Líneas de Conducción
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LINEAS DE CONDUCCION
ING. MARIA ELENA BALDIZN A.
Managua, Octubre de 2011.
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Se denomina lnea de conduccin a la parte del sistema
constituida por el conjunto de conductos, estructuras de
operacin, de proteccin y accesorios especiales destinados a
transportar el agua desde el lugar de la captacin hasta el sitio
de entrega.
La lnea de conduccin es la parte del sistema que transporta el
agua desde el sitio de la captacin, hasta un tanque de
regulacin o una planta potabilizadora.
ING. M.E.B.A - INGENIERIA SANITARIA I.
*
Definicin
-
Cuando el sistema incluya tanque de regulacin o planta de tratamiento, la capacidad de la aduccin en el punto
de entrega, deber ser por lo menos igual al consumo
mximo diario.
Si no se cuenta con tanque de regulacin y/o planta de tratamiento, la capacidad deber ser igual al caudal
mximo horario, previo anlisis tcnico-econmico.
La capacidad debe ser suficiente para transportar el gasto mximo de diseo para el fin del perodo de
diseo.
*
-
*En la seleccin del trazado de la aduccin, se debe considerar adems
del anlisis econmico, caudal y vida til, los siguientes factores:
a) Que en lo posible la conduccin sea cerrada y a presin.
* b) Que el trazado de la lnea sea lo ms directo posible de la fuente a la red de distribucin o al tanque de almacenamiento
* c) Que la lnea de conduccin evite tramos extremadamente difciles o inaccesibles
* d) Que la lnea de conduccin est siempre por debajo de la lnea piezomtrica ms desfavorable, a fin de evitar zonas de depresin que
representan un peligro de aplastamiento de la tubera y posibilidad de
cavitacin.
* e) Evitar presiones excesivas que afecten la seguridad de la conduccin.
* f) Que la lnea evite zonas de deslizamiento e inundaciones.
* g) Evitar tramos de pendiente y contrapendiente, los que pueden causar bloqueos de aire en la lnea.
*
-
*Tanque 1
Tanque
Dependiendo del sitio de
ubicacin de la fuente, la
lnea de conduccin puede
ser:
Fuente - Red - Tanque
Fuente Tanque -Red
-
* De acuerdo a la naturaleza y ubicacin de la fuente de abastecimiento as como la
topografa de la regin, las lneas de conduccin, pueden considerarse de dos tipos :
a.- Lneas de conduccin por gravedad.
Una Lnea de conduccin por gravedad debe aprovechar al mximo la energa disponible para conducir el gasto deseado, lo cual en la mayora de los casos nos conducir a la seleccin del dimetro mnimo, que satisfaciendo razones tcnicas (Capacidad) permita presiones iguales o menores que la resistencia fsica del material que soportara.
-
* b.- Lneas de conduccin por Bombeo.
A diferencia de una lnea de conduccin por gravedad donde la carga disponible es un criterio lgico de diseo que permite la mxima economa, al elegir dimetros cuyas prdidas de cargas sean mximas, en el caso de lneas por bombeos la diferencia de elevacin es carga a vencer, que va a verse incrementada en funcin de la seleccin de dimetro menores y consecuentemente ocasionar mayores costos de equipos y de energa, por tanto cuando se tiene que bombear agua mediante una lnea directa al Tanque de Almacenamiento, existir una relacin inversa de costo entre potencia requerida y dimetro de la tubera.
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* Dentro de estas dos alternativas extremas:
- Dimetro pequeo y equipo de bombeo grande lo cual tiene un costo mnimoen la tubera pero mximo en los equipos de bombeos y su operacin.
- Dimetros grandes y un equipo de bombeo de baja potencia, resultando altos costos para la tubera y bajos para los equipos y su operacin.
Entre estas dos alternativas extremas hay un sinnmero de soluciones de acuerdo a los diferentes dimetros comerciales cuyo anlisis econmico se seleccionar la ms conveniente.
Los factores de costo ms significativo son:
Consumo de energa
Costo de tubera
-
*
Costos Totales = CAT +CAE (Costo Anual Equivalente)
Estos costos totales estn compuestos por varios tipos de costos en el
sistema:
Costo total de tubera instalada (adquisicin, transporte, instalacin)
Costo total del equipo de bombeo instalado (adquisicin, transporte,
instalacin, mantenimiento, costo energtico consumible) que se calcula
utilizando los coeficientes de costos del equipo (K, a) y su potencia
instalada (HP).
