UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA)

1. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA) Líneas de aducción y Estanques de almacenamiento

2. LINEAS DE CONDUCCION Son las tuberías que conducen el agua desde las fuentes de abastecimiento hasta la planta de tratamiento y desde ésta a los depósitos de regularización del régimen de consumo.Dependiendo de la fuente de abastecimiento, las conducciones pueden ser por bombeo o por gravedad.

3. COMPONENTES ADICIONALES Estructuras como desarenadores, tanques rompecarga, anclajes y registros de inspección y operación de válvulas. Accesorios como reducciones, codos, tee. Válvulas: Seccionamiento, desagüe para limpieza, de aire, reductoras de presión. Deben utilizarse los sistemas por gravedad preferentemente tomando en consideración, principalmente los costos de operación.

4. CRITERIOS PARA DISEÑO DE LINEAS DE CONDUCCION POR GRAVEDAD Se requerirán los datos topográficos de la línea a diseñar. Planimetría y perfil. Carga disponible Es la diferencia entre el nivel mínimo de agua en la captación y el nivel máximo de agua en la planta potabilizadora, o la diferencia de nivel entre la salida de la cisterna de agua tratada y el nivel máximo en el tanque de almacenamiento.

6. Caudal de diseño:El caudal de diseño a utilizar es:Qdis = Cvd Qmdonde:Qdises el caudal de diseñoCvd es el coeficiente de variación diariaQm es el caudal medio

7. Clase de tubería.Se seleccionan después de que se conocen las características de funcionamiento hidráulico de la conducción, de tal manera que puedan soportar las presiones de trabajo. La selección dependerá también de las condiciones del terreno donde debe instalarse la conducción.

9. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

10. PRESIONES MÁXIMO EN LAS TUBERIAS

11. Determinación del diámetro requerido.Se sabe que para la determinación de los diámetros se pueden generar varias soluciones y para seleccionar la mejor habrá que realizar un análisis económico.Del curso anterior, se sabe que el diseño más económico es aquél en que la carga disponible (energía ) es equivalente a las pérdidas en la línea.ΔH = Σ h L 1-2

12. La fórmula a utilizar es la de Hazen – Williams en su forma modificada de Arocha.J = ΔH = α1 X Qn + α2 (L´-X) Qndonde:α1es el coeficiente correspondiente a Φ1α2es el coeficiente correspondiente a Φ2X es la distancia correspondiente a Φ1Q es el caudal de diseñoΔH es la diferencia de nivel entre dos puntosJ es la pérdida de carga en metrosL´ es la longitud afectada por un 5% para estimar pérdidas por turbulencia.

13. Con esta fórmula, lo que se obtiene es una longitud L1 de un diámetro Φ1 y una longitud L2 de un diámetro Φ2, cuya suma de pérdidas de carga sea igual a ΔH.Reordenando la ecuación se puede obtener:ΔH – α2 L´Qn X = -------------------- Qn ( α1 – α2 )Estudiar los ejemplos del Arocha.

14. ACCESORIOS.Válvulas de expulsión de aire o ventosas.Las líneas de conducción tienden a acumular aire en los puntos altos, creando bolsas que reducen el área útil de la tubería, por lo que se produce un incremento de las pérdidas y una disminución del caudal.Se consideran puntos altos aquéllos donde existiendo una curva vertical se pasa de una pendiente positiva a una negativa y es en estos puntos donde deben instalarse las ventosas.Para facilitar la acumulación de aire en algún punto que permita su expulsión, se puede lograr artificialmente manipulando las rasantes para crear esos puntos. Se recomienda utilizar pendientes mínimas de 6 por 1000 en los descensos y 3 por 1000 en los ascensos.

16. El diámetro requerido de las ventosas a instalar dependerá del diámetro de la conducción.

17. Válvulas de limpieza o purga.Las conducciones tienden a acumular sedimentos en los puntos bajos si son colocados en una topografía accidentada, por lo que conviene colocar algún dispositivo que permita su expulsión y permita la limpieza de la tubería.La limpieza consiste de una derivación de la tubería, provista de una llave de paso.

19. Válvulas reguladoras de presiónSon las que producen en su interior una pérdida de carga constante, cualquiera que sea la presión de entrada y el caudal

24. LINEAS DE CONDUCCION POR BOMBEO Cuando la fuente de almacenamiento está por debajo de los sitios de consumo de agua se requerirá el bombeo. A diferencia de una línea de conducción por gravedad, donde la carga disponible es un criterio lógico de diseño que permite la máxima economía, al elegir diámetros cuyas pérdidas de carga sean máximas. En el caso de sistemas por bombeo, se trata de una carga que hay que vencer para conducir el agua hacia donde queremos. Se puede hablar de dos casos extremos: Diámetros pequeños y equipo de bombeo grandes. Se tiene un costo mínimo para tuberías, pero máximo para los equipos de bombeo, operación y mantenimiento. Diámetros grandes y un equipo bombeo de baja potencia. Se tiene costos altos para la tubería y bajos para los equipos de bombeo, operación y mantenimiento.

26. CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL DISEÑO DE CONDUCCIONES POR BOMBEO Caudal de diseñoEl caudal de diseño para estos sistemas es igual que en el caso anterior:Qdis = Cvd QmSin embargo, no es recomendable ni práctico bombear durante 24 horas. Es factible reducir las horas de bombeo incrementando el caudal. Se puede utilizar la expresión:24Qb = Q dis ------- N

27. Sin embargo, se acostumbra, para los casos de sistemas por bombeo utilizar el Qm en vez de Qdis, tomando en consideración que las deficiencias en caudal que pudieran ocurrir durante la operación puede resolverse aumentando el tiempo de bombeo.Por lo tanto la expresión se transforma en:24Qb = Q m -------- NGeneralmente N < 16 horas.

28. Selección del diámetro Será aquella que, satisfaciendo criterios técnicos, resulte la más económica. Se sugiere utilizar 3 o 4 diámetros, variando los rangos de caudal demandado dentro del período de proyecto. Una vez que se determinan las pérdidas de carga , se puede obtener la potencia requerida para la bomba, Υ Q he P = ------------ 76 η Para seleccionar los posibles diámetros que pudieran utilizarse, usar cuadro 17 Arocha.

30. Se realiza el análisis económico incluyendo los costos de adquisición de la tubería y equipo de bombeo, instalación, operación, mantenimientos amortización del capital.Puede presentarse en forma de gráfica como se ve en la figura.

31. Sobrepresión por Golpe de Ariete Los sistemas de conducción por bombeo están sujetos a paradas e interrupciones bruscas, acción que puede provocar sobrepresiones por el denominado golpe de ariete.En el estudio de este fenómeno hay que abandonar las hipótesis de que el fluido es incompresible y que el régimen es permanente. El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y por lo tanto de régimen variable.El estudio del golpe de ariete fue hecho en primer lugar por Joukowski, mientras que la solución completa del problema fue dada por Allievi.

33. El cálculo de la sobrepresión depende del tiempo de cierre de la válvula (tc), que es el tiempo requerido para que la onda de presión regrese a la válvula. Se define como:2 L tc = --------- Vwdonde:L : Longitud de la tuberíaVw: Velocidad de propagación de la ondaSi el tiempo de cerrado de la válvula es menor que (tc), la presión máxima es la misma que para un cierre instantáneo.Si es mayor, la sobrepresión es menor. Este caso es el más frecuente en la práctica.

34. La presión para t < tc se puede evaluar con la expresión:Υ K e E p = V0 ------ -------------- g E e + K ddonde:p: presiónV0: Velocidad de circulación del agua, mpsΥ: Peso específico del agua, kg/m²g: Aceleración de la gravedad, m/seg²K: Módulo de elasticidad volumétrico del agua, Kg/ m²e: Espesor paredes del tubo, m.E: Módulo de elasticidad del material tubo, Kg/ m²d: Diámetro exterior del tubo, m.

35. Debido a que el efecto del golpe de ariete es función del tiempo de cerrado, se debe determinar la velocidad de propagación de la onda y el tiempo de traslado. Se obtiene:g K e E Vw = ----- --------------- Υ E e + K dComo se demuestra en Física,g ----- K Υes la celeridad de la onda elástica en el fluido. En el caso del agua:g ----- K = 1425 m/seg Υ

36. Y la expresión se transforma en:1425 Vw = ----------------- K d 1 + --------- E e

37. La presión para t > tc se puede evaluar con el método de solución de Allievi. Para ello, se calcula lo siguiente:N: Constante de tiempo = número de intervalos de cierre.Vw t N = --------- 2LK: La constante de la tubería.Vw V0 K = ------------ 2 g H0 H0 : Presión dinámica.Finalmente, se utiliza la figura para evaluar el aumento de presión.

38. fig133

40. TANQUES DE ALMACENAMIENTO

41. Los estanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el funcionamiento de un servicio eficiente.

42. Sus funciones principales dentro del sistema de abastecimiento de agua potable son: • Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día. • Mantener las presiones de servicio en la red de distribución. • Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías.

43. Aspecto más importantes para el diseño de los estanques de almacenamiento: • Capacidad • Ubicación • Tipos de estanques a utilizar

44. Capacidad de almacenamiento del estanque

45. La capacidad del estanque es función de varios factores a considerar: • Compensación de las variaciones horarias. • Emergencias para incendios. • Provisión de reserva para cubrir daños e interrupciones en la aducción o en las bombas. • Funcionamiento como parte del sistema.

46. Compensación de las variaciones horarias

47. Regularización del régimen de consumo.Se requiere conocer la o las curvas de las variaciones horarias para poder evaluar la capacidad de almacenamiento y regulación necesarios en el sistema.

49. Sistema por gravedad. De acuerdo con una de las propiedades de la curva masa, la recta OA representa el promedio de los consumos de ese día, o caudal medio. También, las tangentes trazadas en la curva paralelas a OA representan las horas coincidentes con el consumo medio y por lo tanto horas de mayor o menor consumo respecto al gasto medio. Esta situación hace que el tanque reciba estas variaciones y las compense mediante un continuo ascenso y descenso del nivel del agua. El tanque debe tener capacidad suficiente para absorver estas fluctuaciones en el volumen de agua.