Teoría sobre la línea de Conduccion para el curso de abastecimiento de agua potable y alcantarillado sanitario

1. LINEA DE CONDUCCIÓN
MSc. Ingº GASPAR MENDEZ CRUZ
25 Enero 2012

2. LINEA DE CONDUCCIÓN
1. INTRODUCCION
Línea de conducción es una estructura que transporta el agua
desde la captación hasta la planta de tratamiento.
La mecánica de los fluidos describe el comportamiento del agua,
en sus diversas condiciones estáticas y dinámicas. 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.
2. OBJETIVOS:
• Verificar que las presiones y los diámetros cumplan con los
valores mínimos, de tal manera que no dañen las estructuras.
• Determinar el diámetro económico de la línea de conducción.
• Diseñar la línea de conducción por gravedad y bombeo.

3. 3. REVISION DE LITERATURA:
Existen 2 maneras de transportar el agua: Gravedad y Bombeo
I.- Conducción por Gravedad
La conducción por gravedad puede realizarse de dos maneras:
Por canales.
Por conductos forzados (tuberías).
Nos ocuparemos de la conducción del agua por conductos
forzados, que tiene las siguientes características esenciales:
• Evitan la contaminación.
• Soluciona problemas de irregularidades en la topografía.
• Genera pérdidas de carga.

4. a) Carga disponible: Viene representada por la diferencia de
captación y el reservorio.
b) Caudal de diseño: Es el correspondiente al gasto máximo
diario, el que se estima, considerando el caudal medio de la
población, para el periodo de diseño seleccionado, afectado
del K1
c) Clase de Tubería: Estará definida por la máxima presión que
ocurra en la línea representada por la carga estática:
CLASE PRESIÓN MÁXIMA
DE PRUEBA (m).
PRESIÓN MÁXIMA
DE TRABAJO (m).
5 75 50
7.5 100 75
10 150 100
15 200 150
CONSIDERACIONES GENERALES:

5. d) Diámetros: Este diámetro seleccionado deberá ser capaz de
conducir el gasto de diseño.
e) Estructuras Complementarias:
Rejilla. Canastilla de entrada en el conducto, evita la entrada de
piedras, gravas, ramas, etc.
Válvulas de aire o ventosas. Válvulas automáticas, ubicadas en partes
altas de la conducción, eliminan burbujas de aire en la tubería.
Válvulas de purga. Colocadas en partes bajas de la conducción, su
función es evacuar los sedimentos acumulados en esos puntos,
utilizando la misma fuerza dinámica del flujo. Son del tipo compuerta.
Válvula reductora de presión. Sirve para reducir la presión, son
automáticas y graduables.
Cámara rompe presión (CRP). Es un dispositivo pequeño en contacto
con la presión atmosférica y permite bajar la presión hasta cero.
La CRP tiene dimensiones pequeñas, pudiendo aproximadamente tener
0.80 m x 0.80 x 1 m, y debe ser una estructura la más segura, respecto
a posibilidad de contaminación.

6. f) Línea de gradiente hidráulica.
La línea de gradiente hidráulica indica la presión de agua a lo largo
de la tubería bajo condiciones de operación.
g) Pérdida 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 pérdida de carga pueden ser lineales o de fricción (originadas por
el rozamiento) y singulares o locales (cambio de movimientos y
velocidades).
Pérdidas de Carga Unitaria: Fórmula de Hazen y Williams.
Pérdidas de Carga por Tramo: es necesario conocer los valores de
carga disponible, el gasto de diseño y la longitud del tramo de la
tubería. Con el uso de nomogramas o la aplicación de formulas,
se determina el diámetro de la tubería.

7. Combinación de tuberías. El método para diseñar la línea de
conducción mediante la combinación de tuberías tiene ventajas de:
- Manipular las pérdidas de cargas.
- Conseguir presiones dentro de los rangos admisibles.
- Disminuir considerablemente los costos del proyecto.
- Al emplearse tuberías de menor diámetro evita un mayor número de
cámaras rompe-presión.
4. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
 En lo posible se tratará que la línea de conducción sea en longitud la
menor posible, por cuestiones de orden económico y racional.
 El terreno por donde atraviesa la tubería deberá ofrecer las garantías
necesarias en cuanto a su estabilidad.
 La profundidad a colocar la tubería dentro del terreno será de 0.80
m. sobre la clave.
 Colocar los accesorios necesarios para la seguridad y protección de
la tubería:

8.  Colocar una rejilla, en el conducto forzado.
 Válvulas de aire, funciona al cargarse el agua dando una rápida salida
al aire y permiten su ingreso en el caso de des-agotamiento. En
general, son automáticas.
 Válvulas ventosas; ubicadas en las partes altas de la línea de
conducción, para evacuar el aire en la tubería.
Continua……..
 Válvulas de purga; colocadas en las partes más bajas de la línea de
conducción, para evacuar los sedimentos acumulados y utilizando la
misma fuerza dinámica.
 Válvulas reductoras de presión, cumplen la función de reducir la presión
en el conducto forzado.
 Cámara rompe presión (CRP), dispositivo que permite bajar la presión
hasta cero (0) y se usa cuando la presión estática y/o dinámica, supera
el esfuerzo de trabajo del material del conducto.

9.  La tubería a usarse podría ser de uno o de una combinación de
materiales (rehabilitación), lo mismo puede suceder con los diámetros
comerciales. En el presente trabajo se utilizará tubería PVC.
 Como premisa se tiene que la tubería tendrá como diámetro mínimo
de 2”. Se tomara en cuenta el valor representativo o no de las
pérdidas de energía local, que es función de la longitud y el diámetro.
Continuación….
5. CRITERIOS PARA EL DISEÑO
5.1. CONDUCTO CERRADO POR GRAVEDAD
A. Caudal:
Se diseña con el caudal máximo diario (Qmaxd)
B. Velocidad:
Se debe tener en cuenta el rango de velocidades:
0.6 – 3 m/s. Concreto
0.6 – 5 m/s. PVC, FºGº, Acero, Polietileno, etc.

10. Continua….
C. Material:
Puede utilizarse PVC, FºGº, Acero, Polietileno, Asbesto
Cemento.
D. Diámetro:
Los diámetros máximos y mínimos, se determinan teniendo
en cuenta lo siguiente:
0.6 < V < 5 m/sg (PVC)
Vmin = 0.6 m/sg, no produce sedimentación.
Vmax = 5 m/sg, no produce erosión.
Nominal (calculado o teórico)
Comercial: 1”, 11/2”, 2”, 3”, 4”, 6”... 22” .

11. Continuación…
E. Clase:
La clase de la tubería se determina de acuerdo a las presiones
máximas y mínimas originadas por el golpe de Ariete, que
vendrían a ser: 5, 7.5, 10, 15 Kg/cm2
Para determinar cuantos m.c.a. puede soportar la tubería se
multiplica por 10 a la clase, por ejemplo:
5 Kg/cm2 x 10 50 mca
7.5 Kg/cm2 x 10 75 mca
F. Relación L/D:
Nos determina si la tubería es larga o corta
L/D > 2000 obviamos PC locales
L/D < 2000 consideramos PC locales.

12. Continuación…
G. Pérdidas de carga por fricción: Hazen – Willams
Las perdidas de carga se calcula con la siguiente fórmula:
hf = 10,7*L*Q1,85 La gradiente es: sf = 10,7*Q1,85
(C1,85 * D4,87) (C1,85 * D4,87)
El valor C (Coef. De Hazen):
H. Presión:
Se debe tener las siguientes consideraciones
> 1 mca, sobre la tubería, para evitar el fenómeno CAVITACIÓN
> 5 mca, llegada al reservorio.
MATERIAL C
FºFº 100
Concreto 110
Acero 120
PVC, HDPE,AºCº 140 (150)

13. .
5.2. CONDUCCION POR BOMBEO (IMPULSION)
A. Caudal:
Qdiseño = Qm * 24 . ; Se utiliza K1 en un bombeo de 24 horas / día.
Nº H.B.
B. Velocidad:
Se debe tener en cuenta el rango de velocidades: 0.6 – 2 m/seg.
C. Diámetro:
Los diámetros máximos y mínimos, se determinan en función del
rango de velocidades y la ecuación de la Continuidad.
El diámetro de la tubería de impulsión, puede plantearse en
aplicación de la fórmula de MARQUARD: D= K (λ)1/4 (Q) 1/2 ; K = 0.9 -
1.4 ; λ = N H.B./ 24 ; BRESSE, para 24 horas.
La tubería de succión, tiene por lo general un diámetro superior al
de impulsión, y la posición de ella respecto del fondo del cárcamo de
bombeo y al tirante de agua, debe ser, 0.10 m y mayor a la
posibilidad de ingreso de aire a dicha tubería, respectivamente.
D. Pérdidas de Carga:
La pérdida por fricción debe calcularse por la ecuación general
(DARCY).

