Semana 8 - Linea de Conduccion, Almacenamiento y Aduccion
-
Upload
luis-jacinto-campos-estrada -
Category
Documents
-
view
189 -
download
5
Transcript of Semana 8 - Linea de Conduccion, Almacenamiento y Aduccion
DEFINICIÓN
Se llama " Línea de conducción " al conjunto integrado por tuberías, estaciones de
bombeo y accesorios cuyo objetivo es transportar el agua, procedente de la fuente
de abastecimiento, a partir de la obra de captación, hasta el sitio donde se localiza
el tanque de regularización, planta potabilizadora o directamente a la red de
distribución.
Esta conducción, se puede efectuar de dos maneras, dependiendo de la ubicación
de la fuente de abastecimiento con respecto a las obras de regularización.
Si la fuente de abastecimiento se encuentra en un nivel topográfico arriba del
tanque de almacenamiento, la conducción se realizara por gravedad, ya sea
trabajando como canal (sin presión), o como tubo (a presión), siendo este ultimo el
más común en las obras de abastecimiento de agua potable.
Si la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel topográfico abajo del tanque
de regularización, la conducción se realiza por bombeo.
Podemos Clasificar las líneas de conducción en los siguientes grupos:
1. Por gravedad
2. Por Bombeo
3. Una combinación de ambas ( mixta )
Línea de Conducción por gravedad:
Se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es
mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del
agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energías disponibles.
Las Líneas de conducción por gravedad Tiene dos variantes :
1.- Por canales (sin presión), cuando la línea piezometrica coincide con la
superficie del agua.
CANALES.En estos casos el gradiente hidráulico coincide con la superficie libre del liquido
que circula por ellos, ya que no tienen variaciones en su presión, sino que
conservan la presión atmosférica. Lo que caracteriza a un canal abierto o cerrado
es que el agua escurre a la presión atmosférica, es decir, que la línea
piezometrica coincide con la superficie libre del agua. La elección de este
tipo de obra depende de la disponibilidad suficiente de agua en la fuente, del
clima, de la topografía, de la constitución geológica del terreno en que se va
alojar y el tipo de cooperación ofrecida por la localidad respecto a mano de obra;
pues como la conducción debe tener la capacidad suficiente para llevar el gasto
máximo diario, el canal debe conducir un gasto mayor en previsión a las perdidas
por filtración y evaporación (disponibilidad de agua, geología, clima).
La influencia topográfica se acusa en la inaccesibilidad a la línea para llevar
materiales hasta el sitio de su instalación, influye asimismo en el que el convenio
para su ejecución de la obra se estipule como cooperación de la mano de obra de
la localidad, esto posiblemente no reduzca el costo de excavación y relleno, pero
si allana considerablemente la dificultad para encontrar mano de obra segura.
Desde luego que una obra de conducción en estas condiciones, frustraría las
medidas sanitarias tomadas al captar el agua, por lo que para preservarla de
contaminación de aguas de terrenos adyacentes, de impurezas de la atmósfera y
al mismo tiempo evitar la filtración y la evaporación debe revestirse el fondo y los
taludes y cubrirlas con losas precoladas, tabiques, lajas, etc., estas proposiciones,
aunque no se debe, pueden evitarse si en la planeación del sistema se ha
considerado el tratamiento del agua en alguna forma al final de la conducción.
Debe hacerse notar que por la naturaleza misma del escurrimiento (gravedad) y
por razones de conservación, las pendientes son pequeñas, por lo cual es
necesario desarrollar el canal cuidando que la velocidad no baje de limites
mínimos, 50 cm.p.s para no provocar azolves, ni exceda del máximo (tierra
arcillosa de 1 a 1.5 m.p.s., mampostería de 1.5 a 2.5 m.p.s, concreto de 2.5 a 3.5
m.p.s.) para no causar erosiones.
Naturalmente que en ocasiones, en la localización del canal se intercalan caídas a
rápidas, puentes-canales, pasos subterráneos (los llamados pozos invertidos) y
túneles.
Azolves: Deposición de sedimentos transportados por el agua.
