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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

LINEAS DE CONDUCCION

CURSO: Mecánica de los Fluidos II

DOCENTE: ING. ARBULU RAMOS JOSE

INTEGRANTES:  

FERNANDEZ NUÑES CRISTIAN QUISPE CABALLERO JUAN JOSE

GRUPO:

01

CICLO:

2018-I

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INDICE INTRODUCCION.....................................................................................................................

4

1. Definición de las líneas de conducción.................................................................................

5

2. Las Líneas de conducción se pueden clasificar en .........................................................

5

2.1. 2.2. 2.3.

Línea de conducción por gravedad........................................................................... Línea de conducción por bombeo................................................................................ Línea de conducción por bombeo gravedad .............................................................

3. Componentes de una línea de conducción............................................................................

6 6 7 8

3.1.

Tuberías........................................................................................................................

8

3.2.

Piezas especiales..........................................................................................................

9

3.3.1.

Juntas ……………………………………………………………….......................

10

3.3.2.

Carretes ………………………………………………………………....................

10

3.3.3.

Extremidades …………………………………………………………...................

10

3.3.4.

Tees ……………………………………………………………..............................

10

3.3.5.

Cruces ………………………………………………………………....................... 10

3.3.6.

Codos ………………………………………………………………........................ 10

3.3.7.

Reducciones …………………………………………………………….................

3.3.8.

Coples …………………………………………………………............................... 10

3.3.9.

Tapones y Tapas …………………………………………………………………..

3.3.

10

10

Válvulas .......................................................................................................................... 10

3.3.1.

Válvula de Admisión y expulsión de aire ………………………………………..

10

3.3.2.

Válvula de no Retorno ………………….………………………………………..

11

3.3.3.

Válvula de Seccionamiento ……………….……………………………………….. 11

4.Criterios de Diseño………………………….............................................................................

12

4.1.

Carga Disponible ............................................................................................................. 12

4.2.

Gasto de Diseño ............................................................................................................... 13

4.3.

Clases de Tubería ...........................................................................................................

4.4.

Diámetro ………….......................................................................................................... 14

4.5.

Estructuras Complementarias ..........................................................................................

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13

14

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4.5.1.

Válvula de aire ............................................................................................................

4.5.2.

Válvula de Purga ......................................................................................................... 15

4.5.3.

Cámara rompe presión ................................................................................................. 15

5. Líneas de gradiente hidraulica................................................................................................. 5.1.1.

14

15

Línea de Gradiente Hidráulica con Presión Negativa................................................... 16

6. PERDIDA DE CARGA..................................................................................................................

17

6.1.1.

Perdida de carga unitaria……………………………................................................... 17

6.1.2.

Perdida de carga por Tramo……………...…………................................................... 20

7. PRESION……………....................................................................................................................

20

8. COMBINACION DE TUBERIA..................................................................................................

22

9. CAMARA ROMPE PRESION CRP............................................................................................

23

6.1.2.

Tipos……………………...……………...…………................................................... 24

10. EJERCICIOS DE APLICACIÓN…..........................................................................................

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1.-INTRODUCCION

En el presente trabajo se mostrará las diversas formas u estudios de investigación de la que se realizó para poder detallar sobre las líneas de conducción como se sabe son estructuras que transporta el agua desde la captación hasta la planta de tratamiento. Ofreciendo una investigación de bibliografías extranjeras, se ofreció un estudio de una información adecuada sobre el tema, obteniendo condiciones inherentes tales como: Caudal de diseño, velocidades permisibles, presión, clase y calidad de tubería. En el diseño de una línea de conducción, se hace un análisis de cada uno de sus tramos, siguiendo criterios de orden lógico y razonable, para llegar a resultados que sean satisfactorios

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1.-DEFINICIÓN DE LAS LÍNEAS DE CONDUCCIÓN La línea de conducción en un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad es el conjunto de tuberías, válvulas, accesorios, estructuras y obras de arte encargados de la conducción del agua desde la captación hasta el reservorio, aprovechando la carga estática existente. Debe utilizarse al máximo la energía disponible para conducir el gasto deseado, lo que en la mayoría de los casos nos llevara a la selección del diámetro mínimo que permita presiones iguales o menores a la resistencia física que el material de la tubería soporte. Las tuberías normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el caso de que, a lo largo de la ruta por donde se debería realizar la instalación de las tuberías, existan zonas rocosas insalvables, cruces de quebradas, terrenos erosionables, etc. que requieran de estructuras especiales. Para lograr un mejor funcionamiento del sistema, a lo largo de la línea de conducción puede requerirse cámaras rompe presión, válvulas de aire, válvulas de purga, etc. Cada uno de estos elementos precisa de un diseño de acuerdo a características particulares.

