

almacenamiento es de 74. Determine la cota piezométrica

final.

Problema

Determinar el diámetro de la tubería de acero que conduce

un caudal máximo diario de 350 l/s desde el tanque

desarenador hasta el tanque de almacenamiento con una

longitud de 1500 m. En la abscisa 1200 se tiene una cota de

imber de la tubería de 66,5. Se ha previsto una válvula

intermedia en la abscisa 800 a la cota 81. El nivel de agua

en el desarenador es 98 y la cota de descarga en el

almacenamiento es de 69.

Tomando en consideración los accesorios a colocar, calcular

la perdida de carga y determinar si el diámetro de la tubería

cambia por las perdidas adicionales por los accesorios.

Determine el Golpe de ariete y compruebe la presión de

trabajo para la tubería escogida.

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