LINEA DE CONDUCCIÓNLlevar agua desde el lugar de capitación por medio de canales o tuberías hasta un reservorio o planta de tratamiento se le denomina conducción.

Los medios para conducir el agua pueden clasificarse en:•Sistema Por Gravedad•Sistema de Bombeo ( Impulsión)

Por GravedadEs cuando la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel determinado mas alto sobre el lugar a servir de manera que el agua pueda llegar por gravedad al lugar de consumo con suficiente cantidad y a nivel superior a la poblaciónPor BombeoSe aplica cuando la fuente de agua no posee la suficiente altura para poder discurrir por gravedad y llegar al lugar de consumo como al nivel propuesto, siendo necesario utilizar el bombeo para cumplir con las condiciones antes mencionadas . El bombeo puede hacerse a un tanque elevado que servirá de almacenamiento y donde adquirirá la presión requerida

LINEAS DE CONDUCCION DE

BOMBEO

El equipo de bombeo produce un incremento brusco en el gradiente hidráulico para vencer todas las pérdidas de energía en la tubería de conducción.

Para el cálculo de las líneas de conducción por bombeo, se recomienda utilizar la formula de Hazen y Williams. El dimensionamiento se hará de acuerdo al estudio del diámetro económico.

LINEAS DE CONDUCCION POR

GRAVEDAD

Se le da este nombre cuando para abastecer a una población, además de planta potabilizadora se construye un tanque elevado que por la propia caída del agua debido a la fuerza de gravedad provea a toda la red.

CANALES Las características y material con que se construyan los canales serán determinados en función al caudal y calidad de agua.

La velocidad de flujo no debe producir depósitos ni erosiones y en ningún caso será menor a 0.60m/seg.

Los canales serán diseñados y construidos teniendo en cuenta las condiciones de seguridad que garanticen su funcionamiento permanente y preserven la cantidad y calidad de agua.

TUBERIAS Para el diseño de la conducción con tuberías se tendrá en cuenta las condiciones topográficas, las características del suelo y la climatología a fin de determinar el tipo y calidad de la tubería.

La velocidad mínima no debe producir depósitos ni erosiones, en ningún caso será menor de 0.60 m/seg.

La velocidad máxima admisible será: En los tubos de concreto 3m/seg. ; en tubos de asbesto –cemento, acero y PVC será 5m/seg.

Para otros

materiales deberá

justificarse la

velocidad admisible

. 

Para el cálculo hidráulico de las tuberías que trabajen como canal, se recomienda la formula de Manning, con los siguientes coeficientes de rugosidad:Asbesto-cemento y PVC 0.010Hierro fundido y concreto 0.015Para otros materiales deberá justificarse los coeficientes de rugosidad.

Para el cálculo de las tuberías que trabajan con flujo a presión se utilizaran formulas relacionadas. En caso de aplicarse la formula de Darcy y Williams, se utilizaran los coeficientes de fricción que se establecen en la tabla. Para el caso de tuberías no consideradas se deberá justificarse técnicamente el valor utilizado.

TIPOS DE CONDUCCIÓN

•Por medio de canales •Conductos a presión – Tuberías ( Con superficie libre o a presión)

En el caso de que la conducción sea por medio de canal, esta tendrá que contonear el relieve del terreno( seguir las curvas de nivel ) de tal manera que la pendiente del canal sea uniforme , por este motivo generalmente la longitud del canal a comparación de los conductos cerrados ( tuberías) es mas larga y mas costosa . Por otro lado un conducto cerrado puede ser de longitud mas corta pero requiere para que no este sobredimensionando en mayor desnivel entre sus extremos

Es importante mencionar que cuanto mas cercano este la línea de conducción a la línea de gradiente hidráulica, las presiones en dicha línea de conducción serán menores por lo que se usaran tuberías de menor espesor y de menor costo . Otra de las formas de evitar grandes presiones es instalando cámara rompe presión

En los puntos bajos de la tuberías deberán existir válvulas de purga , puesto que en estos puntos se pueden acumular sedimentos que dificultarían el paso del agua creando turbulencia . De no existir puntos bajos a lo largo de la línea de conducción , el RNE, nos recomienda colocar estas válvulas de purga cada 2.5 Km. de distancia

Se debe evitar en la tubería de conducción puntos mas altos que la línea gradiente ya que ocasionaría formaciones de aire , obstruyendo la circulación del agua puesto que existiría presión negativa muchas veces formando vapor de agua y en otros casos se produce el fenómeno de cavitación.