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2.-LAS LÍNEAS DE CONDUCCIÓN SE PUEDEN CLASIFICAR EN: 2.1.-Línea de conducción por gravedad Una 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 disponible. Es decir, se hace uso de la topografía existente de manera que la conducción se lleve a cabo sin necesidad de bombeo y se alcanza un nivel aceptable de presión. Algunas ventajas de este esquema son la inexistencia de costos de energía, operación sencilla, bajos costos de mantenimiento y reducidos cambios de presión.

2.2.-Línea de conducción por bombeo La conducción por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energia para transportar el gasto de diseño. Este tipo de conducción se usa generalmente cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es menor a la altura piezométrica requerida en el punto de entrega. El equipo de bombeo proporciona la energía necesaria para lograr el transporte del agua. En ciertos casos cuando aún no se cuenta con un tanque de almacenamiento para la provisión y balance de la demanda de agua, es común que el agua sea bombeada directamente a la red, esto pudiera aparentar una cierta ventaja dado que no se tiene el tanque de regulación respectivo que permita realizar una distribución a gravedad en la red, sin embargo, se deberá instalar en estos casos lo antes posible el tanque respectivo para que cese la operación con entrega directa de bombeo. P á g i n a 6 | 27

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Durante el tiempo que se pretenda realizar la entrega directa a la red se deberán tomar precauciones adicionales, como contar con una fuente de poder alternativa en el bombeo, automatizar el mismo en su operación, dar el mantenimiento de manera estricta a los equipos de bombeo, y lo más importante es que la fuente de abastecimiento debe ser capaz de proporcionar el gasto máximo horario que se demande, ya que de lo contario se tendrá déficit en el suministro.

2.3.-Línea de conducción por bombeo gravedad Si la topografía del terreno obliga al trazo de la conducción a cruzar por partes con mayor elevación que la superficie del agua en el tanque de regularización, conviene analizar la colocación de un tanque intermedio. La instalación de dicho tanque ocasiona que se forme una conducción por bombeo-gravedad, donde la primera parte es por bombeo y la segunda por gravedad.

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3.-Componentes de una línea de conducción 3.1-Tuberías Para los sistemas de agua potable se fabrican tuberías de diversos materiales como son acero, fibrocemento, concreto presforzado, cloruro de polivinilo (PVC), hierro dúctil, polietileno de alta densidad, poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y el fierro galvanizado, por mencionar algunos. Según Sampers (2010) en su libro Sistema de distribución de la gravedad. El diseño del sistema y de la construcción dice: Que en general, se prefieren tubos de polietileno de hasta 3 ". Por encima de este diámetro, las tuberías se vuelven difíciles de manejar (menos flexibles, pesadas y requieren juntas soldadas). El PVC es fácil de usar y está disponible en la mayoría de los países. Sin embargo, las tuberías de acero galvanizado (GI) se deben usar para todas las secciones no insertadas, cruces de cárcavas y secciones encerradas en mampostería. (p.397). Como afirma García (2013) en su libro de Sistema de Conducción para la región ALTOANDINA: Son las más utilizadas, son comunes en diámetros pequeños y se disponen en rollos de distinta longitud (normalmente de 100 metros). Se destacan por su flexibilidad, sencillez y rapidez para su instalación. Pero en comparación con tuberías de PVC de igual diámetro, las de polietileno tienen un costo mayor. En el mercado podemos encontrar tres tipos de tuberías de polietileno: a) Polietileno baja densidad: se identifica mediante la inscripción PEBD. Es utilizada principalmente para sistemas de riego por goteo, en tuberías de baja presión y en sistemas de porta goteros, por su alta flexibilidad. b) Polietileno de media densidad: se identifica mediante la inscripción PEMD. Tiene un espesor similar al de alta densidad, pero conserva una cierta flexibilidad. c) Polietileno alta densidad: se identifica mediante la inscripción PEAD. Presentan una gran resistencia y soportan en forma adecuada las temperaturas extremas, siendo baja la posibilidad de roturas y cortes al ser enterradas junto a piedras. En comparación con

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tuberías de media densidad, pierden mucha flexibilidad, además de ser más costosa. (p.85).