14. E. NPSH:
NPSHD > NPSHR ; El NPSHR es dado por el fabricante ( 2.5 – 4.0 m)
Aplicando Bernulli entre 1 y 2 , despejando resulta:
NPSHD = PAL – (PVAPOR + V2
2 + hS + PC1-2) (Presión negativa)
2g

15. Es una maquina transformadora de energía, recibe energía mecánica que
puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. y la convierte en energía
de posición, por eso se determina maquina movida, puede ocurrir lo
inverso, la maquina recibe energía del fluido y la transforma en energía
mecánica a estas se les denomina maquina motora (turbina).
Capacidad. Es el volumen del liquido bombeado en una unidad de tiempo y
se expresa en litros / seg. El tiempo de trabajo de una bomba, diariamente,
está referida en su catalogo, por lo general, es de hasta 18 horas.
Potencia. Es el trabajo que se requiere efectuar, en la unidad de tiempo
para elevar una cantidad de agua, a una determinada altura.
P = P.e. * Q * Ht efectiva / ( 75 * n ) …HP ; n = 0.50 - 0.80 (eficiencia).
G. Golpe de ariete
Cuando la velocidad del agua se anula súbitamente, por inversión de la
corriente en las bombas, o en las tubería, por el cierre de una válvula, la
energía dinámica del tubo, se convierte en energía de presión y se produce
un choque en el tubo. Comenzando con el punto de cierre, la onda de
sobrepresión retrocede a través de la tubería con velocidad e intensidad
constante, hasta que alcance a llegar al depósito, inmediatamente después,
se produce una inversión de la sobrepresión.
F. Bomba

16. Por esta causa se origina un reflejo dentro de la tubería que de nuevo
produce un choque o martilleo, y el ciclo de presiones alta, normal y
subnormal, se repite una y otra vez, aunque con menores oscilaciones,
hasta que finalmente se amortigua por fricción. El fenómeno se nota por el
ruido del choque y la presión puede llegar a ser tan alta que reviente la
tubería.
Celeridad (a) = 9900 / [ 48.3 + K (D/e)] 1/2 ; K = 10 6 ( kg/cm2 ) / E material.
Tiempo (T), según E. Mendiluce:
T = (1 + K*L*V) / ( g * H efect.) ; Donde: L y V, Tubería de impulsión.
H efect, Altura de impulsión
K, Coeficiente:
K = 2.0 ..L< 500 m
K = 1.5 500 < L< 1500 m
K = 1.0 L > 1500 m.
Longitud de tránsito de impulsión (Lt) = a * T / 2.
Si L t > L i …Impulsión Larga. MICHAUD
Si L t < L i …Impulsion Corta ALLIEVI
MICHAUD…..s/p = 2 * L * V / (g * T)
ALLIEVI……..s/p = a * V / g.
LA PRESIÓN TOTAL, ESTA DEFINIDA POR LA SUMA DE LA PRESIÓN
ESTÁTICA MAS LA SOBRE PRESIÓN.

17. SISTEMA DE IMPULSION
PARA EL RESERVORIO R3

18. EMPALME EXCENTRICA EN LA SUCCION DE LA BOMBA

19. 6. PROCEDIMIENTO PARA EL SISTEMA DE CONDUCION:
 Para diseñar una línea de conducción, primeramente, se la dibuja
en planta, teniendo en cuenta tramos rectos y acomodándose a la
topografía del terreno, buscando sea la menor longitud, pero
teniendo en cuenta la estabilidad del terreno.
 Luego se realiza el dibujo en perfil, de la misma, a las escalas
adecuadas.
 A continuación se asume la velocidad (mínima y máxima) con las
cuales se determinan los diámetros de la tubería, permisibles.
 Se escoge el diámetro adecuado (dentro del rango calculado) y
teniendo en cuenta la sección de la misma, se determina el
gradiente hidráulico, este afectado con la longitud de la tubería,
determinamos la línea piezométrica, con esta comprobamos si el
diámetro seleccionado, cumpla o no, con las condiciones de diseño.
 Para el caso de la conducción por bombeo, se calcula, el valor de la
sobre presión por efecto del fenómeno del golpe de ariete, el cual
nos sirve para determinar la clase y el espesor de la tubería.

20. INSTALACION DE CINTA EN UNA ZANJA

21. PERFIL LONGITUDINAL
LINEA PIEZOMETRICA Y TENDIDO DE TUBERÍA
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
110.00
120.00
130.00
140.00
150.00
160.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00 1100.00 1200.00 1300.00 1400.00 1500.00
distancia acumulada en m
cotasenm.s.n.m.
Terreno
Tubería
Piezométrica
cc
EJERCICIO TE-3: