06.- capitulo iii

7/28/2019 06.- Capitulo III

1/133

Pedro Rodrguez Ruiz Abastecimiento de Agua

Pg.118

CAPITULO I I I .- LINEAS DE CONDUCCION

DEFINICIN

Se llama " Lnea de conduccin " al conjunto integrado por tuberas, estaciones de bombeo yaccesorios cuyo objetivo es transportar el agua, procedente de la fuente de abastecimiento, apartir de la obra de captacin, hasta el sitio donde se localiza el tanque de regularizacin, planta

potabilizadora o directamente a la red de distribucin.Esta conduccin, se puede efectuar de dos maneras, dependiendo de la ubicacin de la fuente deabastecimiento con respecto a las obras de regularizacin.

Si la fuente de abastecimiento se encuentra en un nivel topogrfico arriba del tanque dealmacenamiento, la conduccin se realizara por gravedad, ya sea trabajando como canal (sinpresin), o como tubo (a presin), siendo este ultimo el ms comn en las obras deabastecimiento de agua potable.

Si la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel topogrfico abajo del tanque deregularizacin, la conduccin se realiza por bombeo.

Podemos Clasificar las lneas de conduccin en los siguientes grupos:

1. Por gravedad

2. Por Bombeo

3. Una combinacin de ambas ( mixta ), ( Pg. 114)

3.1. Lnea de Conduccin por gravedad:

Se presenta cuando la elevacin del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la alturapiezometrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el transporte del fluido selogra por la diferencia de energas disponibles.

Las Lneas de conduccin por gravedad Tiene dos variantes :

Por canales (sin presin), cuando la lnea piezometrica coincide con la superficie del agua( Figuras 3.1.a y 3.1.b ).

Por tuberas ( a presin ), cuando la lnea piezometrica queda por arriba del lomo de losconductos ( Fig. 3.2.a y 3.2.b).


2/133


Pg.119

a).- CONDUCCIN POR GRAVEDAD

CANALES.

En estos casos el gradiente hidrulico coincide con la superficie libre del liquido que circula porellos, ya que no tienen variaciones en su presin, sino que conservan la presin atmosfrica.Lo que caracteriza a un canal abierto o cerrado es que el agua escurre a la presin atmosfrica, es

decir, que la lnea piezometrica coincide con la superficie libre del agua. La eleccin de este tipode obra depende de la disponibilidad suficiente de agua en la fuente, del clima, de la topografa,de la constitucin geolgica del terreno en que se va alojar y el tipo de cooperacin ofrecida por lalocalidad respecto a mano de obra; pues como la conduccin debe tener la capacidad suficientepara llevar el gasto mximo diario, el canal debe conducir un gasto mayor en previsin a lasperdidas por filtracin y evaporacin (disponibilidad de agua, geologa, clima).

La influencia topogrfica se acusa en la inaccesibilidad a la lnea para llevar materiales hasta elsitio de su instalacin, influye asimismo en el que el convenio para su ejecucin de la obra seestipule como cooperacin de la mano de obra de la localidad, esto posiblemente no reduzca elcosto de excavacin y relleno, pero si allana considerablemente la dificultad para encontrar mano

de obra segura.

Desde luego que una obra de conduccin en estas condiciones, frustrara las medidas sanitariastomadas al captar el agua, por lo que para preservarla de contaminacin de aguas de terrenosadyacentes, de impurezas de la atmsfera y al mismo tiempo evitar la filtracin y la evaporacindebe revestirse el fondo y los taludes y cubrirlas con losas precoladas, tabiques, lajas, etc., estasproposiciones, aunque no se debe, pueden evitarse si en la planeacin del sistema se haconsiderado el tratamiento del agua en alguna forma al final de la conduccin.

Debe hacerse notar que por la naturaleza misma del escurrimiento (gravedad) y por razones deconservacin, las pendientes son pequeas, por lo cual es necesario desarrollar el canal cuidandoque la velocidad no baje de limites mnimos, 50 cm.p.s para no provocar azolves, ni exceda delmximo (tierra arcillosa de 1 a 1.5 m.p.s., mampostera de 1.5 a 2.5 m.p.s, concreto de 2.5 a 3.5m.p.s.) para no causar erosiones.

Naturalmente que en ocasiones, en la localizacin del canal se intercalan cadas a rpidas,puentes-canales, pasos subterrneos (los llamados pozos invertidos) y tneles. ( Figura 3.1.b)

Un canal cubierto demanda mayor inversin, pero evita la contaminacin que es sumamenteimportante porque es congruente con el fin primordial de la ingenierita sanitaria en el manejo delagua para el consumo humano; evita adems la evaporacin, la infiltracin y hace ms simple eltratamiento.En el clculo de canales las secciones empleadas son las de tipo trapecial, rectangular y

semicircular. Aunque la ms econmica es la semicircular, la ms practica y comn es latrapecial. En general los canales se revisten de concreto armado, colado en el lugar de la obra,pero pueden ser de mampostera o de tierra.


3/133


Pg.120

figura 3.1.a .- Seccin hidrulica transversal de un canal revestido trapecial.

La formula ms comnmente empleada para calcular el gasto es la de chezy con coeficientes deManning o de Bazin;

Q = Av ------------------------ Formula de continuidad

V = c rs -------------------- formula de Chezy para velocidad.

C = 1/n r1/6 ----------------- coeficiente de Manning

C = 87/ 1 + m/ r -------- coeficiente de Bazin

Por lo que sustituyendo el coeficiente de manning y de Bazin en la ecuacin de Chezy, se obtieneque:

V = 1/n r2/3 s1/2-------------- formula para determinar la velocidad por Manning

V = 87 r S1/2 / m + r1/2 _____ formula para determinar la velocidad


4/133


Pg.121

SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL TRAPECIAL.

B

d

t = x 1

b

El rea hidrulica se calcula con la expresin : A = b x d + t d2

Donde:

A = reab = ancho de la seccin

d = Tirantet = Talud

SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL RECTANGULAR

d

b

Formula para calcular el rea hidrulica del canal.

A = b x d

Donde:A = rea hidrulica en m2b = Ancho de la seccin en m.d = Tirante en m.


5/133


Pg.122

SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL CIRCULAR

D

Formula para calcular el rea hidrulica.

A = D2/ 8

Donde:A = rea hidrulica en m2

D = Dimetro de la seccin en m.

Valores de n dados por Horton para ser empleados en las formulas de Kutter o Maning:

Para canales en tierra, rectos y uniformes 0.025Para canales en roca, lisos y uniformes 0.033Para canales en roca salientes y sinuosos 0.040Para canales revestidos de concreto 0.014 a 0.016Para canales de mampostera con cemento 0.020 a 0.025

Valor de m:

Para canales de tierra 1.30Para paredes lisas, de concreto 0.16Para paredes de canto rodado o roca con salientes 0.46Para paredes mixtas 0.55

Debe aprovecharse al mximo la pendiente disponible pero siempre limitada por la velocidadmxima compatible con la erosin. Si se pasan estos valores se deben establecer saltosespaciados para perder altura.