Costo Anual de Operacin (Energa consumida) que se calcula de
acuerdo a la potencia instalada y al costo de energa por kW-h/ao.
-
*
Costo Anual de Mantenimiento (Repuestos, insumos, personal,
herramientas, etc).
Para la obtencin de la mejor alternativa de menor costo es necesario
llevar los costos anteriores a sus valores presentes de acuerdo al
horizonte de anualidades condicionado por el tiempo de vida til del
equipo de bombeo y tubera.
Los Valores Presentes (V.P.) se resumen como:
Valor Presente de Inversiones Totales.- conformado por la suma del
costo total de tubera ms el costo total del equipo.
Valor Presente de Reposiciones Totales.- conformado por la diferencia
del Costo de Inversiones totales en un plazo de anualidades a la tasa de
descuento y V.P. de Inversiones totales.
Los costos anualizados a una tasa de descuento pueden ser calculados
con la siguiente expresin:
-
*
a. Clculo del Costo Anual de Tubera.
CAT= Crf * Vpe
CRF = i ( 1 + i )n
( 1 + i )n 1
b. Clculo del Costo anual de energa ( CAE ).
Se usa la frmula:
CAE = Qb* tb * CTD *0.746 * C$ KW/h * 365 das
3960 * eb * em
CAE = Potencia * tb (365 das * C$ kw/h * 0.746 )
Ao
1 Hp = 746 W = 0,746 Kw. Donde:
CAeq = CAE + CAT
CAT: Costo anual de tubera
Crf: Coeficiente de
recuperacin. (tasa de retorno)
Vp: Valor presente
i: Inters anual (%)
CAE: Costo Anual de Energa
Qb: Caudal de bombeo (gpm)
CTD: carga total dimica em
pies
Hf: Prdidas (m)
tb: Tiempo de bombeo (horas)
eb: Eficiencia del equipo de
bombeo (%)
em: Eficiencia del motor (%)
CAEq: Costo Anual Equivalente
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*
Clase de tubera
Las clase de tuberas a seleccionar estarn definidas por los mximas
presiones que ocurran en la lnea de carga esttica ( Golpe de Ariete).
Siendo los costos funcin del espesor, se procura utilizar la clase de
tubera ajustada a las rangos de servicio que las condiciones de
presin hidrosttica le impongan.
Segn las clases de tuberas en funcin de la presin de las normas
INAA puede usarse clase 100 - 200. La mejor solucin es determinar
las longitudes correspondientes a cada clase en forma de aprovechar
al mximo la de menor costo. Considerando que la ms econmica es
la tubera de clase 100.
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* Seleccin de la clase de tubera a emplear.
* Seleccin de la clase y dimetro de la tubera a emplear capaz de soportar la presin hidrosttica y ajustarse a la mxima economa.
* Como resultado de los estudios de campo se dispondr de los planos necesarios de planta perfil, longitudinal de la lnea de conduccin,
informaciones adicionales acerca de la naturaleza del terreno,
detalles especiales, etc,. Permitir determinar la clase de tubera
HF, HG, AC, HFD, PVC ms conveniente.
* En el caso de que la naturaleza de terreno haga antieconmica la excavacin, se seleccionar una de las tuberas que por resistencia
a impactos puede instalarse sobre soportes (HG, HFD).
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* Seleccin de la clase de tubera a emplear.
*Pmx =H +Hest desc *H = a*V/g *Donde:
Pmx : Presin mxima en el punto mas bajo de la tubera (m.c.a). Hest desc: Diferencia de nivel entre el punto donde llega el agua (reservorio) y el punto mas bajo de la tubera igual a la carga esttica en ese punto (m.c.a). H: Carga por sobrepresin por efecto del golpe de ariete (m.c.a). V: Velocidad del flujo en la tubera (m/s). g: Constante de aceleracin de gravedad (9.81 m/s2).
* Estos criterios estn relacionados a la velocidad del flujo y a la capacidad de carga que la tubera puede soportar incluyendo la sobrepresin que resulta de un fenmeno denominado golpe de ariete el cual esta condicionado al tiempo de cierre de las vlvulas de control de flujo a la salida de la bomba por corte sbito de la energa.
