Lineas de Conduccion Abastecimientos de Agua y Ado

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA” FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL _______________________________________________________

TEMA ASIGNATURA

: LÍNEA DE CONDUCCIÓN :

ABASTECIMIENTO EN AGUA Y

ALCANTARILLADO

DOCENTE DELGADO ALUMNA

:

ING. JOSÉ ANTONIO CORONEL

:CHICLOTE AQUINO, Oscar DÁVILA Olivera, Blanca Rubí HOYOS MEGO, Leidy RIVAS AZABACHE, Segundo

FECHA DE PRESENTACIÓN del 2011

Jaén - Perú

:

03 de Octubre

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I.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, ante el aumento dramático de la población que se viene dando tanto en nuestra localidad, en nuestro país y en general en el mundo entero, los diferentes servicios y recursos que se brindan tienen que ser mejor administrados, por ello en el caso del agua dicha administración requiere de mucha responsabilidad, ya que la disponibilidad del vital líquido disminuye cada vez más y por lo tanto su obtención se dificulta y encarece de manera importante. La vulnerabilidad de los sistemas de agua potable y de alcantarillado es un problema que existe en todo lugar, y lo que queda por hacer es tratar de mitigar esta vulnerabilidad a los desastres, para reducir los efectos que éstos pudieran causar en la salud de los habitantes. Para reducir la vulnerabilidad de los riesgos de colapsos en las líneas de conducción para el paso de los cauces hídricos es recomendable la utilización de estructuras independientes, como sifones o pasos elevados.

En base a muchas experiencias y daños reportados nosotros como estudiantes y futuros profesionales podemos realizar y dar recomendaciones y soluciones por lo que es muy importante saber muchos conceptos que en el presente informe detallaremos. II.

OBJETIVO

Establecer y aprender a tomar criterios para el diseño de líneas de conducción e impulsión de sistemas de abastecimiento de agua rural.

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III.

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DEFINICIONES

Para el entendimiento total de este tema es necesario conocer algunos conceptos básicos como:  Cámaras rompe presión: Estructura que permite disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión atmosférica), con la finalidad de evitar daños a la tubería.

 Carga dinámica: En cualquier punto de la línea, representa la diferencia de la carga estática y la pérdida de carga por fricción en la tubería.

 Golpe de ariete: Se denomina a la sobrepresión que reciben las tuberías, por efecto del cierre brusco del flujo de agua.

 Línea de conducción: En un sistema por gravedad, es la tubería que transporta el agua desde el punto de captación hasta el reservorio. Cuando la fuente es agua superficial, dentro de su longitud se ubica la planta de tratamiento.

 Línea gradiente hidráulica: Es la línea que indica la presión en columna de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones de operación.

 Línea de impulsión: En un sistema por bombeo, es el tramo de tubería que conduce el agua desde la estación de bombeo hasta el reservorio.

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 Nivel de carga estática: Representa la carga máxima a la que puede estar sometida una tubería al agua cuando se interrumpe bruscamente el flujo.

 Pérdida de carga unitaria (hf): Es la pérdida de energía en la tubería por unidad de longitud debida a la resistencia del material del conducto al flujo del agua. Se expresa en m/km o m/m.

 Pérdida por tramo (Hf): Viene a representar el producto de pérdida de carga unitaria por la longitud del tramo de tubería.

 Reservorio: Es la instalación destinada al almacenamiento de agua para mantener el normal abastecimiento durante el día.

 Válvula de aire: Válvula para eliminar el aire existente en las tuberías; se las ubica en los puntos altos de la línea.

 Válvula de purga: Válvula ubicada en los puntos más bajos de la red o conducción para eliminar acumulación de sedimentos.

III.1.

LÍNEAS DE CONDUCCIÓN Se denomina línea de conducción 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 línea debe calcularse con el gasto máximo diario.

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Las líneas de conducción las podemos dividir en dos tipos: las líneas de conducción por gravedad y líneas de conducción de bombeo. Líneas de conducción 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. Líneas de conducción por bombeo:

Las tuberías se definen como los ductos por los cuales pueden circular un líquido o bien un gas. Las tuberías empleadas en los sistemas de abastecimiento de agua son. a. Tubería de fierro. b. Tubería de asbesto-cemento (ac) c. Tubería de policloruro de vinílico (PVC). De acuerdo al caudal que tiene que pasar por la tubería, se puede considerar 2 opciones: conducción con tubos llenos, y conducción con tubos tirante hasta 75% del diámetro del tubo. Para trabajar con tubos llenos debemos asegurar que en el perfil longitudinal la línea de presión en la tubería no baje de la línea de altura del terreno, ya que esta condición representa presiones negativas en el tubo, con los problemas que esto implica (formación de bolsas de aire, implosion de tuberías. OBRAS DE ARTE EN LAS IÍNEAS DE CONDUCCION Y DE DISFRIBUCIÓN A continuación van a ser presentados algunos tipos de obras que podemos necesitar en las líneas de conducción y de distribución.  Captación o bocatoma  Sedimentador

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 Obras de repartición  Cámara rompe-presión  Cajas de válvulas de purga y de desfogue  Reservorio cámara de carga Se asume que los diseños de pequeñas captaciones, bocatomas, sedimentadores. Cámaras rompe-presión y válvulas de purga y de desfogue son suficientemente conocidos, y nos limitamos a dar más detalles sobre las obras de repartición, y las reservorios1camaras de carga. • Revisar y controlar los sistemas de válvulas. • Mantener limpios los drenajes en los sitios donde transita la tubería. • En caso de ser necesario, reubicar la tubería en las zonas que no representen riesgos. • Colocar pasos aéreos donde el flujo de agua haga correr peligro a la tubería. • No se deben taponear los drenajes naturales sino crear estructuras que permitan el flujo normal del agua. FUNCIONES DE UNA LÍNEA DE CONDUCCIÓN  Revisar y controlar los sistemas de válvulas.  Mantener limpio los drenajes en los sitios en donde transita la tubería.  En caso de ser necesario reubicar la tubería en las zonas en donde no representen riesgos.  Colocar pasos aéreos en donde el flujo de agua hiciera correr peligro a la tubería.  No se debe taponar los drenajes naturales, sino crear estructuras que permitan el flujo normal del agua. 3.2. RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO a) Alineamiento

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La línea de conducción deberá tener un alineamiento que sea lo más recto posible y evitando zonas de deslizamiento o inundaciones. Debe evitarse también presiones excesivas mediante la construcción de cajas rompe presión y evitar contrapendientes y cuando este es inevitable usar válvulas de aire. b) Caudal de conducción El caudal de diseño usual corresponde al caudal máximo diario. Eventualmente caudal máximo horario si se tiene disponibilidad hídrica y se justifica económicamente esta solución, comparando el costo adicional por mayor diámetro de tubería y el ahorro de no construir el reservorio. En el caso de las líneas de impulsión (bombeo) el caudal de diseño se obtendrá considerando el periodo de tiempo de bombeo por día. c) Clases de tubería Se usará tubería PVC de presión (clases 5, 7.5, 10 o 15) de acuerdo a las presiones requeridas, considerando que la presión de diseño debe ser el 80% de la nominal. En el caso de sifones, se puede realizar una distribución de varias clases de tubería, de acuerdo al perfil de presiones. El diámetro mínimo para la línea de conducción debe ser de 2”. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA TUBERIA PARA PRESION NTP-ISO-4422 PRESION CLASE

MAXIMA DE PRUEBA (m)

PRESION MAXIMA DE TRABAJO (m) A 20ºC

FACTOR DE SEGURIDAD

5

50

35 (3.5 bar)

1.4

7.5

75

50 (5 bar)

1.5

10

105

70 (7 bar)

1.5

15

150

100 (10 bar)

1.5

mca = metros de columna de agua (1 mca = 0.1 kg/cm2) Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Página 9

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d) Velocidades y Diámetros En la determinación del diámetro comercial se consideran diferentes soluciones y se evalúan 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 transportar el caudal de diseño con velocidades entre 0.6 a 3.0 m/s (ver Tabla de RICHTER, reglamentos) y las perdidas de carga por tramo calculado deberán ser menores o iguales a la carga disponible. VELOCIDAD MEDIA MAS ECONOMICA EN TUBERIAS (m/s) según RICHTER Redes de distribución para agua potable e industrial:

3.3.

Tuberías principales

1.0 a 2.0

Tuberías laterales

0.5 a 0.7

Tuberías muy largas

1.5 a 3.0

RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DE LA TUBERÍA

Almacenamiento • El apilado de tubos debe hacerse sobre terreno nivelado hasta una altura máxima de 3m • Los tubos no deben estar expuestos al sol. • Las campanas de los tubos no deben recibir sobrepeso, lo cual se logra cruzando los tubos alternativamente en el apilado. Instalación a) Excavación de la zanja • Es recomendable no abrir las zanjas con demasiada anticipación para evitar derrumbes, inundaciones, problemas de tránsito y accidentes. • La altura de recubrimiento (sobre el tubo) debe ser como mínimo 0.8 m en zonas sin tránsito vehicular. En zonas de tránsito vehicular

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ligero la altura mínima debe ser 1.00 y en zonas de tránsito pesado 1.20 m. • Para el ancho de la zanja deberá considerarse las medidas siguientes:

Hasta 2”

0.35

De 2.5 a 3”

0.40

> a 3”

0.50

• El fondo de la zanja debe estar refinado y nivelado, evitando que existan protuberancias rocosas que hagan contacto con el piso. 3.4. LÍNEA DE GRADIENTE HIDRÁULICA O LÍNEA PIEZOMÉTRICA 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 está línea para un caudal que descarga libremente en la atmósfera (como dentro de un tanque), pueda resultar que la presión residual en el punto de descarga se vuelva positiva o negativa.

Plano piezométrico estático

Presión negativa

A Desarenador

B

Línea piezométrica

Reservorio

3.5. PÉRDIDA DE CARGA Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Página 11

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Es la energía necesaria para transportar una caudal de un punto a otro y que disipa el fluido por fricción. Las tuberías pueden clasificarse en largas y cortas (criterio L/D y 10% de perdidas por fricción). Las perdidas por fricción pueden lineales o locales. a)

PERDIDA DE CARGA UNITARIA (S)

Ø Es la pérdida de energía por unidad de longitud. Ø Se evalúa con la ecuación de:

Hazen y williams

Darcy y Wesibach

b)

PERDIDA DE CARGA POR TRAMO (hf)

3.6. PRESIÓN Y COTA PIEZOMÉTRICA En la línea de conducción, la presión representa la cantidad de energía gravitacional contenida en el agua. Se determina mediante la ecuación de Bernoulli.

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hf

Z1 +

V2 P v2 + 1 = Z 2 + 2 + 2 +h f γ 2g γ 2g

P1

Donde:

Z

=

Cota respecto a un nivel de referencia arbitraria

(m) P

γ

=

Altura de carga de presión “P es la presión y γ el peso

especifico del

hf

v

=

=

Es la pérdida de carga que se produce en el tramo de 1

Velocidad media del punto considerado (m/s)

a2 Se asume que la velocidad es despreciable debido a que v1 = v2 . Como se inicia el diseño desde la cámara de captación, la presión es igual a la presión atmosférica, por lo que la carga de presión se asume como cero. El mismo criterio se aplica cuando se considera en el diseño como punto de partida una cámara rompe presión, resultando al final del tramo: Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Página 13

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P2

γ

= Z1 − Z 2 + h f

Golpe de ariete y válvulas de ventosa (aire) Los fenómenos conocidos como golpe de ariete y entrampamiento de aire constituyen uno de los principales problemas para el colapso de las tuberías de conducción de agua potable, sobre todo en los cuatro sistemas regionales de agua potable estudiados en este documento. El golpe de ariete se produce en una línea de bombeo cuando se interrumpe súbitamente la energía que propulsa la columna de agua. Este efecto produce una presión interna en toda la longitud de la tubería, la misma que es recibida en su interior y en el de las demás instalaciones como un violento impacto

. Esquema de amortiguamieto del golpe de ariete

Con relación a las válvulas de ventosas o aire, se recomienda mantenerlas libres de sedimentos y realizar mantenimientos periódicos (cada 3 meses) a fin de comprobar el adecuado funcionamiento de su mecanismo.

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Se deben cambiar de sitio los cruces de tuberías por encima de ríos que se encuentran sobre las vigas de los puentes. Es necesario cambiar de sitio estos tramos o ubicarlos en las vigas aguas abajo, en estructuras de pasos elevados o en la parte inferior del cauce (sifón). En tuberías colocadas sobre la superficie del terreno, se deben implementar los anclajes de hormigón para amortiguar el golpe de ariete

CONCLUSIONES

Al término de este informe se ha llegado a las siguientes conclusiones y además también empezaremos a diseñar las diferentes estructuras que conformarán nuestro sistema de abastecimiento de agua y alcantarillado en ellas la línea de conducción. Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Página 15

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