La eleccin del coeficiente de rugosidad debe fijarse en forma restrictiva suponiendo superficiesms toscas de lo que son, previendo un desmejoramiento futuro, especialmente si los canales sonpequeos. No debe olvidarse que en un canal descubierto nicamente pueden conducir aguascrudas por razones sanitarias.


6/133


Pg.123

Lnea de conduccin por gravedad trabajando como canal y como tubera

S = Pendiente hidrulicaCuando se tiene una lnea de conduccin por gravedad, con tubera de un mismo dimetro, puedepresentarse el caso de que un mismo tramos trabajen a presin y otros como canal,parcialmente lleno, como se ve en la Figura 3.1

CaptacinA1

Gradiente Hidrulico en los tramos a presin

A2

A3

Tanque

L

Figura 3.1

En esos casos, para determinar el tirante real del agua dentro de los tramos A1,A2 Y A3 (canal)podemos utilizar la formula de manning. V = (1/n) R(2/3) S(1/2) ; para lo cual procedemos portanteos suponiendo inicialmente tirantes de tal manera que al igualar la formula de mannig con lafrmula de continuidad ; V = Q/A nos de el mismo resultado.


7/133


Pg.124

Lnea de conduccin por gravedad mixta ( trabajando como canal y como tubera )

Cuando se tiene una conduccin por gravedad, con tubera de un mismo dimetro, puedepresentarse el caso de que unos tramos trabajan a presin y otros como canal, parcialmentellenos, como se ve en la (Fig.3. 1.b)


8/133


Pg.125

Ejemplo 1.- Disear la lnea de conduccin por gravedad ( canal) ; que transporta un gasto de2.5 m3/seg. Por un canal de seccin trapecial, de 1.50 m de plantilla, talud 1:1, pendiente delfondo del canal So = 0.0004 y un coeficiente de rugosidad de manning n = 0.017, encuentre laprofundidad del flujo d.

Q = 2.5 m3/seg.b = 1.50 mS0 = 0.0004n = 0.017mm = 1:1

Calculando el rea del canal

A = bd + x d = bd 0.5 md2 ;si m = 1A = bd + 0.5d2Pero:

Talud = m =d

xentonces; x = md

A = bd + 0.5 d2

P = b + d + d (1 + m2) 0.5P = 1.5 + 2d (1 + m2) 0.5P = 1.5 + 2.414d

R =P

A

Perimetro

Area

Sabemos que:Q = AV y V = 1/n r2/3S1/2Q = A(1/n)(r2/3)

3/2

2/1 ArS

Qn

3/22

2

2/1)

414.25.1

5.05.1)(5.05.1(

)0004.0(

017.05.2

d

dddd

x

125.202.0

0425.0


9/133


Pg.126

2.125 = ( 1.5d + 0.5 d2) 3/22

)414.25.1

5.05.1(

d

dd

por lo tanto suponiendo un d = 1.349

2.125 = ( 1.5x1.349 + 0.5(1.349)2) 3/22

))349.1(414.25.1

)349.1(5.0)349.1(5.1(

2.125 = ( 2.0235+0.9099) 3/2)756.4

933.2(

2.125 = (2.933)(0.7245)

2.12 = 2.125

por lo tanto el tirante propuesto es correcto.

d = 1.349 m

figura 3.1.c.- Canal revestido de concreto con talud 1:1, de seccin trapecial


10/133


Pg.127

B).- CONDUCCIN POR GRAVEDAD.

TUBERAS.

Para el proyecto de lneas de conduccin a presin se deben tomar en cuenta los siguientesfactores principales:

TopografaEl tipo y clase de tubera por usar en una conduccin depende de las caractersticas topogrficasde la lnea. Es conveniente obtener perfiles que permitan tener presiones de operacin bajas,evitando tambin tener puntos altos notables.

AfectacionesPara el trazo de la lnea se deben tomar en cuenta los problemas resultantes por la afectacin deterrenos ejidales y particulares. De ser posible se utilizaran los derechos de vas de cauces deagua, caminos, ferrocarriles, lneas de transmisin de energa elctrica y linderos.

Clase de terreno por excavar (Geotecnia)En general, las tuberas de conduccin deben quedar enterradas, principalmente las de asbestocemento y PVC.

Cruzamientos .Durante el trazo topogrfico se deben localizar los sitios ms adecuados para el cruce de caminos,vas frreas, ros, etc.

Normas de calidad y comportamiento de tuberas.Si el gasto disponible de la fuente es menor al gasto mximo diario que requiere la poblacin, esnecesario buscar otra fuente de abastecimiento complementaria para proporcionar la diferenciafaltante.

Tomando en cuenta que el tiempo de funcionamiento de la conduccin por gravedad es de 24horas, el gasto faltante se obtiene con la expresin :

24Q = ( Qmd Q disponible )

T

Donde Qmd es el gasto medio diario y T es el tiempo de funcionamiento del gasto ( Q) faltante enhoras.

En un sistema de agua potable por gravedad donde el gasto de la fuente de abastecimiento seamayor o igual al mximo diario, no es necesario construir un tanque de regularizacin.


11/133


Pg.128

Seleccin de la alternativa ms viablePara un trazo definido de la conduccin, despus de haber encontrado el dimetro, el material mseconmico, y de haber probado varias alternativas de dispositivos de alivio, se selecciona laalternativa que mejor convenga desde el punto de vista hidrulico y econmico.Es indispensable conocer las especificaciones de fabricacin de las tuberas disponibles en elmercado, las pruebas de control de calidad, as como las recomendaciones para su transporte,manejo y almacenaje.

Condiciones de operaciones ms desfavorables.

El cierre de una vlvula al final de la conduccin genera sobre presiones que son tanto mayores,cuanto ms larga sea la tubera. Por esta razn, en cuanto a las sobre presiones msdesfavorables es el caso de un cierre al final de la tubera.

El cierre de una vlvula intermedia genera sobrepresiones aguas arriba y depresiones aguasabajo. Depresiones se generan tambin con la apertura de una vlvula al final de la conduccin.Cual de los dos casos de depresiones es ms desfavorable, depende de las caractersticas de cadaconduccin

Los transitorios son tanto ms violentos, cuando ms rpido sea el cierre o apertura, y ms alta lavelocidad en la tubera.

Una conduccin por gravedad puede trabajar con diferentes gastos que se regulan por medio de lavlvula de cierre ubicada al final de la tubera. El gasto mximo posible y con esto la velocidadmxima, se tiene con una vlvula completamente abierta. No obstante, puede resultar que lasobrepresion mxima que acompaa el cierre de la vlvula se produzca en una operacin congastos menores, como se explica a continuacin.

Conclusiones para el caso de una conduccin por gravedad:

La sobrepresin mxima se produce con el cierre de la vlvula al final de la conduccin.

La sobrpresin mxima puede producirse con el gasto mximo en la conduccin o gastosparciales si el tiempo de cierre es diferente en los dos casos.

La depresin mxima puede producirse con la apertura de la vlvula al final de la tubera,con la apertura de una vlvula intermedia.

Las presiones mximas obtenidas se comparan con la resistencia de las tuberas. S stas superanla resistencia de la tubera se busca la forma adecuada para reducirlas.

La manera ms sencilla consiste en hacer el cierre ms lento. Para la mayora de los tipos devlvula usados en condiciones de agua potable el efecto predominante se presenta al final delcierre. Por esta razn resulta efectivo un cierre en dos (o mas) etapas: un cierre rpido al inicioseguido por cierre lento al final.