En los puntos mas altos de la conducción se deberá colocar válvulas de aire permitiendo el escape de aire cuando llena la tubería y la entrada del mismo cuando esta vacía ( necesarias en tuberías de acero que son aplastadas por el desequilibrio de presiones entre la parte interior del tubo y la atmósfera). Al igual que en las válvulas de purga el RNE , nos recomienda colocar válvulas de aire cada 2.5 Km. de distancia si es que no hubiera puntos altos

Es importante mencionar que cuanto mas cercano este la línea de conducción a la línea de gradiente hidráulica , las presiones en dicha línea de conducción serán menores por lo que se usaran tuberías de menor espesor y de menor costo . Otra de las formas de evitar grandes presiones es instalando cámara rompe presión

En los puntos bajos de la tuberías deberán existir válvulas de purga , puesto que en estos puntos se pueden acumular sedimentos que dificultarían el paso del agua creando turbulencia . De no existir puntos bajos a lo largo de la línea de conducción , el RNE, nos recomienda colocar estas válvulas de purga cada 2.5 Km. de distancia

TRAZADO

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIÓN

1.- Recorrer el lugar para evaluar el material del terreno , de que tipo lo constituye ( malo, bueno deleznable, etc), Esta inspección de campo nos permite escoger la mejor alternativa del terreno de la zona por donde se traza la línea de conducción , de preferencia por el borde de un camino o limites de propiedad

2..-Se procederá a realizar un levantamiento topográfico, especificado al topógrafo levantar el terreno de 50 a 100 m de ancho a ambos lados del eje de la línea de conducción proyectada.

3..-Dibujar el plano a escala 1/2000 con curvas de nivel cada metro , ahora si el terreno posee de nivel sea cada 5 m

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIÓN

4..- El levantamiento será una poligonal abierta , los ángulos serán medidos por repeticiones , las distancias y coyas con teodolito

5..-Una vez terminado el plano se traza el eje de la línea de conducción y se realizara su respectivo perfil longitudinal ( v:1/100 y H 1/2000

6..- En el perfil longitudinal se verifica que los puntos estén por debajo de la línea gradiente

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCIÓN7..- Se determina la carga disponible ( diferencia de elevación entre la captación y reservorio

8..- se diseñara con el caudal máximo diario mas un 10% de este , debido aquel existirán perdidas en la planta de tratamiento

9..- Se calculara el diámetro de la tubería y luego teniendo presente la presión hidrostática elegiremos la clase de tubería a usar

CARGA DISPONIBLE

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

GASTO DE DISEÑOEl 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.

CLASE DE TUBERIA 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 presión más elevada que pueda producirse, ya que la presión máxima no ocurre bajo condiciones de operación, sino cuando se presenta la presión 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; además, son las tuberías que incluyen diámetros comerciales menores de 2 pulg y que fácilmente se encuentran en el mercado.

Cuando las presiones sean mayores a las que soporta la tubería PVC, cuando la naturaleza del terreno haga anti económica la excavación y donde sea necesaria la construcción de acueductos, se recomienda utilizar tubería de fierro galvanizado.

DIAMETROS Para determinar los diámetros se consideran diferentes soluciones y se estudian diversas alternativas desde el punto de vista económico. 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.

El diámetro mínimo de la línea de conducción es de ¾” para el caso de sistemas rurales.

ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIASVALVULA DE AIRE

El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del área de flujo del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del gasto. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire pudiendo ser automáticas o manuales.

VAVULA 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.

CAMARA 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-presión que permitan disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión 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.

DIMENSIONAMIENTO

LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO

La línea de gradiente hidráulica (L.G.H.) indica la presión 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) puede resultar que la presión residual en el punto de descarga se vuelva positiva o negativa, como se ilustra en la en el Figura 5.6a 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 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. Se puede volver a trazar la L.G.H. usando un menor caudal y/o un diámetro mayor de tubería con la finalidad de tener en toda la longitud de la tubería una carga operativa de agua positiva.

PERDIDA DE CARGA

La perdida 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 lineales o de fricción y singulares o locales. Las primeras, son ocasionadas por la fuerza de rozamiento en la superficie de contacto entre el fluido y la tubería; y las segundas 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.

Para el cálculo de la perdida de carga unitaria, pueden utilizarse muchas formulas, sin embargo una de las más usadas en conductos a presión, es la de Hazen Williams. Esta fórmula es valida 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 formula de Fair-Whipple para diámetros menores a 2 pulg.; sin embargo se puede utilizar la formula de Hazen Williams, con cuya ecuación los fabricantes de nuestro país elaboran sus nomogramas en los que incluyen diámetros menores a 2 pulg.

PERDIDA DE CARGA

UNITARIA

DONDE: D: Diámetro de la tubería (pulg.) Q: Caudal (l/s)Hf: Perdida de carga unitaria (m/Km).

C: Coeficiente de Hazen - Wiliiams expresado en (pie) ^ (1/2) /seg

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:

DONDE: D: Diámetro de la tubería (pulg.) Q: Caudal (l/s)Hf:Perdida de carga unitaria (m/m).

COMBIANCION DE TUBERÍAS

Es posible diseñar la línea de conducción mediante la combinación de tuberías, tiene la ventaja de optimizar las pérdidas de carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles y disminuir los costos del proyecto.Se define lo siguiente:

Hf = Pérdida de carga total (m).L = Longitud total de tubería (m).X = Longitud de tubería de diámetro menor (m).L-X = Longitud de tubería de diámetro mayor (m).hf1 = Pérdida de carga unitaria de la tubería de mayor diámetro.hf2 = Pérdida de carga unitaria de la tubería de menor diámetro

La pérdida de carga total deseada Hf, es la suma de pérdidas de carga en los dos tramos de tubería (figura 7).Hf = hf2 x X + hf1 x (L-X)