Un canal cubierto demanda mayor
inversión, pero evita la contaminación que
es sumamente importante porque es
congruente con el fin primordial de la
ingenierita sanitaria en el manejo del
agua para el consumo humano; evita
además la evaporación, la infiltración y
hace más simple el tratamiento.
En el cálculo de canales las secciones
empleadas son las de tipo trapecial,
rectangular y semicircular. Aunque la
más económica es la semicircular, la más
practica y común es la trapecial.
En general los canales se revisten de
concreto armado, colado en el lugar de la
obra, pero pueden ser de mampostería o
de tierra.
La formula más comúnmente empleada para calcular el gasto es la de chezy
con coeficientes de Manning o de Bazin;
Q = AV --------------------------- Formula de continuidad
V = C(RS)1/2 -------------------- formula de Chezy para velocidad.
V = 1/n x R^2/3 x S^1/2----- formula para determinar la velocidad por Manning
Valores de n dados por Horton para ser empleados en las formulas de Kutter o
Maning:
• Para canales en tierra, rectos y uniformes 0.025
• Para canales en roca, lisos y uniformes 0.033
• Para canales en roca salientes y sinuosos 0.040
• Para canales revestidos de concreto 0.014 a 0.016
• Para canales de mampostería con cemento 0.020 a 0.025
Valor de m:
• Para canales de tierra 1.30
• Para paredes lisas, de concreto 0.16
• Para paredes de canto rodado o roca con salientes 0.46
• Para paredes mixtas 0.55
Debe aprovecharse al máximo la pendiente disponible pero siempre limitada por la
velocidad máxima compatible con la erosión. Si se pasan estos valores se deben
establecer saltos espaciados para perder altura.
La elección del coeficiente de rugosidad debe fijarse en forma restrictiva suponiendo
superficies más toscas de lo que son, previendo un desmejoramiento futuro,
especialmente si los canales son pequeños. No debe olvidarse que en un canal
descubierto únicamente pueden conducir aguas crudas por razones sanitarias.
Ejemplo 1.- Diseñar la línea de conducción por gravedad ( canal) ; que transporta
un gasto de 2.5 m3/seg. Por un canal de sección trapecial, de 1.50 m de plantilla,
talud 1:1, pendiente del fondo del canal So = 0.0004 y un coeficiente de rugosidad
de manning n = 0.017, encuentre la profundidad del flujo “d”.
CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD.
2.- TUBERÍAS.
Para el proyecto de líneas de conducción a presión se deben tomar en cuenta los
siguientes factores principales:
Topografía
El tipo y clase de tubería por usar en una conducción depende de las
características topográficas de la línea. Es conveniente obtener perfiles que
permitan tener presiones de operación bajas, evitando también tener puntos altos
notables.
Afectaciones
Para el trazo de la línea se deben tomar en cuenta los problemas resultantes por
la afectación de terrenos ejidales y particulares. De ser posible se utilizaran los
derechos de vías de cauces de agua, caminos, ferrocarriles, líneas de transmisión
de energía eléctrica y linderos.
Clase de terreno por excavar (Geotecnia)
En general, las tuberías de conducción deben quedar enterradas, principalmente
las de asbesto cemento y PVC.
Cruzamientos .
Durante el trazo topográfico se deben localizar los sitios más adecuados para el
cruce de caminos, vías férreas, ríos, etc.
Normas de calidad y comportamiento de tuberías.
Si el gasto disponible de la fuente es menor al gasto máximo diario que requiere
la población, es necesario buscar otra fuente de abastecimiento complementaria
para proporcionar la diferencia faltante.
Tomando en cuenta que el tiempo de funcionamiento de la conducción por
gravedad es de 24 horas, el gasto faltante se obtiene con la expresión :
Donde Qmd es el gasto medio diario y T es el tiempo de funcionamiento del gasto
( Q) faltante en horas.
En un sistema de agua potable por gravedad donde el gasto de la fuente de
abastecimiento sea mayor o igual al máximo diario, no es necesario construir un
tanque de regularización.
Selección de la alternativa más viable
Para un trazo definido de la conducción, después de haber encontrado el diámetro,
el material más económico, y de haber probado varias alternativas de dispositivos
de alivio, se selecciona la alternativa que mejor convenga desde el punto de vista
hidráulico y económico.