El cierre ms lento o en etapas se realizan por medio de arreglos mecnicos especiales que seadicionan a las vlvulas.Las sobrepresiones pueden ser reducidas tambin con vlvulas de alivio o by-pass en las vlvulasde cierre.


12/133


Pg.129

METODOLOGA DE DISEO.

Los pasos a seguir para el diseo de una lnea de conduccin por Gravedad trabajando a presinson:

PASO 1: TRAZO PLANIMETRICO.

Obtener un plano topogrfico de la regin, con curvas de nivel espaciadas razonablemente y, ensu defecto, hacer estudios topogrficos siguiendo distintas rutas en dicha regin, que nospermitan estudiar el trazado que nos d la lnea de conduccin ms econmica, o sea la ms cortay de menor dimetro; generalmente este es el resultado de varios tanteos. La conduccin siguelos accidentes del terreno y, si se usan tubos de asbesto-cemento o PVC, va enterrada en unazanja, como medida de proteccin contra los agentes exteriores. ( Figura 3.2.a).

Los cambios de direccin, tanto en el plano horizontal como en el vertical, deben efectuarse pormedio de curvas suaves, utilizando la deflexin que permite las uniones de los distintos tipos detubos.

( Fig.3.2.a), conduccin por gravedad trabajado a presin.

PASO 2: TRAZO ALTIMETRICO

Debe hacerse un estudio del trazado en un plano vertical, es decir, debe construirse un perfil dedicho trazado. Por medio de esta representacin grafica podremos conocer los accidentestopogrficos presentes y sus dificultades; las posiciones relativas de la tubera con el terreno y conrelacin a la lnea piezometrica, etc. Debe tenerse especial cuidado de que la lnea de conduccinse encuentre siempre por debajo de la lnea piezometrica.


13/133


Pg.130

FIG. 3.2.b

La (Fig. 3.2.b)muestra una conduccin mal trazada, que tendr presin negativa (vaci) en loslugares que se encuentran sobre la lnea piezometrica. Evidentemente, en los puntos C y D, endonde la lnea piezometrica corta a la tubera, la carga de presin se iguala a la atmosfrica. Si lavelocidad del agua no es suficientemente grande, en el punto E se desprender el aire que llevasiempre disuelto el agua, con mayor facilidad que el caso que ya hemos estudiado antes, en quela lnea piezometrica esta por encima de la tubera en un punto alto. Adems, el aire puede entrarpor las juntas imperfectas de la tubera entre los puntos C y D. Este aire modificar la lneapiezometrica pasara de la posicin HF a la HE. Como el gasto que circula por toda la tubera es el

mismo, la lnea piezometrica en su parte inferior tendr que ser paralela a HE y, por tanto, latubera entre E Y G estar sometida a la presin atmosfrica y no trabajara a seccin llena.

Aunque se puede dar solucin a este problema colocando en el punto E una bomba de vaci paraextraer el aire y mantener el grado de vaci existente, ser preferible evitarlo buscando mejorestrazos de la lnea de conduccin, siempre que esto sea posible. Las tuberas que pasan sobre lalnea piezometrica reciben el nombre de sifones.

Si en el perfil del terreno natural aparece depresiones muy profundas, puede ser econmicocolocar Cajas Rompedoras de Presin (Fig.3.2.c), que tiene por objeto romper la lneapiezometrica, lo que dar lugar a tuberas de menor espesor y por consiguiente, de menor costo.


14/133


Pg.131

( Fig. 3.2.c)

Nota: El deposito intermedio ser una Caja Rompedora de Presin

Sabemos que la clase de tubera a usar est determinada por la presin a que se encuentresometida y sta ultima depende de la distancia entre la tubera y la lnea piezometrica.

CALCULO HIDRULICO:

Una vez estudiado el trazo planimtrico y altimtrico de la conduccin, se procede a calcular sudimetro.

El dimetro probable de una lnea de conduccin se puede determinar por las expresiones ( 1 y 2 )

Dimetro Terico = D = ( 3.21 Qn/ S1/2 )3/8 __________ ( 1 )

Donde :

Q = Gasto en m3 p.s.D = Dimetro del tubo en m.n = Coeficiente de rugosidadS = Pendiente hidrulica = Desnivel topogrfico / Longitud de la lnea = Hf / L


15/133


Pg.132

o tambin aplicando la expresin:

Dimetro Terico = D = 1.2 a 1.5 Q 1/2 _______________ ( 2 )

Donde:

D = Dimetro Terico en pulgadasQ = Gasto mximo diario en m3/seg.

Para sistemas de abastecimiento de nivel rural se tomar 1.2

Para sistemas de nivel urbano se tomar 1.5

Para calcular la prdida de carga por friccin aplicaremos la ecuacin de Manning, la cualprocederemos a deducirla, partiendo de la velocidad por medio de manning y de la ecuacin decontinuidad.

V = .1n

r2/3.s1/2

y de que

Q = V.A

Sustituyendo el valor de la velocidad:

Q= A.n

1r2/3.s1/2

Si: A =4

2D

Permetro =D

Q = .1.

4

D 2

nr2/3.s1/2

Pero: R =4D

4

D 2

D

Q =3/2

3/22

4.

785.0 D

n

D.S1/2


16/133


Pg.133

Q=51.2

.785.0 3/82 D

n

D.S1/2

Q = 0.31D3/8.S1/2

Despejando la pendiente:

S = 23/8)

31.0

.(

D

nQ

S =3/16

22.24.10

D

nQ; sabemos que : s =

L

hf

L

hf = 3/16

2

.24.10D

n Q2 ; pero : 3/16

2

24.10D

n

Despejando La prdida de carga por friccin se tiene:

Hf = K. L. Q2

Frmula que nos permite calcular las prdidas de carga por friccin por medio de manning.

Donde :

hf = Prdida por friccin, en metros.L = Longitud de la tubera, en metrosQ = Gasto de conduccin, en m/seg.K = Constante cuyo valor se obtiene de la tabla 3.1.2de la pagina 165, entrando con el valordel coeficiente (n ) de rugosidad de Manning y con el dimetro comercial.

SECUELA DE CALCULO.

1).- Si se parte del principio de que el dimetro econmico es aquel cuya pendiente de sugradiente hidrulico , sigue la pendiente topogrfica sin clavarse en el terreno y sin alejarse

demasiado del mismo, se puede establecer que :

S= H/ L ; valores conocidos

S = K. Q2 donde K= S/Q2


17/133


Pg.134

El valor de " K " calculado, puede corresponder o no a un dimetro comercial para lo cual se deberecurrir a la (Tabla 3.1.2 pagina 165), donde ya se tiene tabulados los valores de " K " paradiferentes dimetros y condiciones de rugosidad ( n). Si al buscar en sta el valor calculadocoincide con uno de la tabla, el dimetro se tendr como nico. En caso contrario, debernadoptarse los valores inmediatos superior e inferior que corresponden a otros tantos dimetros,continuando con el proceso para calcular L1 y L2.

2).- Con los valores de K1 y K2encontrados en la tabla respectiva se determina.

.

KK.Q

.L.QK-HL;

K-KQ

L.Q.K-H=L

12

2

2

1=2

21

2

2

21

3).- Finalmente se calcular las pendientes hidrulicas, por las expresiones:

S =H

L; S =

H

L.1

12

2

H = Diferencia de energa disponible entre la cota de la fuente de abastecimiento y la cota delterreno natural en donde se localiza el tanque de regularizacin.

S1 y S2 = Pendiente de los gradientes hidrulicos, en los tramos L1 y L2 de dimetro 1 y 2.

3.1.1.- MATERIALES.

3.1.1.a. TUBERAS :

La gran mayora de las conducciones para agua potable, estn formadas por tuberasprefabricadas; solamente en casos especiales y para grandes caudales se fabrican en el sitio.

Segn la presin a la que se conduce el agua, as es el tipo y material de la tubera seleccionada;en general se emplean tuberas de concreto, Fibrocemento, acero, polietileno ( PVC), Tubacero,extrupak, fierro galvanizado y fierro fundido.

Tuberas de concreto

La tuberas de concreto pueden ser simples o armadas; las primeras se emplean para aguas sinpresin y hasta dimetros de 0.60 m ; las segundas para dimetros mayores de 0.60m y cuando seconduce agua a presin.

El refuerzo puede consistir en varillas de acero colocadas en anillos individuales o corridas comoresorte para absorber los esfuerzos en tensin, que van apoyadas en otras varillas longitudinalesque al mismo tiempo que sujetan el esfuerzo principal, absorben los esfuerzos longitudinalesdebido a cambios de temperatura, flexin y manejabilidad.


18/133


Pg.135

Para altas presiones y con objeto de disminuir al mximo las filtraciones, el refuerzo puede ser untubo formado por placa de acero.

La durabilidad de la tubera de concreto es de unos 75 aos. Con la edad disminuyen loscoeficientes de friccin en la formula de Hazen Williams, se puede suponer de 130 al principio,de 110 despus de 10 aos de uso, 100 a los 20 y 80 en los siguientes.

La velocidad recomendada para evitar erosin y grandes perdidas por friccin en esta clase detubos vara de 1.00 a 1.50 m/seg.

Las uniones en tuberas de concreto simple son a base de macho y campana, junteada conmortero y colocadas de tal manera que el agua circula con respecto al tubo, en el sentido decampana a macho. En las tuberas reforzadas, la unin puede ser tambin a base de macho ydimetros, segn los espesores, se emplea el mismo tipo de junta pero con apariencia continua,tanto en el interior como en el exterior.

Tuberas de asbestocemento

El asbesto cemento ha venido usndose con ventaja sobre gran parte de otros materiales porresultar tuberas con costos relativamente bajos, rpida y fcil colocacin y mnima necesidad deconservacin, adems de presentar la ventaja de poderse cortar y perforar con suma facilidad, noobstante a su alta resistencia.

Se construyen en longitudes de 4 m. para dimetros de 76 mm ( 3) hasta 914 mm (36 ) y encuanto a tipos de nominados A-5, A.7, A-10 y A-14 indicando el nmero la presin de trabajo enatmsferas.La velocidad recomendable vara de 0.60 m/seg en los dimetros ms chicos hasta de 1.50 m/segen los dimetros mayores.La durabilidad de estas tuberas se estima entre 75 y 100 aos.

Tuberas de acero.Este tipo de tubera se recomienda en los casos de conduccin de agua a elevadas presiones ypara velocidades hasta de 5 a 6 m/seg para lograr dimetros menores y por lo tanto mayoreconoma.

Tambin se emplea, en pequeos tramos, en combinacin con tuberas de otros materiales cuandose trata de soportar cargas y esfuerzos interiores y exteriores ms elevados que estas no puedansoportar.

Los tubos estn formados por placas de acero remachadas o soldadas, prefirindose actualmenteeste ltimo sistema. Los tubos de acero se fabrican con dimetros desde 4.5 pulgadas (114.3 mm)

hasta 48 pulgadas (1219 mm) . Su produccin est sujeta a un estricto control de calidad quetoma en cuenta las normas D6N-B177 y B-179-1978. Las tuberas de acero son recomendablepara lneas de conduccin cuando se tienen altas presiones de trabajo

La unin entre tubos se efecta a tope con soldadura o usando bridas. La brida consiste en unanillo con ceja perimetral, soldado o atornillado en los extremos del tubo, cuyo dimetro interior esigual al dimetro exterior del tubo. La ceja contiene perforaciones que se hacen coincidir con lasperforaciones de la brida del tubo siguiente para fijarse con tornillos. Entre las bridas se colocanempaques de hule o plomo para evitar las fugas.


19/133


Pg.136

La durabilidad de estas tuberas se estima entre 25 y 50 aos. De acuerdo con su edad, varan loscoeficientes de friccin, recomendndose en la formula de Hazen - William 135 cuando es nueva y100 para sus ltimas etapas.

An cuando estas tuberas el dimetro puede ser cualquiera, es conveniente apegarse a losdimetros comerciales por razones de economa.

Tubera de polietileno

La tubera plstica de cloruro de polivinilo (P.V.C), se est empleando con grandes ventajas paraconduccin de agua potable .Es muy resistente a la accin de diversos productos qumicos; no imparte olores ni sabores alagua; su poco peso facilita su transporte y colocacin. Ofrece poca resistencia al escurrimiento. Sele estima una vida til de 50 aos.

3.1.2.- ESPECIFICACIONES

En la fabricacin de tuberas utilizadas en los sistemas de agua potable, las especificaciones deresistencia a la presin de trabajo es fundamental .

La tubera de PVC hidrulica Duraln se puede clasificar segn el sistema de dimensionamiento, lapresin de trabajo y el tipo de unin que usa.

Clasificacin por Sistema de dimensionamiento.

La base de esta clasificacin son el tipo de sistema que se usa, ya sea Serie Inglesa o SerieMtrica.

3.1.a.- Serie Inglesa (SI).

Se basa en tuberas cuyas especificaciones originales son de EE.UU. normalmente de la AmericanSociety for Testing and Materials (ASTM Asociacin Americana para Pruebas y Materiales). Unacaracterstica importante es que el dimetro nominal (DN) no corresponde al dimetro externo(DE) ni al dimetro interno (DI). Mantiene constante el DE para los diferentes espesores de pared(e), por lo que el diseo del tubo se basa en esta caracterstica. Este tipo de tubera de PVC fue delas primeras en comercializarse en Mxico. Se mide en pulgadas expresadas en milmetros.

3.1.b.- Serie Mtrica.

Las especificaciones originales para este tipo de tuberas proceden de la International StandarsOrganization ( ISO Organizacin Internacional de Normas ). En este caso el DN corresponde alDE. Al igual que la tubera de Serie Inglesa mantiene constante el DE a diferentes espesores depared. Se mide en milmetros.

NOTA. los dimetros de los dos tipos de tuberas no coinciden dimensionalmente por lo que no sepueden hacer uniones directamente, sino mediante el uso de una transicin.


20/133


Pg.137

3.1.C.- CLASIFICACIN POR Clases, RDs y Cdula.

