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Tema 5.- Conducciones forzadas. Materiales de tubería

Tema 5.- Conducciones forzadas. Materiales de tuberías

Definición y conceptos previos

Tuberías de policloruro de vinilo (PVC)

Tuberías de polietileno (PE)

Tuberías de fibrocemento

Tuberías de fundición

Tuberías de aluminio

Tuberías de acero

Tuberías de hormigón


Las conducciones forzadas o tuberías a presión son aquellas que

funcionan a plena sección y en las que el movimiento del líquido se debe

a la presión reinante en el interior, pudiendo presentar, por tanto

pendientes y contrapendientes

Una tubería es un conjunto de tubos y accesorios unidos mediante juntas

para formar una conducción cerrada.

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Un tubo es un elemento de sección circular.


Los accesorios pueden ser:

Piezas especiales: unidades que posibilitan los empalmes, cambios de

dirección (codos), derivaciones, variaciones de sección, etc

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Los accesorios pueden ser:

Dispositivos auxiliares: Aparatos que protegen y facilitan el buen

funcionamiento de la red. Los más importantes son válvulas y las

ventosas.


Las juntas son unidades que se emplean para unir tubos entre sí y con

los accesorios.

Una red de distribución es un conjunto de tuberías principales,

secundarias, terciarias, etc.

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Tipos de válvulas

Las válvulas se pueden clasificar según diferentes criterios, siendo los

más comunes:

Por su accionamiento

Manuales

Válvulas de esfera: El dispositivo que permite la apertura y el cierre es

una esfera, pudiendo adoptar posiciones intermedias para una apertura

parcial. Se emplean en tuberías de pequeño diámetro.


Tipos de válvulas


Manuales

Válvulas de asiento: El elemento de cierre es un disco que se asienta

sobre el cuerpo de la válvula

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Tipos de válvulas


Manuales

Válvulas de mariposa: El elemento de cierre es un disco giratorio que

puede ser accionado mediante una palanca o un tornillo sinfín.

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Tipos de válvulas


Manuales

Válvulas de compuerta: La válvula se cierra mediante una compuerta

accionada mediante un volante.


Tipos de válvulas


Manuales

Válvulas de esfera

Válvulas de asiento

Válvulas de mariposa

Válvulas de compuerta

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Tipos de válvulas


Automáticas

Válvulas hidráulicas: Se accionan hidráulicamente, pudiendo ser de dos

tipos, normalmente abiertas y normalmente cerradas.


Tipos de válvulas


Automáticas

Válvulas hidráulicas: Se accionan hidráulicamente, pudiendo ser de dos

tipos, normalmente abiertas y normalmente cerradas.

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Tipos de válvulas


Automáticas

Electroválvulas: Se accionan de forma eléctrica, y son típicas de

instalaciones automatizadas en las que el riego se programa por tiempo,

caudales,…

Válvula hidráulica

accionamiento manual

Electroválvula hidráulica Electroválvula hidráulica

Con posibilidad de

accionamiento manual



Con flotador


Reductora de presión

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Válvula de asiento automatizada

Válvula de compuerta automatizada

Válvulas de mariposa automatizada


Tipos de válvulas


Manuales

Válvulas de esfera

Válvulas de asiento

Válvulas de mariposa

Válvulas de compuerta

Automáticas

Válvulas hidráulicas

Electroválvulas

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Tipos de válvulas

Por la función que realizan

Válvulas de regulación o llave de paso:

Son unidades que permiten estrangular o interrumpir el paso de una

corriente líquida.

Es la función de un hidrante, que es una válvula de regulación que

permite derivar agua de una tubería


Tipos de válvulas


Válvulas de retención:

Dispositivos que consisten en una compuerta giratoria, cuya apertura se

produce al paso del líquido y su cierre es por gravedad, impidiendo el

retroceso.

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Tipos de válvulas


Válvulas de retención:

Es obligatorio instalar válvulas de retención en puntos estratégicos de la

instalación para proteger a la red de sobrepresiones producidas por el

golpe de ariete.