Es indispensable conocer las especificaciones de fabricación de las tuberías
disponibles en el mercado, las pruebas de control de calidad, así como las
recomendaciones para su transporte, manejo y almacenaje.
METODOLOGÍA DE DISEÑO.
Los pasos a seguir para el diseño de una línea de conducción por Gravedad
trabajando a presión son:
PASO 1: TRAZO PLANIMETRICO.
Obtener un plano topográfico de la región, con curvas de nivel espaciadas
razonablemente y, en su defecto, hacer estudios topográficos siguiendo distintas
rutas en dicha región, que nos permitan estudiar el trazado que nos dé la línea de
conducción más económica, o sea la más corta y de menor diámetro;
generalmente este es el resultado de varios tanteos. La conducción sigue los
accidentes del terreno y, si se usan tubos de asbesto-cemento o PVC, va enterrada
en una zanja, como medida de protección contra los agentes exteriores.
Los cambios de dirección, tanto en el plano horizontal como en el vertical, deben
efectuarse por medio de curvas suaves, utilizando la deflexión que permite las
uniones de los distintos tipos de tubos.
PASO 2: TRAZO ALTIMETRICO
Debe hacerse un estudio del trazado en un plano vertical, es decir, debe construirse
un perfil de dicho trazado.
Por medio de esta representación grafica podremos conocer los accidentes
topográficos presentes y sus dificultades; las posiciones relativas de la tubería con
el terreno y con relación a la línea piezometrica, etc. Debe tenerse especial cuidado
de que la línea de conducción se encuentre siempre por debajo de la línea
piezometrica.
La figura anterior muestra una
conducción mal trazada, que tendrá
presión negativa (vacío) en los
lugares que se encuentran sobre la
línea piezometrica. Evidentemente,
en los puntos C y D, en donde la
línea piezometrica corta a la
tubería, la carga de presión se
iguala a la atmosférica.
Si la velocidad del agua no es suficientemente grande, en el punto E se desprenderá
el aire que lleva siempre disuelto el agua, con mayor facilidad que el caso que ya
hemos estudiado antes, en que la línea piezometrica esta por encima de la tubería en
un punto alto. Además, el aire puede entrar por las juntas imperfectas de la tubería
entre los puntos C y D. Este aire modificará la línea piezometrica pasara de la
posición HF a la HE. Como el gasto que circula por toda la tubería es el mismo, la
línea piezometrica en su parte inferior tendrá que ser paralela a HE y, por tanto, la
tubería entre E Y G estará sometida a la presión atmosférica y no trabajara a sección
llena.
Aunque se puede dar solución a este problema colocando en el punto E una bomba
de vació para extraer el aire y mantener el grado de vació existente, será preferible
evitarlo buscando mejores trazos de la línea de conducción, siempre que esto sea
posible. Las tuberías que pasan sobre la línea piezometrica reciben el nombre de
sifones.
Si en el perfil del terreno natural aparece depresiones muy profundas, puede ser
económico colocar Cajas Rompedoras de Presión (Figura inferior), que tiene por
objeto romper la línea piezometrica, lo que dará lugar a tuberías de menor espesor y
por consiguiente, de menor costo.
Sabemos que la
clase de tubería a
usar está
determinada por la
presión a que se
encuentre sometida y
ésta ultima depende
de la distancia entre
la tubería y la línea
piezometrica.
Golpe de Ariete
El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste
en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento
oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es
una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como
en abastecimientos por gravedad.
El golpe de ariete es una gran fuerza destructiva que puede presentarse en
cualquier sistema de bombeo, cuando en este el caudal (gasto) cambia
repentinamente de un momento a otro cualquiera que sea la causa.
Es pues, esencial y necesario que el ingeniero sea capaz de predecirlo
(golpe de ariete), a la vez que estima la presión máxima que este puede
llegar a producir y si es posible, instalar equipo capaz de reducir esta
presión, hasta que quede dentro de los limites de seguridad.
Concepto 01
Concepto 03
Concepto 02
Es el aumento brusco de la presión de agua que se produce dentro de la
tubería.