Una segunda clasificacin muy usada depende de la presin recomendable de trabajo (PT) ysegn el sistema de dimensionamiento se pueden clasificar en Clase, para la Serie Mtrica, RDsy Cdula para la Serie Inglesa.

3.1.a.- Relacin de Dimensionamiento ( RD).

El RD se define como el cociente de dividir el dimetro externo promedio entre el espesor mnimode pared. La siguiente figura ejemplifica dicha relacin.

emin.

mine

DEpromRD

DEprom

Esta unidad de clasificacin es utilizada en las tuberas de PVC de la serie Inglesa.El siguiente cuadro presenta los RDs ms comerciales con las respectivas presionesrecomendables de trabajo.


21/133


Pg.138

Cuadro 3.1. caractersticas de la tubera de PVPC y las presiones de trabajo recomendablessistema Ingles.

3.1.1.b.- Clases.

Para la Serie Mtrica la clasificacin se hace por clases; la clase corresponde a la presinrecomendable de trabajo de la tubera, de este modo una tubera clase 10 soporta una presinrecomendable de 10 Kg/cm2, una clase 7, soporta 7 Kg/cm2, etc. El diseo de la tubera tambin sebasa en la relacin que existe entre el espesor de pared y el dimetro externo del tubo. Dndoleun espesor de pared necesario al tubo respecto a su dimetro dependiendo de la presin que va asoportar. El cuadro 3.2. muestra las clases de tubera comerciales en Mxico con su respectivapresin recomendable de trabajo.


22/133


Pg.139

Cuadro 3.2.- Caractersticas de la tubera de PVC Sistema Mtrico


23/133


Pg.140

3.1.2.- Cdulas.La tubera clasificada por cdulas cumple con las dimensiones de la tubera de fierro galvanizado( Fo. Go.). La presin recomendable de trabajo es variable, dependiendo del dimetro, ya quedepende de la relacin entre el dimetro y el espesor.

Las Cdulas existentes son:

Cdula 40 Cdula 80 Cdula 120

3.1.3. Clasificacin por el tipo de unin:

Esta clasificacin esta basada en los tipos de unin mayormente usados en tuberas de PVC paraagua potable, a continuacin se describen brevemente:

Unin Anger: Esta unin tambin es conocida como unin espiga campana. Los tubos por unlado tienen una campana conformada con un nicho donde se aloja un anillo empaque de material

elastomTrico el cual hace el sello hermtico; por el otro lado tiene la espiga. La unin se muestraen la figura 3.1.3.a.

figura 3.1.3.a.- Unin Anger utilizada en la tubera mostrando las partes que la conforman


24/133


Pg.141

Unin bridada: Es utilizada principalmente para hacer uniones con piezas de fierro fundido ( Fo.Fo), vlvulas de compuerta, medidores de gasto y bombas de agua. Consiste de piezas unidas dePVC con dimensiones estndares ( figura 3.1.3.b y 3.1.4.c).

( figura 3.1.3.b).- Unin Bridada de tubera de PVC.

Figura 3.1.4.c


25/133


Pg.142

Unin Roscada : Utilizada para unir PVC con Fo Go, vlvula roscada, vlvula de aire, liberadora depresin, etc. Las roscas son del tipo NPT (Tiper Pipe Thread). Regularmente a la tubera se lecementa un adaptador macho o hembra roscada ( los tubos cdula 40, 80 y 120 pueden serroscados con tarraja de igual manera que los tubos de Fo Go, sobre todo los dimetrospequeos).

Otras Uniones: Para tuberas de PVC cuyo dimetro vaya desde 355 mm (14) hasta 630 mm( 24), las uniones con piezas de Fo Fo se hacen mediante juntas mecnicas tambin de Fo Fo. Lafigura 3.1.1.d, muestra la unin con junta mecnica.

Tubera Extru-pak.- Es un sistema de tubera constituido por polietileno PE-3408 EXTRU-PAK poseeel grado ms alto de resistencia a la abrasin, se utiliza para el suministro de agua potable enlneas de conduccin de grandes dimetros y grandes longitudes. Se dan las especificaciones dedicha tubera (figura 3.1.5d)

CARACTERSTICAS

Figura 3.1.5.d.- TuberaExtru-pak


26/133


Pg.143

CONDICIONES DE ZANJAEXTRU-PAK es un sistema que puede operar sin encamado ni material de compactacin, esto haceque su construccin sea ms sencilla y econmica.

Por otro lado, los perfiles de excavacin son 60 % menores a los sistemas convencionales y no serequiere el uso de atraques.

Figura 3.1.6e.- Excavacin de zanja para alojar la tubera

SISTEMAS DE UNION POR TERMOFUSIN

El sistema de unin por termofusin es una de las caractersticas que nos diferencian fuertementede otros sistemas convencionales.Esto consiste en calentar los extremos de dos tubos durante un tiempo determinado y unirlos concierta presin.


27/133


Pg.144

La unin se da al compenetrarse ambas caras del tubo formando una misma pared (la pared deltubo tiene una orientacin molecular linear, despus del proceso de termofusin, las molculas seconforman en una orientacin axial que la hace an ms slida).

FACILIDAD DE MANEJO

Al comparar tuberas similares se encontr que EXTRU-PAK pesa 8 veces menos que el acero

(cdula 40) y 3 veces menos que el asbesto cemento.

COMPRESIBILIDADEXTRU-PAK es el nico material capaz de comprimirse por medio de una prensa hasta interrumpirsu flujo. Esto permite que se hagan reparaciones en lnea viva sin tener que afectar a otrosusuarios que se benefician con el sistema.Esto puede hacerse en repetidas ocasiones y siempre recupera su forma original.

Figura 3.1.7.f.- Prueba de aplastamiento tubera extru-pak.

SEGURIDAD.

Los mrgenes de seguridad que presenta EXTRU-PAK son mayores que aquellos del PVC o AsbestoCemento.Su resistencia mecnica le permite soportar todo tipo de impactos sin estrellarse. La unin portermofusin tambin impide fugas que en algn momento causen desperdicio o sean peligrosas.En pruebas de laboratorio el material de EXTRU-PAK es capaz de elongarse en un 400%. Estoreafirma la capacidad de soportar impactos y opresiones.


28/133


Pg.145

TIPOS DE INSTALACION

UNION DE SILLETA

1.- Se coloca el calentador entre el lomo del tubo y la cara de la silleta. Esto se hace durante eltiempo especificado.

2.- Se retira el calentador y se pega la silleta al tubo presionando hasta que pasa el tiempo de

enfriamiento.

UNION DE SOCKET

1.- Se coloca la pinza y el anillo fro en el extremo de la tubera para que funja como tope.


29/133


Pg.146

2.- Se embona el calentador entre el extremo de la tubera y la conexin presionando durante eltiempo de calentamiento.

3.- Se retira el calentador introduciendo la tubera en la conexin hasta llegar al tope, luego sesostiene hasta que pase el tiempo de enfriamiento.

UNION A TOPE

1. Se coloca la tubera en el carro alineador y se escuadra.

2.- Se unen los extremos de la tubera al calentador aplicando presin hasta que se forme un anillode material fundido.


30/133


Pg.147

Al formarse dicho anillo se inicia el tiempo de calentamiento especificado.

3. Se retira el calentador y se juntan los extremos aplicando presin suficiente para alcanzar launin.

APLICACIONES

MINERIA

Problema:Abrasin y Suelos difciles.

Solucin:Por estar constituido con polietileno PE-3408 EXTRU-PAK posee el grado ms alto de resistencia ala abrasin. 10 veces ms que el acero. EXTRU-PAK se adapta al terreno: los tramos de su tuberason altamente flexibles y se van armando de acuerdo a la topografa permitiendo un fluido encualquier tipo de suelo.

CONSTRUCCIN

Problema:Fugas de agua y gas,

Altos costos de excavacin

Solucin:

EXTRU-PAK es 100 % impermeable. Resulta imposible cualquier fuga. Su exclusiva unin portermofusin refuerza su infalible hermeticidad. Total resistencia a cualquier agente qumico.Para instalar EXTRU-PAK no se requiere excavar hasta el centro de la tierra. Los perfiles deexcavacin son 60 % inferiores a los especificados por A.C. y P.V.C., por lo que reduce lospresupuestos de obra terminada hasta en un 25 %

INDUSTRIA EN GENERAL

Problema:

Diversas dificultades en tiempo, economa y seguridad.Solucin:

Ventajas exclusivas de EXTRU-PAK: Fcil manejo por su ligereza, 0% de fugas. No se corroe. Noacepta incrustaciones.


31/133


Pg.148

nulo mantenimiento. No le afectan los 170 productos qumicos ms comunes. Gran longevidad.Compatible con otras tuberas. Optima asesora y capacitacin al instalar EXTRU-PAK.

ANLISIS COMPARATIVOVENTAJAS DE CONTRUCCION

PVC ASBESTO EXTRU-PAKPESO ESPECIFICO 1.040 KG/CM3 2.080 gr/cm3 0.958 gr/cm3

RESISTENCIA ALIMPACTO

85 kg/cm2mximo.

A un mayorimpacto,El tubo sufrirfracturas

19 Kg/cm2mximo.Se requiere deExtremo cuidado

85 kg/cm2mximo.No sufre fracturasNi deformaciones.

ALMACENAMIENTO Debe estar bajotecho

Puede estar a laintemperie.

Puede estar a laintemperie.

RESISTENCIA AL

APLASTAMIENTO

Al ser aplastada

msDel 60 % de sudimetroSe afectan suspropiedades

Al ser aplastadas

ms del 3% de sudimetro sedeforma.

Al ser aplastadas al

100% de sudimetro serecuperanormalmente, sinafectar suspropiedadesfsicas.

ACCESIBILIDADDELPRODUCTO

Fbrica,distribuidores

Y ferreteras

Fbrica ydistribuidores

Fbrica ydistribuidores

INSTALACIN Poco mano de obrapara excavacin.

Maniobras detendido de zanjanecesarias.

Junteo de zanja.

Plantilla necesaria.

Relleno material debanco necesario.

Atraque necesario.

Compactado total.

Mucha mano deobra para

excavacin.Maniobras detendido de zanjanecesarias.

Junteo de zanja.

Plantilla necesaria

Relleno material debanco necesario.

Atraque necesario.

Compactado total.

Muy poca mano deobra para

excavacin.Sin maniobras detendido de zanja

Sin junteo dezanja.

Sin plantilla(opcional)

Sin rellenomaterial de banco.

Sin atraque(opcional)

Compactado total.


32/133


33/133


Pg.150

Gran Parte de las ventajas de EXTRU-PAK conducen hacia ahorros considerables en la construccine instalacin. Al tener un sistema que se instala con mayor rapidez y que a su vez requiere demenos esfuerzo y materiales de construccin, lgicamente obliga a que los gastos del equipo y lamano de obra mucho menores, que igual a otros tantos insumos se vuelven innecesarios.

Figura3.1.3.g.- Tubera de Extru-pak en lnea de conduccin.


34/133


Pg.151


35/133


Pg.152

TUBERA DE FIBROCEMENTO CLASE A DIMETROS DE 100 A 2000 MM

Tubera para conduccin de abastecimiento de agua a presin

PRINCIPALES VENTAJAS

LARGA VIDA DE SERVICIO

Se tienen en la Repblica Mexicana tuberas de fibrocemento de ms de 50 aos de operacin enperfectas condiciones.

RESISTENTE A LA PRESION HIDRAULICA INTERNA

El mtodo de curado natural de inmersin de agua en depsitos debidamente controlados y el usode cemento Portland Tipo 11< resistente a los sulfatos ), permiten obtener gran resistenciamecnica, garantizando ampliamente los valores exigidos por la Norma NMX-C12 vigente, lo cualqueda indicado en la tabla 2.

Para la prueba de campo, ver tabla 1.

PRESION DE PRUEBA EN OBRA

TABLA 1 1 A 2 HORAS

CLASE K /cm Lb/pul

5 7.5 107

7 10.5 150

10 15.0 214

14 21.0 300

20 30.0 428

RESISTENTE A LA CORROSIONGarantizadas por la alta calidad de sus materiales y la estrecha supervisin en el proceso defabricacin.

MINIMO MANTENIMIENTOEl empleo de la tubera Eureka ha mostrado en la prctica que requiere un mnimo costo demantenimiento.

INMUNE A LA ELECTROLISISNo siendo metlica, la tubera de fibrocemento es inmune a los efectos destructivos de los

fenmenos electrolticos. MENOR COSTO TOTAL

Comparativamente, el costo de suministro, ms el de instalacin, ms el de conservacin de latubera Eureka, resulta ser menor que el de otras.

FLUJO CONSTANTELa superficie interior de los tubos Eureka es tersa. El coeficiente de rugosidad para lafrmula de Manning es de n = 0.01 0; y para la frmula Hazen Williams, C = 140.


36/133


Pg.153

FACIL INSTALACINSu poco peso y su sistema de acoplamiento, no hace necesario el empleo de equipo especialpara su instalacin; la cual se hace rpidamente con el trabajo de pocos operarios. Las tomasdomiciliarias se conectan directamente a los tubos, o bien, por medio de abrazaderasmetlicas.

TABLA 2

Resistencia a la presin hidrosttica internaNORMA NMX- C-12-94


37/133


Pg.154


38/133


Pg.155


39/133


Pg.156


40/133


Pg.157


41/133


Pg.158

CARACTERSTICAS GENERALES DE TUBERAS QUE UTILIZAN EN OBRAS DE ABASTECIMIENTO DEAGUA POTABLE.

TIPO DE TUBERA YNORMAS

DIMETRO NOMINALEN MM.

LONGITUDDEL TUBOEN M.

CLASE DE TUBERAY PRESION DETRABAJO.

PRESION DE PRUEBAEN FABRICA Y ENOBRA. KG./CM2

FABRICANTES

ASBESTO CEMENTO

DGN C 12 1960

ACEROa) Lisa soldada

DGN 8 184 1973

API, ASTM 120 53

b) Sin costura

DGN. 8 177 1973API, ASTM 120.

c)Galvanizada DGN-8.10 Tipo AASTM - 120

CONCRETO

a) Tipo ComecopPretensado

(Ptes.Francesas)

b) Tipo Lock Joini

I ReforzadoSP 1 Y 16, AWWAC302

50,60,75,100,150,200,250,300,350,400,450

,500,600, Y 750.

