LNEAS DE CONDUCCIN INTRODUCCIN

Dentro de un sistema de abastecimiento de agua, se le llama lnea de conduccin, al conjunto integrado por tuberas, y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua -en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presin- desde la fuente de abastecimiento, hasta el sitio donde ser distribuida. La prdida de presin es la principal consideracin en el diseo de cualquier tubera. Aunque existen innumerables fuentes de prdida de presin a lo largo de las tuberas, stas se pueden dividir para su estudio en prdidas mayores o de friccin y en prdidas menores o localizadas. Las lneas de conduccin de agua se calculan siguiendo varios procedimientos existentes. Su diseo en general consiste en definir el dimetro en funcin de las prdidas de carga, a partir del gasto que se conducir y el material de la tubera. Las prdidas de carga, se obtienen aplicando las ecuaciones de Darcy-Weisbach, Scobey, Manning o Hazen-Williams. Se pueden presentar dos condiciones de operacin de la tubera, por bombeo o gravedad. Pero para los propsitos del presente documento solo se analiza la presin dada por la gravedad, es decir, por la diferencia de elevacin. En el caso de tuberas sujetas a la presin de la gravedad se pueden presentar dos situaciones: a) Donde la diferencia de alturas apenas es suficiente, para proporcionar una presin adecuada para el funcionamiento, el problema consiste en conservar la energa usando tubos de dimetros grandes para tener mnimas prdidas de carga por friccin y evitar bombeo de auxilio. b) Cuando la diferencia de altura entre la fuente de abastecimiento y la ubicacin del sitio a abastecer, es tal que la presin proporcionada es mayor a la requerida, el problema radica en reducir las ganancias de presin, lo cual se logra seleccionando tuberas de dimetros ms pequeos.

LNEA DE CONDUCCION

1. DEFINICION

La lnea de conduccin es un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad o bombeo. Donde tuberas transportan agua desde donde se encuentra en estado natural hasta un punto que puede ser un tanque de almacenamiento, reservorio o una planta potabilizadora mediante conjunto de ductos y accesorios. Deben utilizarse al mximo la energa disponible para conducir el gasto deseado, lo que la mayora de los casos nos llevara a la seleccin del dimetro mnimo que permita presiones iguales o menores a la resistencia fsica que el material de la tubera soporte. Se denomina lnea de conduccin a la parte del sistema constitutivo por el conjunto de ductos y accesorios destinados a transportar el agua desde donde se encuentra en estado natural hasta un punto que puede ser un tanque de almacenamiento o bien una planta potabilizadora; la capacidad de esta lnea debe calcularse con el gasto mximo diario.Las lneas de conduccin las podemos dividir en dos tipos: las lneas de conduccin por gravedad y lneas de conduccin de bombeo.

1.1. Las lneas de conduccin las podemos dividir en dos tipos:

a) Lneas de conduccin por gravedadSe le da este nombre cuando para abastecer a una poblacin, adems de planta potabilizadora se construye untanque elevadoque porla propia cada del agua debido a la fuerza de gravedad provea a toda la red.b) Lneas de conduccin de bombeoEl equipo de bombeo produce un incremento brusco en el gradiente hidrulico paravencer todas las prdidas de energa en la tubera de conduccin.Las tuberas se definen como los ductos por los cuales pueden circular un lquido o bien un gas. Las tuberas empleadas en los sistemas de abastecimiento de agua son. Tubera de fierro. Tubera de asbesto-cemento (ac) Tubera de policloruro de vinlico (PVC).

2. INFORMACIN BSICAPor otra parte, podemos decir que los principales factores a considerar para un proyecto de lneas de conduccin y seleccin de tuberas, atendiendo al material con que se estn fabricadas sonlas siguientes:

Informacin de la poblacin. Investigacin de la fuente: caudal y temporalidad

DISEO DE LA LNEA DE CONDUCCIN

a) Caudal de diseoPara el diseo de lneas de conduccin se utiliza el caudal mximo diario para el perodo del diseo seleccionado.b) Carga esttica y dinmicaLa Carga Esttica mxima aceptable ser de 50 m y la Carga Dinmica mnima ser de 1 m.

c) TuberasPara la seleccin de la clase de tubera se debe considerar los criterios que se indican en la figura 2.

Figura 2. Presiones de trabajo para diferentes clases de tubera de PVCSe deber seleccionar el tipo de tubera en base a la agresividad del suelo y al intemperismo. En este ltimo caso, de usarse el fierro galvanizado se le dar una proteccin especial.

Aquella en caso que por la naturaleza del terreno, se tenga que optar por tubera expuesta, se seleccionar por su resistencia a impactos y pueda instalarse sobre soportes debidamente anclados.d) DimetrosEl dimetro se disear para velocidades mnima de 0,6 m/s y mxima de 3,0 m/s.El dimetro mnimo de la lnea de conduccin es de 3/4 para el caso de sistemas rurales.e) Estructuras complementarias Cmara de vlvula de aireEl aire acumulado en los puntos altos provoca la reduccin del rea del flujo del agua, produciendo un aumento de prdida de carga y una disminucin del gasto. Para evitar esta acumulacin es necesario instalar vlvulas de aire automticas (ventosas) o manuales (figura 3).

Cmara de vlvula de purgaLos sedimentos acumulados en los puntos bajos de la lnea de conduccin con topografa accidentada, provocan la reduccin del rea de flujo del agua, siendo necesario instalar vlvulas de purga que permitan peridicamente la limpieza de tramos de tuberas (figura 4).

Cmara rompe-presinAl existir fuerte desnivel entre la captacin y algunos puntos a lo largo de la lnea de conduccin, pueden generarse presiones superiores a la mxima que puede soportar la tubera. En este caso se sugiere la instalacin de cmaras rompe-presin cada 50 m de desnivel.La tubera de ingreso estar por encima de nivel del agua (figura 5).

Figura 5. Cmara rompe-presin

f) DimensionamientoPara el dimensionamiento de la tubera, se tendrn en cuenta las siguientes condiciones: La Lnea gradiente hidrulica (L. G. H.)La lnea gradiente hidrulica estar siempre por encima del terreno. En los puntos crticos se podr cambiar el dimetro para mejorar la pendiente. Prdida de carga unitaria (hf)Para el propsito de diseo se consideran:Ecuaciones de Hazen y Williams para dimetros mayores a 2 pulgadas o hay frmulas dimetros menores a 2 pulgadas como la de Fair Whipple.

PresinEn la lnea de conduccin, la presin representa la cantidad de energa gravitacional contenida en el agua. Se determina mediante la ecuacin de Bernoulli.

Z1 + P1/ + V1/2g = Z2 + P2/ + V2/2g + Hf

Donde:Z = Cota de cota respecto a un nivel de referencia arbitraria.P/ = Altura de carga de presin P es la presin y el peso especfico del fluido (m)V = Velocidad media del punto considerado (m/s).Hf = Es la prdida de carga que se produce de 1 a 2Si V1 = V2 y como el punto 1 est a presin atmosfrica, o sea P1 = 0.

Entonces:P2/ = Z1 - Z2 Hf (figura 6).

Figura 6. Equilibrio de presiones dispersas

Combinacin de tuberasEs posible disear la lnea de conduccin mediante la combinacin de tuberas, tiene la ventaja de optimizar las prdidas de carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles y disminuir los costos del proyecto.Se define lo siguiente:

Hf = Prdida de carga total (m).L = Longitud total de tubera (m).X = Longitud de tubera de dimetro menor (m).L-X = Longitud de tubera de dimetro mayor (m).hf1 = Prdida de carga unitaria de la tubera de mayor dimetro.hf2 = Prdida de carga unitaria de la tubera de menor dimetro.La prdida de carga total deseada Hf, es la suma de prdidas de carga en los dos tramos de tubera (figura 7).

Hf = hf2 x X + hf1 x (L-X)

Figura 7. Perfil de la combinacin de tuberas

Perfiles en UEn zonas donde la topografa obligue el trazo de la lnea de conduccin con un perfil longitudinal en forma de U, las clases de tubera a seleccionarse sern definidas de acuerdo a los rangos de servicio que las condiciones de presin hidrosttica le impongan

DISEO DE LNEAS DE CONDUCCIN POR GRAVEDAD

Las conducciones por gravedad pueden ser lneas o redes de conduccin. Para una lnea de conduccin por gravedad (Figura 2), se presenta un modelo para encontrar el tubo necesario que transporta al gasto de diseo sobre una topografa que proporciona un desnivel favorable hacia el punto de descarga. En este tipo de conduccin se tiene un desnivel disponible (Hdis), dado entre las cargas hidrulicas existentes en el inicio (en la fuente) y el final (la descarga) de la conduccin. El problema consiste entonces en determinar el dimetro del tubo, que conducir el gasto deseado Q con una prdida de carga en la conduccin igual a Hdisp

. Figura 2. Esquema de una lnea de conduccin por gravedad.