También a la salida del grupo motobomba, y cuando se utiliza en el riego

aguas procedentes de conducciones urbanas, antes del punto de

inyección de los fertilizantes, de manera que se impida el retro ceso del

flujo y la contaminación del agua


Tipos de válvulas


Válvulas de pie:

Es un caso particular de válvula de retención que se instala en la base de

la tubería de aspiración para evitar su vaciado (descebado) ya que debe

estar llena de agua para su funcionamiento.

BOMBA

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Tipos de válvulas


Válvulas de seguridad:

Dispositivos que permiten la fuga automática de un caudal líquido para

evitar un incremento de presión en la tubería sobre la presión prefijada.

Constan de un elemento móvil sobre el que se actúa,

por un lado con la presión del agua, y por el otro con

un resorte calibrado, de manera que la válvula se

abre si la presión del agua es mayor, permitiendo la

salida de parte del caudal, lo que provoca una

pérdida de presión.


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Tipos de válvulas

Por la función que realizanVálvulas reductora de presión:

Es un dispositivo que permite una pérdida de carga localizada cuando la

presión sobrepasa un valor dado. Este tipo de válvulas protegen a la red

de sobrepresiones y permiten una presión adecuada en las derivaciones.


Tipos de válvulas


Válvulas reguladora de caudal:

Impide el paso de un caudal superior al preestablecido, manteniéndolo

constante en un valor prefijado.

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Tipos de válvulas


Válvulas de drenaje:

Permiten desaguar las tuberías tras el riego, con lo que se evita la

formación de depósitos de precipitados y microorganismos. Básicamente

constan de un resorte que se mantiene cerrado mientras existe presión

en la red.


Tipos de válvulas


Válvulas antidesagüe:

Impiden el vaciado de la tubería a través de emisores situados en puntos

bajos.

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Tipos de válvulas


Válvulas de flotador:

Corta el paso del agua cuando su nivel ha alcanzado cierta altura.


Tipos de válvulas


Válvulas de regulación o llave de paso

Válvulas de retención

Válvulas de pie

Válvulas de seguridad

Válvulas reductora de presión

Válvulas reguladora de caudal

Válvulas de drenaje

Válvulas antidesagüe

Válvulas de flotador

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Ventosas

Son unas válvulas que permiten la salida del aire que se acumula en las

conducciones de agua.


PRESIONES

Presión de prueba en fábrica o presión de fábrica (Pf): Es aquella

presión sobre la que se timbran y clasifican los tubos comerciales, que

habrán de superar en fábrica sin romperse ni perder estanquidad.

Presión nominal (PN): Aquella por la que se conoce comercialmente y

que sirve para tipificar, clasificar y timbrar los tubos. Es un número

convencional que coincide con la presión de trabajo a 20ºC en tuberías

de plástico (PVC y PE).

Presión de rotura (PR): Aquella a la cual se rompe la tubería

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PRESIONES

Presión de trabajo (PT): Máxima presión a la que se recomienda que

trabaje el tubo, ya que es la máxima presión interna a la que puede estar

sometido un tubo en servicio a la temperatura de utilización. Constituida

por la presión de servicio más las sobrepresiones accidentales que

pudieran producirse, como por ejemplo las debidas al golpe de ariete.

Presión de servicio (PS): Presión a la que efectivamente se hace

trabajar la tubería. Siempre debe ser menor o igual que la presión de

trabajo.

T

R

PP

Se denomina coeficiente de seguridad al cociente


PRESIONES

El empuje sobre la superficie

cilíndrica equivale al empuje sobre la

proyección de la misma en el plano

diametral considerado.

T1

T2

D P F =F

F T T 21 =+

Pr2

PDT T 21 === Considerando la presión muy superior al efecto de la

gravedad, despreciando por tanto el peso del líquido

(Fórmula de Mariotte)

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PRESIONES

Para un espesor de pared del tubo e,

el esfuerzo de tensión en la pared

del tubo es:

T1

T2

ePr

eTσ == F


PRESIONES

Para la presión de rotura T1

T2

eσ 2 T2DP RR ==F

Dσ e 2P R

R =

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PRESIONES

Según la presión que pueden soportar (PR), los tubos se clasifican en:

De baja presión < 3 atm

De media presión 3-10 atm

De alta presión > 10 atm

Las características que definen los tubos y accesorios son: diámetro,

espesor y presiones.


Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC)

Material termoplástico fabricado a partir de resinas de PVC y aditivos para

evitar su deterioro (lubricantes, estabilizantes y colorantes).

Ventajas

Coste, resistencia, ligereza, facilidad de montaje

Inconvenientes

Fotosensible (se debe utilizar pinturas o enterrarlo)

DN = Diámetro exterior

PN = PT a 20º C PS ≤ PT SIEMPRE

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Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC)

Las uniones se realizan por encolado con adhesivos especiales

(soldadura en frío) o por junta elástica

Los tubos PN – 4 no resisten presiones negativas, solo se utilizan para

unión por encolado


Tuberías de Polietileno (PE)

Procede del etileno mediante procesos de polimerización a los que se añaden

productos para aumentar su resistencia a la oxidación y a los rayos UVA (de

ahí su color negro humo típico)

Ventajas

Inconvenientes

Ligereza, flexibilidad, duración, resistencia a la formación de

incrustaciones, intemperie

Más caro que el PVC

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Tuberías de Polietileno (PE)

PE de baja densidad (LDPE, PEBD, PE32) ρ≤930 kg/m3

PE de media densidad (MDPE, PEMD, PE50B) 931< ρ < 940 kg/m3

PE de alta densidad (HDPE, PEAD, PE50A) ρ > 940 kg/m3

DN = Diámetro exterior

PN = PT a 20º C

PT = Presión interna máxima que soporta el tubo con un coeficiente de

seguridad que recoge las variaciones debidas a su uso continuado de 50

años PE 32 1,37

PE 50B 1,6

PE 50A 1,6


Tuberías de Fibrocemento

Fibrocemento = mezcla homogénea de agua, cemento y fibras

Ventajas

Inconvenientes

Resistentes a formación de incrustaciones y a altas temperaturas

Amplia gama de piezas especiales

Fácil montaje y reparación

Coste aceptable

Relativa fragilidad

No se debe usar con aguas con sulfatos o muy duras

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Tuberías de Fibrocemento

DN = Diámetro interior

PT = PN/2

Pmax en servicio menor que la Presión de trabajo, al dimensionar

Se usa con diámetros mayores que el PVC y el PE


Tuberías de Fundición

Se realiza con hierro fundido, recubierto el interior y el exterior con betunes ,

pinturas, etc para evitar las corrosiones

Ventajas

Inconvenientes

Mayor resistencia y duración (instalaciones contra incendios)

Alto coste

Riesgo de incrustaciones y corrosiones si no está convenientemente

protegida

Fundición gris

Fundición dúctil (+ resistente)

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Tuberías de Aluminio

Aleación de aluminio y magnesio o manganeso.

Se utiliza para instalaciones de riego por aspersión móviles y semifijas.

Ventajas

Inconvenientes

Ligeras

Gran duración

Resistentes a oxidación

El principal, su elevado coste

La unión entre tubos se hace por un sistema mecánico (palanca) o hidráulico


Tuberías de Acero

Aleación de hierro y carbono.

Para la interperie se utiliza acero galvanizado o pintura negra protectora

Se utilizan para

columnas de impulsión, (bombas buzo-superficie)

Tubos portaaspersores

Piezas especiales (hidrantes, etc)

Soportan altas presiones pero trabajan mal a compresión

Tubos roblonados (remaches)

Tubos soldadosSe fabrican con chapas de acero

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Tuberías de Hormigón

Hormigón en masa: Tuberías de gravedad (sin presión interior ni carga

exterior), alcantarillados, drenajes, etc

Hormigón armado: Gran resistencia a presiones y cargas exteriores. Para

grandes caudales de agua

Hormigón pretensado: Para mayores presiones

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