114.3,168.3,219.1,273,323.8 , 355.6 , 406.4, 457.3 , 508 , 558.8, 609.6 , 660.4 ,711.2 , 812.8 , 863.6, 914.4 , 1067 Y1219.

42.2 o aun mas de4572 terminados encaliente. Estiradosen fro de 5 hasta elms indicado ennorma.

6.35 , 9.53 , 12.7 ,19.1 , 25.4 , 31.8 ,38.1 , 50.8 , 63.5 ,76.2 , 101.6 ,

750, 900, 1000 ,1100 , 1200 , 1300 ,1400 , 1500 , 1600 ,1700 , 1800 , 1900 ,2000 , 2100 , (serienormal y reforzada).

4 Y 5

4.88 A 7

5 a 7

7 a 12

6.4

7

4.88

A 5, A 7, A 10,Y A 14 quecorresponden

respectivamente a 5,7, 10, y 14 Kg / cm2.

Grado B, x 42 y x52 que correspondena presiones dediseo de 1476,1722 y 2193 kg/cm2, respectivamente.

Grado B, x 42 , x52 , x 56 , x 60 yx 65.1265 , 1476 ,1772, 1940, 2193,2362 , 2531 y 2742(presin de diseo)

Cedula 40

4,6,8,10,12,14,16,18, 20 y 22 kg / cm2

De 18.3 , a 36.6 ,m.c.a

En fabrica, 3.5 veces lade trabajo. En obra1.5 veces.

En fabrica de acuerdocon su espesor ydimetro segn norma.En campo hasta 85%de la anterior.

En fabrica de acuerdocon su espesor ydimetro.

En fabrica a 100 kg/cm2. En obra 2.0veces la de trabajo.

Se puede probar segnexigencias proyectos.En obra 1.25 veces lapresin de trabajo.

Se prueba en fabrica a1.10 a 1.25 la detrabajo.En obra, 1.10 la detrabajo.

Asbestos DE Mxico S.A.Productos Mexalit, S.A.Asbestos Monterrey S.A.

Tubera, S.A.Monterrey, N.L.

Tubos de acero de Mxico ,S.A. (TAMSA).Veracruz, ver.

Compaa Mexicana de TubS.A..

Aceros Alfa Monterrey, S.A.

Compaa Mexicana deconcreto pretensado, S.A. dC.V

(COMECOP).

Ingeniera y construccionesHidrulicas, S.A.


42/133


Pg.159

2 Ref. concilindro SP 3, awwaC300

3- Presforzadocon sin cilindro SP23,28 Y 31.SP 5 Y 12, AWWAC301

C) Tipo RactaPresforzado

(Pie australiano)

PVC

(Policloruro de vinilo)

DGN 12 1968

406.4 , 457.2 , 508 ,609.6 ,685.8 , 762 , 838.2 ,914.4 , 1066.8 ,1219.2 , 1371.6 ,2133.6 , 2286 ,2438.4 , 2590.8 ,2743.2 , 2895.6 ,3048 , 3200.4 ,3352.8 , 3505.2 ,3657.6

635 , 700 , 800 , 900, 1000 , 1100 , 1200, 1350 , 1500 , y

1800.

25, 38 50, 60, 75 ,90, 100 , 125 , 150 ,y 200.

5

6

De 22.5 (diam. 24),19.7 (27), 17.6 (30a 42 ) kg / cm 2 dela S.P - 23.

6,19,12,15 Y 18Atms., para diam. De635 a 900; 6,9, y 12,para diams. De 1000a 1800.

RD 26, RD 32.5,RD 41 Y RD64;11.2,9,7 Y 4.5kg/cm2.

Con cilindro, 14061757 kg/cm2 enfabrica. Sin cilindro,1.5 veces la de trabajo.

En fabrica 1.5 la detrabajo durante 3 minmnimo, para lneas debombeo y 125 vecespara lneas a gravedad

En fabrica presinmnima revenimiento,3 veces la de trabajo.En obra 1.5 veces la detrabajo.

Constructora General delNorte S.A.

Los reyes, La paz, Edo deMex.

COTSA- Plasto tcnica, S.A.- Plsticos Omega, S.A.- Plsticos y conexiones, S.A.- Asbesto de Mxico S.A.- Mexalit de Occidente, ,S.A.- Plsticos Rex. S.A.


43/133


Pg.160

Tuberas para obras de abastecimiento de agua potable, factores por considerarpara la seleccin de tuberas.

a) Para seleccionar el tubo de tubera por usar en las obras de conduccin y distribucin deagua potable, se debe tomar en cuenta fundamentalmente el obtener la mejor solucin posible deingeniera, que depender de la calidad del estudio, de la planeacin de las obras y del proyectoque se realice.

b) Las tuberas que se utilizan en los sistemas de aprovisionamiento de agua potable, en lasobras de conduccin y distribucin, tienen un costo de suministro del orden de 40 al 50 % delcosto total de las obras del sistema, de acuerdo con esto se comprende la importancia de elegircorrectamente el material y caractersticas de esos conductos en los proyectos.

Para seleccionar las tuberas mas convenientes por utilizar se deben tomar en cuenta los siguientesfactores:

1) Calidad del agua por conducir.- El agua por suministrar debe ser potable, en caso que no losea, el ingeniero debe poner especial atencin principalmente a dos aspectos: Los contenidos

de fierro y manganeso, minerales que causan ms inconvenientes en la tubera.2) Caractersticas topogrficas de la conduccin y zona de distribucin.3) Caractersticas del terreno por excavar.4) Gasto por conducir y distribuir en general, para obras nuevas de abastecimiento, la

capacidad de la lnea de conduccin se obtiene con el gasto mximo diario y la red dedistribucin se disea con el gasto mximo horario.

5) Coeficientes de rugosidad por considerar. Se deber tomar en cuenta los valores que se danen las normas Mexicanas para obras de agua potable.

6) Costo de la tubera (material) y de su instalacin, fletes y tiempos de entrega.7) Dimetros disponibles en el mercado y clases.8) Factibilidad de manejo e instalacin: Las tuberas flexibles, principalmente las de material

plstico, permite, por su ligereza, transportarse fcilmente en localidades y zonas de difcilacceso.

9) Caractersticas de resistencia mecnica ( presin hidrulica, aplastamiento, flexin, impacto,etc.). El ingeniero proyectista debe conocer y estudiar las normas de fabricacin vigentes, losmtodos de prueba, normas de uso y especificaciones de construccin a fin de compararcalidades de las tuberas por usar.

10) Resistencia a los efectos de erosin.11) Resistencia a los efectos de corrosin, el uso de tuberas de acero obligada a su proteccin

anticorrosiva ( interior y exterior ) y la proteccin catdica.12) Caractersticas de las juntas por usar y facilidad de unin. Las uniones flexibles con juntas

de hule son las mas recomendables.13) Caractersticas disponibles y costos de piezas especiales.

