Informe de Linea de Conduccion

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LINEA DE CONDUCCION I.

INTRODUCCION

La línea de conducción en un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad es el conjunto de tuberías, válvulas, accesorios, estructuras y obras de arte encargados dela conducción del agua desde la captación hasta el reservorio, aprovechando la carga estática existente. Debe utilizarse al máximo la energía disponible para conducir el gasto deseado, lo que en la mayoría de los casos nos llevará a la selección del diámetro mínimo que permita presiones iguales o menores a la resistencia física que el material de la tubería soporte. Las tuberías normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el caso de que, a lo largo de la ruta por donde se debería realizar la instalación de las tuberías, existan zonas rocosas insalvables, cruces de quebradas, terrenos erosionables, etc. que requieran de estructuras especiales. Para lograr un mejor funcionamiento del sistema, a lo largo de la línea de conducción puede requerirse cámaras rompe presión, válvulas de aire, válvulas de purga, etc. Cada uno de estos elementos precisa de un diseño de acuerdo a características particulares. Todas estas consideraciones serán desarrolladas en el presente capítulo y servirán para diseñar y definir los diámetros de las tuberías y la ubicación de las cámaras rompe-presión en caso sea necesario. II.

OBJETIVOS

Objetivo Principal: Diseñar la Línea de Conducción por Gravedad desde la Captación hasta el Reservorio. Objetivo Secundarios:   

Calcular los diámetros de las tuberías en la línea de conducción. Determinar las velocidades para cada diámetro usado. Trazar la Línea piezométrica.

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Calcular



conducción Determinar las presiones de carga en los puntos críticos y cambio de

las pérdidas de carga de cada punto de la línea de

pendiente en la línea de conducción.

III.

REVISION DE LITERATURA

LINEA DE CONDUCCION: Dentro de un sistema de abastecimiento de agua, se le llama línea de conducción, al conjunto integrado por tuberías, y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua -en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión- desde la fuente de abastecimiento, hasta el sitio donde será distribuida. Existen dos maneras de transportar el agua: Gravedad y Bombeo Conducción por gravedad: La conducción por gravedad puede realizarme mediante canales y por conducto forzados (tuberías), para el transporte de agua potable usaremos la última; por tuberías,

ya que tiene las siguientes características

esenciales:   

Evitan la contaminación. Soluciona problemas de irregularidades en la topografía. Genera pérdidas de carga. Conceptos Generales:



Carga Disponible:

Viene representada por la diferencia de captación y el reservorio.  Es el

Caudal de Diseño: 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 

Clase de Tubería (C):

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC Estará definida por la máxima presión que ocurra en la línea representada por la carga estática:



Diámetros:

Este diámetro seleccionado

deberá ser capaz de conducir el gasto de

diseño. 

Estructuras Complementarias: o Rejilla: Canastilla de entrada al conducto, evita la entrada de o

piedras, gravas, ramas, etc. Válvulas de Aire o Ventosas: Válvulas automáticas, ubicadas en partes altas de la conducción, eliminan burbujas de aire en la

o

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

o

compuerta. Válvula reductora de Presión: Sirve para reducir la presión,

o

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. Línea de Gradiente Hidráulica:

La línea de gradiente hidráulica indica la presión de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación. 

Perdida de Carga:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC 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 fórmulas, se determina el diámetro de la tubería. 

Combinación de Tuberías:

El método para diseñar la línea de conducción mediante la combinación de tuberías tiene ventajas de: o o o o

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.

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:  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.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC  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.  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.  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. Criterios de Diseño: 1. Caudal: Se diseña con el caudal máximo diario (Qmaxd) 2. Velocidad: Se debe tener en cuenta el rango de velocidades:

0.6−3 m/s → Concreto

0.6−5 m/ s → PVC , F ° G° , Acero , Polietileno , etc. 3. Material: Puede utilizarse PVC, FºGº, Acero, Polietileno, Asbesto, Cemento. 4. Diámetro: Los diámetros máximos y mínimos, se determinan teniendo en cuenta lo siguiente:

0.6−5 m/ s → PVC

Vmin=0.6 m/s → No produce sedimentacion

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Vmax=5 m/s → No produce erosion 5. 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 cuántos 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

6. Pérdidas de carga por fricción: Hazen – Willams: Las pérdidas de carga se calculan con la siguiente fórmula:

Dónde: C es el coeficiente de Hazen.

7. Presión: ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC Se debe tener las siguientes consideraciones: p > 1 mca, sobre la tubería, para evitar el fenómeno CAVITACIÓN p > 5 mca, llegada al reservorio.

IV.

