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• Yaneth Quispe Soto

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PRESENTACION

El conocimiento no solo es obtenido a través de libros y en las aulas sino de las experiencias vividas formas y técnicas que se complementan con la teoría, nuestra meta como estudiantes es alcanzar todo tipo de conocimiento para así poder solucionar cualquier tipo de problema que se nos presente como futuros ingenieros civiles. En este trabajo desarrollaremos el tema de TUBERIA FORZADA.

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DEDICATORIA

Este presente trabajo está dedicado primeramente a Dios, por brindarnos la dicha de la salud y bienestar físico y espiritual A nuestros padres, como agradecimiento a su esfuerzo, amor y apoyo incondicional, durante nuestra formación personal y profesional.

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INDICE Contenido INTRODUCCION ...................................................................................................................4 CAPÍTULO I ...........................................................................................................................5 1. TUBERIA FORZADA O DE PRESION ...........................................................................5 2. PARTES CONSTITUTIVAS DE LA TUBERIA DE PRESION..........................................7 ...........................................................................................................................................7 ............................................................................................Error! Bookmark not defined. RESUMEN ..............................................................................Error! Bookmark not defined. BILIOGRAFIA .........................................................................Error! Bookmark not defined.

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INTRODUCCION

La disponibilidad de la energía ha sido siempre esencial para la humanidad que cada vez demanda más recursos energéticos para cubrir sus necesidades de consumo y bienestar. Las energías renovables que provienen de fuentes inagotables como el Sol y no emiten gases de efecto invernadero, entre otros beneficios, son una de las piezas clave en la construcción de un sistema de desarrollo sostenible. Existe una concienciación cada vez mayor sobre los efectos medioambientales que conlleva el actual sistema de desarrollo económico, como son el cambio climático, la lluvia ácida o el agujero de la capa de ozono. Las sociedades modernas, que sustentan su crecimiento en un sistema energético basado principalmente en la obtención de energía a través de combustibles fósiles, se inclinan cada vez más hacia la adopción de medidas que protejan nuestro planeta. Así lo reflejan las actuales políticas nacionales y los acuerdos y tratados internacionales que incluyen como objetivo prioritario un desarrollo sostenible que no comprometa los recursos naturales de las futuras generaciones.

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CAPÍTULO I 1.

TUBERIA FORZADA O DE PRESION:

También denominadas tuberías de presión, las tuberías de presión tienen como objeto conducir el agua desde el punto en el cual se tiene una gran energía potencial, desde el embalse en el cual se tiene una gran energía potencial, desde el embalse en algunos casos, o desde el tramo final del túnel de conducción en otros, o desde el denominado pozo de presión o cámara de presión, hasta la casa de máquinas, más precisamente hasta la turbina. Se presenta una transformación energética en la tubería de presión, se disminuye la energía potencial del agua a medida que se desciende y al mismo tiempo se aumenta la energía cinética y de presión. Conforman los canales de conducción del agua desde las cámaras de carga hasta la entrada de las turbinas, más allá de las válvulas de salvaguardia. Son un elemento de crucial importancia en las centrales hidráulicas, de cuya durabilidad depende la de la planta. Se construyen con diferentes materiales de alta resistencia como: acero al carbono laminado con soldadura helicoidal u ortogonal, acero de alto límite elástico, fundición de acero, fibrocemento con o sin alma de acero e incluso materiales sintéticos reforzados con fibra de vidrio, instalándose de forma: aérea, enterrada, en trinchera o mixta a lo largo de su recorrido. Trabajan con agua a alta presión, a lo que se suman grandes esfuerzos, siendo los más graves: sobrepresiones interiores debidas a golpes de ariete o depresiones. Así mismo deben soportar efectos de fondo, cambios de dirección, oscilaciones térmicas, esfuerzos sísmicos, su propio peso y el del agua, agentes climatológicos, cargas locales debido a apoyos y anclajes o durante su montaje. La suma de estos esfuerzos repercute directamente en el dimensionamiento de las paredes de la tubería y en el material de su construcción, lo que, en última instancia, se traduce en un encarecimiento de la instalación. Como veremos después, existen mecanismos como la válvula ventora para evitar depresiones, que ayudan a reducir los esfuerzos que deben soportar las tuberías. Los soportes de la tubería forzada se componen de puntos fijos de apoyo y otros intermedios a lo largo de su longitud, que, junto con las juntas intermedias, codos y juntas de cierre, suponen los focos de problemas a lo largo de las tuberías forzadas más comunes, debiendo estar preparados para dilataciones y los consiguientes esfuerzos térmicos.

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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. Antes de penetrar en la rueda de la turbina, el agua recorre generalmente una tubería a presión dispuesta entre la cámara de carga (o la chimenea de equilibrio) y la sala de máquinas. Solamente en saltos de pequeña altura se puede hacer llegar directamente al distribuidor de la turbina el agua procedente del canal (turbinas de cámara abierta). A veces, si la turbina es instalada en el cuerpo mismo de la represa, la tubería forzada se reduce a un corto tramo de galería blindada. Podemos mencionar tres tipos de tuberías de presión empleadas en los saltos: metálicas, de hormigón pre comprimido o armado y de Uralita. Recordemos ante todo, la existencia de un coeficiente característico de las tuberías forzadas; se trata del producto: D x H, donde D en metros, es el diámetro de la tubería y H la altura del salto (en metros). Este coeficiente puede fácilmente alcanzar el valor de 2000 m2 para tuberías metálicas (limite alrededor de 2500 m2 y alrededor de 1000 para tuberías en concreto armado pre comprimido con caídas de 400 – 500 metros como máximo. Esto quiere decir, por ejemplo, que una tubería metálica de un metro de diámetro puede ser empleada hasta 2000 – 2500 metros de caída y una tubería de 4 metros de diámetro se puede utilizar para caídas de 50 – 60 metros. Es prudente utilizar las tuberías de hormigón armado no pre comprimido con no más de 60 m de caída y un producto D x H igual a 200 m2 como máximo. Las tuberías metálicas instaladas al interior de una galería en roca pueden ser del tipo auto resistente si en el cálculo no se tiene en cuenta la “colaboración” de la roca en soportar la presión interna del agua; o bien del tipo metálico aligerado si una parte del esfuerzo se transmite a la roca por intermedio del espesor de concreto inyectado entre tubería y roca, así que esta última interviene para soportar la presión hidráulica.

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2. PARTES CONSTITUTIVAS DE LA TUBERIA DE PRESION:

2.1.

APOYOS.- Como su nombre lo dice se trata de obras de soporte de la tubería que tienen la función de sostener su peso y permitir el desplazamiento de la misma debido a la dilatación o contracción por cambios de temperatura o de carga.

2.2.

ANCLAJES.-Se trata de una obra civil formada por un macizo de concreto reforzada, que se construye en todos los puntos en los cuales se presentan un cambio de pendiente de la tubería. Estructura que restringe el movimiento axial de la tubería, y transfiere cargas de tracción al terreno.

También se construyen en los puntos en los que la tubería cambia de sección.

APOYO O SILLETA

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ESQUEMA DE UN ANCLAJE

2.3.

JUNTAS DE EXPANSION.-La junta de expansión absorbe los desplazamientos de la tubería debidos a las dilataciones y contracciones que experimenta como consecuencia de los cambios de temperatura en el ambiente, así como de los cambios de carga del generador. Los cambios de carga van acompañados de sobrepresiones o subpresiones que producen movimientos de las partes de las tuberías.

En las prácticas de mantenimiento deberá incluirse una revisión periódica de las juntas de expansión, con el objeto de prevenir o corregir fugas a través del empaque, que se afloja cuando los movimientos de la tubería son considerables o bruscos, por ejemplo cada vez que ocurra un temblor de tierra o un rechazo de carga deberá hacerse una revisión de las juntas.