3.2.-Piezas especiales 3.2.1- Juntas En el libro de Criterios de Diseño de colorado para sistemas de agua potable encontramos (2013): Que los materiales de empaquetamiento y unión utilizados en las juntas de tubería deben cumplir con los estándares de AWWA y el Departamento. La tubería que tiene juntas mecánicas o juntas deslizantes con juntas de goma es privilegiado. Las juntas que contienen plomo no deben usarse. Juntas de transición aprobadas debe usarse entre materiales de tubería diferentes. (pag.101). Las juntas se utilizan para unir dos tuberías, estas al igual que las tuberías pueden ser de materiales rígidos, semirígidos o flexibles, dentro de las primeras se encuentran por ejemplo las de metal que pueden ser: Gibault o Dresser.

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3.2.2-Carretes Los carretes son tubos de pequeña longitud provistos de bridas en los extremos para su unión. Se fabrican de fierro fundido con longitudes de 25, 50, y 75 cm. 3.2.3-Extremidades Las extremidades son tubos de pequeña longitud que se colocan sobre alguna descarga por medio de una brida en uno de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50, y 75 cm. Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga. 3.2.4-Tees Las tees se utilizan para unir tres conductos en forma de T, donde las tres uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos de igual diámetro y uno menor, cuando esto último ocurre se le llama tee reducción. 3.2.5-Cruces Las cruces se utilizan para unir cuatro conductos en forma de cruz, donde las cuatro uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos mayores de igual diámetro y dos menores de igual diámetro, cuando esto último ocurre se le llama cruz reducción. 3.3-Válvulas 3.3.1 Válvula eliminador de aire La válvula eliminadora de aire cumple la función de expulsar el aire del tubo que continuamente se acumula en la tubería cuando ésta se encuentra en operación. 3.3.2 Válvula de admisión y expulsión de Aire La válvula de admisión y expulsión de aire se utiliza para expulsar el aire que contiene la tubería al momento de iniciar el llenado del conducto. Una vez que el agua ejerce presión sobre el flotador de la válvula, ésta se cierra y no se abre mientras exista presión en el conducto. Otra función de esta válvula es permitir la entrada de aire dentro del tubo al momento de iniciar el vaciado de la tubería, y con ello evitar que se presenten presiones negativas.

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3.3.3 Válvula de no retorno La válvula de no retorno es también conocida como válvula check, retenedora o de reflujo, y es aquella que permite el flujo en una sola dirección. Cuando se presenta un flujo en la dirección contraria la válvula se cierra hasta que se restablezca el sentido del flujo. Generalmente se colocan en las estaciones de bombeo y líneas de descarga para prevención. 3.3.4 Válvula de seccionamiento La válvula de seccionamiento se utiliza para permitir o impedir el paso del flujo del agua, cuando además se utiliza para reducir el gasto a un valor requerido, se le denomina válvula de control. Las válvulas de seccionamiento se clasifican de acuerdo al movimiento realizado al cerrarlas, por ejemplo, tipo compuerta, de mariposa, o de esfera. 3.4- Medios para control de transitorios 3.4.1 Válvula aliviadora de presion La válvula aliviadora de presion se coloca en la tubería para disminuir las sobrepresiones causadas por un fenómeno transitorio. Es un dispositivo provisto de un resorte calibrado para abrir la compuerta cuando la presion sobrepasa un valor determinado. 3.4.2 Cámara de aire La cámara de aire es un depósito cerrado, por lo general metálico, en cuyo interior una parte contiene un volumen de agua y el resto un volumen de aire. Se coloca normalmente al nivel del terreno natural. La función de una cámara de aire es aliviar las sobrepresiones y depresiones causadas por un fenómeno transitorio. Una cámara de aire contiene normalmente dos conductos, uno de vaciado y otro de llenado, el primero puede contener una válvula de no retorno para permitir la circulación del flujo únicamente del tanque hacia la conducción. El segundo conducto puede contener un dispositivo disipador de energía el cual puede ser, por ejemplo, un orificio, cuya función es evitar un incremento de presion cuando la cámara se está llenando.

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3.4.3 Tanque unidireccional El tanque unidireccional es un depósito que se coloca generalmente a una elevación superior a la del terreno natural y este por lo general se encuentra en contacto con la atmosfera por la parte superior. La elevación de la corona es menor a la carga piezometrica del punto de conexión del tanque con la conducción. La función de un tanque unidireccional es aliviar fundamentalmente las depresiones causadas por un fenómeno transitorio, provocado por un paro repentino de la bomba. Para evitar el vaciado del tanque cuando el gasto de la conducción es igual a cero, la elevación de la corona debe ser menor al nivel mínimo del agua en los depósitos conectados a la conducción. Debe contener un conducto de vaciado y otro de llenado. En el de vaciado se instala una válvula de no retorno para permitir el flujo únicamente del tanque hacia la conducción. En el conducto de llenado debe existir una válvula para cortar automáticamente el flujo cuando se alcance el nivel máximo del agua.

4.- Criterios de diseño:

4.1 Carga disponible: La carga disponible viene representada por la diferencia de elevación entre la obra de captación y el reservorio.

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4.2 Gasto de diseño: El gasto de diseño es el correspondiente al gasto máximo diario (Qmd), el que se estima considerando el caudal medio de la población para el periodo de diseño seleccionado (Qm) y el factor K1 del día de máximo consumo.

Qmd ═ (K1) (Qm) Donde el K1 oscila entre

(1,20 < K1 < 1,60)

4.3 Clases de tubería: Las clases de tubería a seleccionarse estarán definidas por las máximas presiones que ocurran en la línea representada por la línea de carga estática. Para la selección se debe considerar una tubería que resista la presion más elevada que pueda producirse, ya que la presion máxima no ocurre bajo condiciones de operación, sino cuando se presenta la presion estática, al cerrar la válvula de control en la tubería. En la mayoría de los proyectos de abastecimiento de agua potable para poblaciones rurales se utilizan tuberías de PVC. Este material tiene ventajas comparativas con relación a otro tipo de tuberías: es económico, flexible, durable, de poco peso y de fácil transporte e instalación. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE TUBERÍA PARA PRESIÓN SEGÚN LA NTP-ISO-4422 CLASE

PRESIÓN MÁXIMA

PRESIÓN MÁXIMA DE

FACTOR DE

DE PRUEBA (M)

TRABAJO EN (M)

SEGURIDAD

5

50

35(3.5bar)

1.4

7.5

75

50(5bar)

1.5

10

105

70(7bar)

1.5

15

150

100(10bar)

1.5

En el Cuadro y la Figura, se presentan las clases comerciales de tuberías PVC

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4.4 Diámetros: La selección del diámetro y material de la tubería debe considerar, además de los aspectos hidráulicos, el costo de instalación y el costo energético que implicaría su funcionamiento. Considere que un menor diámetro origina menor costo de instalación, pero mayores pérdidas en la conducción y por tanto un mayor consumo energético. 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 3.0 m/s; y las pérdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a la carga disponible. 4.5 Estructuras complementarias: 4.5.1 Válvulas de aire El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del área de flujo del agua, produciendo un aumento de perdida de carga y una disminución del gasto. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire pudiendo ser automáticas o manuales. Debido al costo elevado de las válvulas automáticas, en la mayoría de las P á g i n a 14 | 27

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líneas de conducción se utilizan válvulas de compuerta con sus respectivos accesorios que requieren ser operadas periódicamente. 4.5.2 Válvulas de purga Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la línea de conducción con topografía accidentada, provocan la reducción del área de flujo del agua, siendo necesario instalar válvulas de purga que permitan periódicamente la limpieza de tramos de tuberías. 4.5.3 Cámara rompe presion Cuando existe mucho desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar una tubería. En esta situación, es necesaria la construcción de cámaras rompe-presion que permitan disipar la energía y reducir la presion relativa a cero (presion atmosférica), con la finalidad de evitar daños en la tubería. Estas estructuras permiten utilizar tuberías de menor clase, reduciendo considerablemente los costos en las obras de abastecimiento de agua potable.

5.- Línea de gradiente hidráulica: La línea de gradiente hidráulica (L.G.H.) indica la presion de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. Cuando se traza la línea de gradiente hidráulica para un caudal que descarga libremente en la atmosfera (como dentro de un tanque), P á g i n a 15 | 27

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puede resultar que la presion residual en el punto de descarga se vuelva positiva o negativa. En el Figura(a) se observa la presión residual positiva, que indica que hay un exceso de energía gravitacional; quiere decir, que hay energía suficiente para mover el flujo. En la Figura (b) se observa 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.

5.1 Línea de gradiente hidráulica con presion negativa Todo el tramo de la tubería que está sobre la línea de gradiente tiene presión negativa. En los puntos de intercesión entre la línea de gradiente y la tubería es cero. Debe tenerse encuentra que se habla de presiones relativas. Por lo tanto, presión cero significa presión atmosférica y presión negativa significa presión menor que la atmosférica.

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6.- Perdida de carga: La pérdida de carga es el gasto de energía necesario para vencer las resistencias que se oponen al movimiento del fluido de un punto a otro en una sección de la tubería. Las pérdidas de carga pueden ser:  Perdidas de carga lineales o de fricción: Son ocasionadas por la fuerza de rozamiento en la superficie de contacto entre el fluido y la tubería  Perdidas de carga singular o local: Son producidas por las deformaciones de flujo, cambio en sus movimientos y velocidad (estrechamientos o ensanchamientos bruscos de la sección, torneo de las válvulas, grifos, compuertas, codos, etc.).

Cuando las pérdidas locales son más del 10% de las pérdidas de fricción, la tubería se denomina corta y el cálculo se realiza considerando la influencia de estas pérdidas locales. Debido a que en la línea de conducción las pérdidas locales no superan el 10%, para realizar los cálculos hidráulicos solamente se consideran las pérdidas por fricción. 6.1 Perdida de carga unitaria Para el cálculo de la pérdida de carga unitaria, pueden utilizarse muchas fórmulas, sin embargo, una de las más usadas en conductos a presión, es la de HAZEN Y WILLIAMS. Esta fórmula es válida únicamente para tuberías de flujo turbulento, con comportamiento hidráulico rugoso y con diámetros mayores a 2 pulg. Las Normas del Ministerio de Salud, para el cálculo hidráulico recomiendan el empleo de la fórmula de FAIR-WHIPPLE, para diámetros menores a 2 pulg.

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Sin embargo, se puede utilizar la fórmula de HAZEN Y WILLIAMS, con cuya ecuación los fabricantes de nuestro país elaboran sus nomogramas en los que incluyen diámetros menores a 2 pulg. 6.1.1 Ecuación de Hazen y Williams

𝑸 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟐𝟔𝟒 ∗ 𝑪 ∗ 𝑫𝟐.𝟔𝟒 ∗ 𝒉𝒇 𝟎.𝟓𝟒 Donde: 𝐃: Diámetro de la tubería (pulgadas) 𝐐: Caudal (l/s) 𝐡𝐟 : Pedida de carga unitaria (m/km) 𝐂: Coeficiente de Hazen-Williams expresado en pies1/2/seg. En caso de usar: MATERIAL

c

Fierro fundido

100

Concreto

110

Acero

120

Asbesto Cemento/P. V.C

140

Para una tubería de PVC o asbesto-cemento, donde el valor de C=140; el caudal, la pérdida de carga unitaria y el diámetro quedan definidos como: 𝑸 = 𝟐. 𝟒𝟗𝟐 ∗ 𝑫𝟐.𝟔𝟑 ∗ 𝒉𝒇 𝟎.𝟓𝟒

𝒉𝒇 = (

𝑸 )𝟏.𝟖𝟓 𝟐. 𝟒𝟗𝟐 ∗ 𝑫𝟐.𝟔𝟑

𝑫=

𝟎. 𝟕𝟏 ∗ 𝑸𝟎.𝟑𝟖 𝒉𝒇 𝟎.𝟐𝟏

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LINEAS DE CONDUCCION 6.1.2 Ecuación de Fair-Whipple

Para una tubería donde el valor de C=140, el caudal, la pérdida de carga unitaria y el diámetro quedan definidos como: 𝑸 = 𝟐. 𝟖𝟔𝟑𝟗 ∗ 𝑫𝟐.𝟕𝟏 ∗ 𝒉𝒇 𝟎.𝟓𝟕

Donde:

𝑫: Diametro de la tubería (pulgadas) 𝟏.𝟕𝟓 𝑸 𝒉𝒇 = ( ) 𝟐. 𝟖𝟔𝟑𝟗 ∗ 𝑫𝟐.𝟕𝟏

𝑫=(

𝑸: Caudal (l/s) 𝒉𝒇 : Pedida de carga unitaria (m/km)

𝟎.𝟑𝟕

𝑸 𝟐. 𝟖𝟔𝟑𝟗 ∗ 𝒉𝒇 𝟎.𝟓𝟕

)

6.2 Perdida de carga por tramo La pérdida de carga por tramo (Hf) se define como: 𝑯𝒇 = 𝒉𝒇𝒙𝑳 Siendo L la longitud del tramo de tubería (m). Para determinar la perdida de carga por tramo es necesario conocer los valores de carga disponible, el gasto de diseño y la longitud del tramo de tubería. Con dicha información y con el uso de nomogramas o la aplicación de fórmulas se determina el diámetro de tubería. En caso de que el diámetro calculado se encuentre entre los rangos de dos diámetros comerciales se selecciona el rango superior o se desarrolla la combinación de tuberías. Con el diámetro o los diámetros seleccionados se calculan las pérdidas de carga unitaria para finalmente estimar la perdida de carga por tramo. 7.- Presion: En la línea de conducción, la presion representa la cantidad de energía gravitacional contenida en el agua. En un tramo de tubería que está operando a tubo lleno, podemos plantear la ecuación de Bemoulli: 𝑷 𝟏 𝑽𝟏 𝟐 𝑷 𝟐 𝑽𝟐 𝟐 𝒁𝟏 + + = 𝒁𝟐 + + + 𝑯𝒇 𝜸 𝟐𝒈 𝜸 𝟐𝒈 Donde: P á g i n a 20 | 27 Z= Cota del punto respecto al nivel de referencia arbitraria (m).

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𝑷𝟏 𝜸

= Altura o carga de presión (P es la presión y

el peso específico del fluido) en (m).

𝑽 = Velocidad media en el punto considerado (m/s). 𝑯𝒇 = Es la perdida de carga que se produce en el tramo Se asume que la velocidad es despreciable debido a que la carga de velocidad, considerando las velocidades máximas y mínimas, es de 46 cm. y 18 cm. En base a esta consideración la ecuación de presion quedaría: 𝒁𝟏 +

𝑷𝟏 𝑷𝟐 = 𝒁𝟐 + + 𝑯𝒇 𝜸 𝜸

Se recomienda iniciar el diseño desde la cámara de captación. En esta estructura la presion es igual a la presion atmosférica, por lo que la carga de presion se asume como cero. El mismo criterio se aplica cuando se considera en el diseño como punto de partida una cámara rompe presion, resultando al final del tramo: 𝑷𝟐 = 𝒁𝟏 − 𝒁𝟐 + 𝑯𝒇 𝜸

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8.- Combinación de tuberías: Cuando se diseña una sección de tubería puede no haber un diámetro único de tubería disponible que de el factor de perdida de carga por fricción deseado. En este caso se usara una combinación de diámetros de tuberías. El método para diseñar la Línea de conducción mediante la combinación de tuberías tiene las ventajas 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, evita un mayor número de cámaras rompe presion. La longitud de cada tubería debe ser suficiente como para que la suma de las pérdidas de carga de cada una sea igual a la pérdida de carga total deseada.

Hf = Pérdida de carga total deseada (m). L

= Longitud total de tubería (m).

X

= Longitud de tubería del diámetro menor (m).

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La pérdida de carga total deseada Hf, es la suma de las pérdidas de carga en los dos tramos de tubería. 𝑯𝒇 = 𝒉𝒇𝟐 ∗ 𝑿 + 𝒉𝒇𝟏 ∗ (𝑳 − 𝑿) Despejando el valor de la longitud de la tubería de diámetro menor (X) resulta:

𝑿=

𝑯𝒇 − 𝒉𝒇𝟏 ∗ 𝑳 𝒉𝒇𝟐 − 𝒉𝒇𝟏

9.- Cámara rompe presión: Son estructuras pequeñas, su función principal es de reducir la presión hidrostática a cero u a la atmosfera local, generando un nuevo nivel de agua y creándose una zona de presión dentro de los límites de trabajo de las tuberías. Cuando existe mucho desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar una tubería. En esa situación, es necesaria la construcción de cámaras rompepresión que permitan disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión atmosférica), con la finalidad de evitar daños en la tubería. Tipos:  CRP Tipo 6.- Es empleada en la Línea de Conducción cuya función es únicamente de reducir la presión en la tubería.