PROCEDIMIENTO

Datos: Q maxd

=

14.743

lt/seg

Q maxd Clase Tipo de Tuberia C Velocidad (PVC)

= :

0.01474 5

m3/s

: = Minima Maxima

PVC 140 = =

Longitud de la Linea de Conduccion en el Terreno Tramo

Distancia

Distancia Acumulada

1--2 2--3 3--4 4--5 5--6 6--7 7--8 8--9 9--10 10--11 11--12 12--13 13--14 14--x 14--15

30.86 76.75 76.06 87.66 78.8 105.24 84.37 87.04 71.02 55.04 74.41 62.84 77.26 23.56 75.6

30.86 107.61 183.67 271.33 350.13 455.37 539.74 626.78 697.8 752.84 827.25 890.09 967.35 990.91 1066.51

50 m.c.a

0.6 5

m/s m/s

Cotas de la Linea de Conduccion Punto

Cota

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 x 15

1795 1789 1786 1784.5 1782.5 1780.94 1782.71 1774 1772 1766.5 1757.5 1752.5 1743 1734 1731.5 1723.5

1. Analisis del Tramo 1 - 15 ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC Uniendo el Punto 1 y 15, tenemos:

Cota 1 cota 15 H = hf =

1795 1723.5 71.5

m m m

2. Calculo de la Pendiente

S= S=

0.06704 6.704

%

3. Calculo del Diametro de la Tuberia Para este calculo empleamos las Formulas de Hazen William:

Donde: L = hf = S= Q= D= C=

Longitud de la tubería. Perdida de carga por fricción. Pendiente hidráulica. Caudal máximo diario. Diámetro de la tubería. coeficiente de Hazzen Willians, depende del tipo de material.

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Diametro

Material PVC

C 140

S= L= Q=

0.06704 1066.51 0.01474

D= D= D=

0.0874 8.74 3.4409

m cm pulg

De este resultado podemos tomar como tuberias comerciales a 4" y 6" 4. Calculamos las Gradientes Hidraulicas Para D = 4 pulg Para D = 6 pulg

S

ɸ4

=

0.03215

32.15

‰

S

ɸ6

=

0.00446

4.46

‰

0.6 5

m/s m/s

5. Verificacion de la Velocidad Condición Tuberías PVC Para D = 4 pulg Para D = 6 pulg

Velocidad Mínima = Velocidas Máxima =

4

V=

6

V=

1.81811 013 0.80804 895

m/s m/s

Como los diametros cumplen la condicion de Velocidad, usaremos tuberias de 4" y 6". 6. Calculo de la Distancia para los diametros propuestos

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El diametro de la tuberia de salida de la captacion sera de 6'' y luego de la distancia que calcularemos , continuara la tuberia de 4''.

S

ɸ4

=

0.03215

0.3215

S

ɸ6

=

0.00446

0.0446

H= L=

68.5 1066.51

X=

990.91

m

7. Calculo de la Presion en el punto de interseccion Perdida de carga:

hf

1-x

=

44.195

mca

Calculo de la Presion de Salida

Cota X Cota 1 Presion en X

1731.505 1795

m m

19.300

m.c.a

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1 0

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA - EAPIC Como la Tuberia es de Clase 7.5 , entonces son 75 m.c.a, siendo mayor que la Presion en X. La determinacion de la Presion de salida en el reservorio, sera con un diametro de 4'', habiendose diseñado con el criterio que en este punto la presion sea de 3 m.c.a

8. Calculo de las Presiones en los diferentes puntos:

Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 X 15

Diametro 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4

Sf

hf

0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.0446 0.3215

1.376 3.423 3.392 3.91 3.514 4.694 3.763 3.882 3.167 2.455 3.319 2.803 3.446 1.051 24.305

Cota 1795 1789 1786 1784.5 1782.5 1780.94 1782.71 1774 1772 1766.5 1757.5 1752.5 1743 1734 1731.5 1723.5

Presion 0 4.624 4.201 2.309 0.399 -1.555 -8.019 -3.072 -4.954 -2.621 3.924 5.605 12.302 17.856 19.305 3

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V.

CONCLUSIONES



Se determinó los diámetros de 4’’ y 6’’ de las tuberías de la Línea de



Conducción. Se hallaron las presiones de los puntos de cada tramo de la línea de



conducción, siendo menores a la presión establecida. La clase de tubería es 7.5

VI.

BIBLIOGRAFIA



Reglamento Nacional de Edificaciones: NORMA IS.010 - Instalaciones



Sanitarias. VIERENDEL. (2015).Abastecimiento de Agua y Alcantarillado. 3°



Edición. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/dotacionagua/determinaci ondeladotaciondeagua.html

VII.

ANEXOS

 

Plano en planta de la Línea de Conducción. Plano en Perfil de la Línea de Conducción.

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