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Por ejemplo, una tubería de pequeño diámetro en PVC se puede instalar, extendiéndola simplemente sobre el terreno y siguiendo su pendiente, con un mínimo recubrimiento de tierra para su aislamiento. Estas pequeñas tuberías no necesitan ni bloques de anclaje, ni juntas de dilatación. Las grandes tuberías en acero deberán enterrarse siempre que el terreno no sea muy rocoso. La arena y la grava que rodean una tubería enterrada, constituyen un buen aislante, lo que permitirá eliminar un buen número de juntas de dilatación y de bloques de anclaje. Una tubería enterrada, debe ser previamente pintada y protegida exteriormente mediante, por ejemplo, una cinta enrollada que garantice su resistencia a la corrosión. Si se hace así y la cinta no sufre daños durante el montaje, la tubería necesitará un mantenimiento mínimo. Desde un punto de vista ambiental, la solución es óptima, pues una vez recubierta no representará ningún obstáculo al paso de los animales. Una tubería forzada instalada sobre el terreno puede diseñarse con o sin juntas de dilatación. Las variaciones de temperatura son especialmente importantes si las turbinas funcionan intermitentemente o cuando la tubería se vacía para proceder a su reparación o mantenimiento. En estos casos la tubería está sometida a dilataciones y contracciones. En general las tuberías forzadas en acero, se conciben como una serie de tramos rectos, simplemente apoyados en unos pilares, y anclados sólidamente en cada una de sus extremidades, que en general coinciden con cambios de dirección. Entre cada dos anclajes consecutivos se intercala una junta de dilatación (figura 5.30).

Figura: Tubería forzada con juntas de dilatación

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Los anillos de soporte se diseñan basándose en el comportamiento elástico de los cilindros de débil espesor. La pared del tubo debe resistir las tensiones combinadas, correspondientes a su trabajo como viga y como recipiente cilíndrico sometido a presión interna. El momento de flexión será el correspondiente a una viga continua. Las reacciones sobre los apoyos, propias de una viga continua, se transmiten, por esfuerzo cortante, entre chapa y anillo. Para ello los anillos se sueldan a la chapa con soldaduras continuas en rincón, y se rigidizan mediante diafragmas (figura 5.31).

Figura: Sistema de apoyo con junta de dilatación Los bloques de anclaje tienen que resistir la componente longitudinal del peso de la tubería llena de agua, más las fuerzas de fricción correspondientes a los movimientos de expansión y contracción; por eso se recomienda cimentarlos, siempre que sea posible, sobre roca. Si dada la naturaleza del terreno los bloques de anclaje requieren el empleo de grandes volúmenes de hormigón, y resultan por lo tanto muy costosos, puede estudiarse la eliminación de uno de cada dos anclajes y de todas las juntas de dilatación para que la tubería se deforme en el codo que queda libre. Para ello se recomienda apoyar los tramos rectos de tubería en soportes en los que la zona de contacto cubra un ángulo de unos 120º. Los apoyos fabricados por soldadura de chapas y perfiles, se pueden recubrir, para reducir la fricción, con una placa de amianto grafitado Existen multitud de tipos de juntas de dilatación, pero la más utilizada es la de la figura empaquetadura de cierre está formada por anillos de cordones de lino de sección cuadrada, comprimidos mediante una pieza deslizante en acero que se atornilla a una brida fijada a la tubería.

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CAPÍTULO II 1.

FLUJO DE TUBERIAS A PRESION:

El flujo de agua en tuberías, tiene una inmensa significación práctica en ingeniería civil. El agua es conducida normalmente desde su fuente en tuberías de presión hasta la planta de tratamiento, o en nuestro caso al cuarto de máquinas en una planta de hidroeléctrica. Sorprendentemente una teoría comprensible de flujo de fluidos en tuberías no fue desarrollada hasta fines de la década de los 30 y métodos específicos para diseñar y evaluar caudales presiones y perdidas de carga no apareció hasta 1958.Hasta que esas herramientas de diseño estuvieron disponibles, diseños eficientes de sistemas de tuberías no fueron posibles. 1.1.

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO.

En tuberías se debe considerar dos tipos de flujo: laminar y turbulento, según los experimentos de Reynolds. En flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas, formando el conjunto de las capas o láminas. En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven de forma desordenada en todas las direcciones. Reynolds encontró que la transición de flujo laminar a turbulento, ocurre a una velocidad crítica para una determinada tubería y fluido. Expresó sus resultados en términos de un parámetro adimensional llamado Número de Reynolds:

𝑅𝐸 =

𝐷∗𝑉 𝑈

Donde: D= diámetro de la tubería en m. V=velocidad del fluido en m/s U= viscosidad cinética (1.13E-6 m2/s para el agua). 

Para Re< 2000 el flujo es laminar



Para Re