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Clase
Tuberas
PVC
P. trabajo
(lbs/pulg2)
125 SDR 32.5 125
160 SDR 26 160
250 SDR 17 250
315 SDR 13.5 315
lase
P
Presin de
trabajo PSI
presin en
m
100
1
100 70
150
1
150 105
200
2
200 140
250
2
250 175
300
3
300 210
350
3
350 245
Normas Awwa Clases de Tubera PVC.
Clases de tuberas
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* Una Lnea de conduccin por gravedad debe aprovechar al mximo la energa disponible para conducir el gasto deseado, lo cual en la mayora de los casos nos conducir a la seleccin del dimetro mnimo, que satisfaciendo razones tcnicas (Capacidad) permita presiones iguales o menores que la resistencia fsica del material que soportara.
Fig. 4.2 Lnea de Conduccin mal trazada
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* Carga disponible: La
diferencia de elevacin entre
la obra de captacin. Nivel
mnimo de aguas en la
captacin y el tanque de
almacenamiento (Nivel
mximo de agua en el
tanque), sin embargo en
ocasiones puede prestarse
puntos altos intermedios que
no satisficiera el flujo por
gravedad para un diseo
adoptado bajo esa
consideracin, por lo cual esta
verificacin debe hacerse.
Fig. 4.2 Lnea de Conduccin mal trazada
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* Seleccin de la clase de tubera a emplear.
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* Seleccin del dimetro
Para la determinacin de los dimetros habr que tomar en
cuenta las diferentes alternativas bajo el punto de vista
econmico.
* Definidas las clases de tuberas y sus lmites de utilizacin, por razones de presin esttica pueden presentarse
situaciones que obliguen a la utilizacin de pilas rompe presin,
establecindose a lo largo de la lnea tramos para efectos de
diseo en funcin de la lnea de carga esttica o mediante la
utilizacin de tubera de alta presin.
* En todo caso sea en toda la longitud de la lnea de conduccin o en tramos, la seleccin de dimetro ms conveniente resultar
para aquellas combinaciones que aproveche al mximo ese
desnivel, es decir haciendo Hf = H.
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*
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* Accesorios y Dispositivos Especiales
Vlvula de aire.
Las Lneas por gravedad tienen la tendencia a acumular aire en los puntos altos, cuando se tienen presiones altas el aire tiende a disolverse y contina en la tubera hasta que es expulsado, pero en los puntos altos de relativa bajo presin, el aire no se disuelve creando bolsas que reducen el rea til de la tubera.
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* Accesorios y Dispositivos Especiales
Vlvula de aire.
La acumulacin de aire en los puntos altos provocan:
Reduccin del rea de flujo del agua y consecuentemente se produce un aumento en las prdidas y una disminucin del gasto.
Produce golpes repentinos en la tubera, a fin de prevenir estos fenmenos deben utilizarse vlvula automtica, que ubicadas en todos los puntos altos permitan la expulsin del aire acumulado y la circulacin del gasto deseado.
El dimetro se selecciona igual 1/12 del dimetro de la tubera principal.
b) La vlvula de limpieza.
En las lneas de conduccin con topografa accidentada existir la tendencia a la acumulacin de sedimentos en los puntos bajos por lo cual resulta conveniente colocar dispositivos que permitan peridicamente la limpieza de tramos de tuberas. En este caso se usar el dimetro inmediato inferior al de la lnea principal.
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* Accesorios y Dispositivos Especiales
Pilas rompe presin
En las lneas de conduccin por gravedad la carga esttica originada por el desnivel existente entre el sitio de captacin y algunos puntos a lo largo de la lnea de conduccin puede crear presiones superiores a la presin mxima que soportara una determinada clase de tubera. Ello obliga a disipar esa energa antes que provoque daosa la misma. Para evitar tales daos se recurre a vlvula reguladora de presin o pilas rompe presin.
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*
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*Pilas rompe presin son destinadas a reducir la presin a cero (pila atmosfrica) mediante transformacin de la energa disponible en altura de velocidad
Se usan para mantener una presin
constante en la descarga, aunque en la
entrada vare el flujo o la presin. Ella
produce en su interior una prdida
constante cualquiera que sea la presin
de entrada