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 CRP Tipo 7.- Para utilizarla en la red de distribución, además de reducir la presión regula el abastecimiento mediante el accionamiento de la válvula flotadora.

EJERCICIOS DE APLICACION P á g i n a 24 | 27

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EJEMPLO N° 1 Determinar los cálculos hidráulicos de la línea de conducción para la siguiente condición: Datos: Gasto de diseño (Qmd) = 2.1 Vs. Longitud de tubería (L) = 380 m. Cota captación (cota cap.) = 2500 msnm. Cota reservorio(R) = 2450 msnm. Cálculos: Carga disponible = Cota capt. - Cota reserv. = 2500 - 2450 = 50 m. Perdida de Carga unitaria (hf) = 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒅𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏𝒊𝒃𝒍𝒆 𝑳



 

= 50/380 = 0.1316

Para determinar el valor del diámetro mediante el uso del nomograma de HazenWilliams, se consideran los valores del gasto de diseñó (2.1 1/s) y la perdida de carga unitaria (131.6 m. por cada 1000 m). Con dicha información resulta un diámetro de tubería comprendida entre 1" y 1 1/2". Como el diseñó considera un solo diámetro, se selecciona el de 1 1/2" La pérdida de carga unitaria real se estima con la ayuda del nomograma cuyos valores de entrada son el gasto de diseñó (2.1 1/s) y el diámetro seleccionado (1 1/2"); P á g i n a 25 | 27

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resultando el valor de 100%. Adicionalmente se hace lectura de la velocidad cuyo valor es de 1.9 m/s y se encuentra dentro del rango recomendado. 

Conocido el valor de la perdida de carga unitaria se estiman los valores de perdida de carga por tramo:

𝑷𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒕𝒓𝒂𝒎𝒐 (𝑯𝒇) =

𝑯𝒇 =

𝑳𝒙𝒉𝒇 𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟑𝟖𝟎 𝒙 𝟏𝟎𝟎 = 𝟑𝟖. 𝟎𝟎 𝒎. 𝟏𝟎𝟎𝟎



Para determinar con mayor precisión el valor del diámetro de tubería, se utilizan las ecuaciones de Hazen-Williams y de Fair Whipple. En caso que el resultado no represente un diámetro comercial, al igual que con el uso del nomograma, se selecciona el diámetro mayor.



Considerando los datos del ejemplo y reemplazando en la ecuación (HazenWilliams), se obtiene el valor del diámetro (D):

Reemplazando los valores de Q (2.1 Vs) y hf (0.13 16 m/m) se obtiene: 𝐷 = 1.44" ; 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑢 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 de 1 ½”

Con el valor del diámetro comercial de tubería seleccionada de 1 112" y el gasto de diseño de 2.1 l/s se estima la perdida de carga unitaria, resultando: hf=O.lOl3 m/m. Perdida de carga en el tramo (Hf) = Lx hf Hf= 380 x 0.1013 = 38.50 m.

EJEMPLO N° 2 P á g i n a 26 | 27

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LINEAS DE CONDUCCION

Mayo de 2018

Utilizando los datos del ejemplo anterior y considerando el valor de Hf = 38.50 m., se pide el cálculo de la cota piezometrica y de la presion al final del tramo: Cota piez.reserv. = cota terr.cap. - Hf Cota piez.reserv. = 2500.00 - 38.50 = 2461.50 Presion final del tramo = cota piez.reserv - cota reserv. Presion final del tramo = 2461.50 - 2450.00 = 11.50 m.

BIBLIOGRAFIA García, J. (2013). Sistema de conducción de Agua para la ALTOANDINA. BUENO AIRES: INTA. Sampers E. (2010). Sistema de distribución de la gravedad. El diseño del sistema y de la construcción. PARIS: HERMANN EDITEURS de las Ciencias y Des Arts, 6 rue de la Sorbonne, 75005 (2013).Criterios de Diseño de colorado para sistemas de agua potable

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