Analizando los factores anteriormente mencionados, se puede concluir que no existe en elmercado una tubera que cumpla con todos los requisitos o condiciones que se requierensatisfacer en los proyectos de conduccin y redes de distribucin. El ingeniero proyectistadeber estudiar con todo cuidado los datos que se obtienen en el estudio, principalmentelos relativos a: fuentes de abastecimiento por utilizar con sus respectivos anlisis fsico-qumicos del agua y aforos; levantamientos topogrficos de la conduccin, incluyendodatos de geotecnia( clase de terreno por excavar ).


44/133


Pg.161

Respecto a la red de distribucin, el proyectista debe tomar en cuenta que un buen diseo consisteen la adecuada localizacin de las tuberas principales y secundarias, as como la acertada eleccinde sus dimetros con el objeto de lograr un suministro adecuado, con presiones requeridas entodas las zonas por abastecer y , fundamentalmente, el costo ms bajo posible.En resumen: la eleccin de la tubera deber ser el resultado de un cuidadoso anlisis de losfactores enunciados y sus observaciones.

Las especificaciones de estas tuberas estn referidas a temperatura de 23 C, puede usarse enmedios con temperatura ambiente de -15 C a 50 C; sufre un a expansin trmica de 0.004m/100 m/C lo que obliga a dejarle serpenteando y no totalmente recto en la zanjas dealojamiento.

Tuberas de obras de abastecimiento de agua potable con incrustaciones provocadas por aguasprocedentes de manantiales. De izquierda a derecha se muestran; PVC, dimetro de 75 mm; con1.5 aos de uso; asbesto cemento, de 75 mm, de dimetro con 3 aos de uso; acero dimetro de100 mm con ms o menos de 6 aos de uso.


45/133


Pg.162


46/133


Pg.163

3.1.3.- METODO GRFICO PARA LA DETERMINACIN DE LOS DIMETROSECONMICOS EN CONDUCCIN POR GRAVEDAD.

Dado que por lo general se manejaran en este tipo de proyectos, dimetros pequeos, se sugierenque el anlisis del dimetro se lleve a cabo mediante un planteamiento grafico dondeprimeramente se determinara el dimetro terico probable y este dimetro se transforma adimetro comercial, y con este se proceder a calcular la perdida por friccin la cual se verificaramediante un planteamiento grfico que se resume en lo siguiente :

1) Sobre el plano topogrfico, del perfil de la lnea de conduccin. Se traza una longitudcualquiera, un polgono que represente la prdida de carga por friccin para diferentesdimetros ( a criterios del proyectista ) apoyado en la escala horizontal y vertical en que est

dibujado el propio perfil.

2) Con un juego de escuadras, se llevan paralelas a los pendientes de los gradientes hidrulicosresultantes, hasta el perfil, de tal manera que se adopte aquel o aquellos que se juzgue,siguiendo aproximadamente la pendiente topogrfica del terreno natural ( figura 3.1.4).


47/133


Pg.164

( Figura 3.1.4.).- Mtodo grafico para determinar el dimetro econmico por gravedad

Finalmente se obtienen las clases de tuberas segn las presiones de trabajo calculadas, enseguidase procede a localizar las vlvulas de expulsin de aire, desages y se disean los cruceros.

Cuando las conducciones son muy largas y con desniveles topogrficos grandes, es recomendableconstruir cajas rompedoras de presin, con lo cual se consigue romper la energa cintica del agua,de esta manera se elimina el exceso de presin y entonces se logra un mejor funcionamientohidrulico de la lnea Fig. 3.1.4.a y b


48/133


Pg.165

(fig. 3.1.4.a ).- Conduccin por gravedad trabajando a presin con cajas rompedoras de presin.

Las acumulaciones de aire en los puntos ms altos del perfil y prximos a la lnea piezometricapueden afectar la circulacin del agua, para evitar esto, se debe instalar vlvulas expulsoras deaire, las cuales se instalaran en las partes ms altas de la lnea de conduccin( figura 3.1.3.c)

( Figura 3.1.4.b.).- Puntos donde se debern instalar las vlvulas expulsoras de aire.

Los desages se colocaran en las partes ms bajas de la lnea con el fin de limpiar la misma.


49/133


Pg.166

(Figura 3.1.3.d).- Perfil de una lnea de conduccin por gravedad, donde se aprecia lacolocacin de los desages.


50/133


Pg.167


51/133


Pg.168

EJEMPLOS DE DISEO DE UNA LINEAS DE CONDUCCIN POR GRAVEDAD.

Ejemplo N 1.- Disear el dimetro econmico de la lnea de conduccin por gravedad, con losdatos siguientes:

DATOS:

L = 3000 m

Q = 120 l.p.s

Tubera propuesta; Asbesto Cemento ( AC)

n = 0.010 ( coeficiente de rugosidad de manning de tablas )

Calculo del dimetro terico

D = ( 3.21 Qn / S1/2 )3/8

La pendiente hidrulica: S = Ht / L = ( 2500 2470 ) = 0.013000

D = ( 3.21 0.12 x 0.010 )0.375 = 0.295 m = 11 (0.01)0.5

Dimetro Terico = 11 Pulgadas. Que agota todo el desnivel topogrfico disponible de 30.0 m.

En el mercado no existe este dimetro; Por lo tanto tomaremos un dimetro comercial inmediatosuperior que es de ( 12 ) desperdiciamos la capacidad del tubo, puesto que podemos conducirmayor gasto, pero se encarece el proyecto.Si tomamos un dimetro comercial inferior (10) se disminuye el costo de la obra, pero el tubo notiene la capacidad para llevar el gasto requerido, a menos que se cambie la posicin del tanquepara poder darle una pendiente hidrulica menor ; pero como esta planteado el problema, el tubode 10 tampoco lo resuelve.Para ello hacemos una combinacin de los dimetros comerciales en medida superior e inferior.Tomaron tubera de asbesto cemento de 304 mm (12 ) y dimetro y 25.4 mm. (10 ).

Determinacin de los valores de K y de las longitudes.

El valor de k lo podemos determinar con la formula

K = 10.3 n2 o bien por la (TABLA 3.1.2 )D16/3

Por tablas: n = 0.010 D = 12 (305 mm )

K1 = K12= 0.58350 K2 = K10= 1.54

Por formula = K12=10.3 (0.010)2 = 10.3 0.0001 = 0.5796 = 0.5800(0.305)16/3 0.001777


52/133


Pg.169

K2 = K10 = 10.3 (0.010)2 = 10.3 0.0001 = 1.54(0.254)16/3 0.0006698

Calculo de la longitud L1y L2, considerando que L1= L12 y L2= L10

L1 = L12= H K2LQ2 = 30 (1.54 X 3000 X (O.12)2) = 30 66-53 = 36.53 =Q2 (k1 k2) (0.12)2 (0.5835 1.54) 0.013774 0.013774

L1 = L12 = 2652 m.

L2 = L10= H K1LQ2 = 30 (0.5835 x 3000 x (O.12)2) = 30 25.21 = 4.29 =Q2 (k2 k1) (0.12)2 (1.54 0.5835) 0.013774 0.013774

L2 = L10 = 348 m.

Se requieren : 2652 m de tubera de 12 (305 mm) y

348 m de tubera de 10 (254 mm)

TOTAL 3000 m.

Para determinar el curso de la lnea piezometrica, calculamos las prdidas por friccin por cadatramo de tubera, con los respectivos dimetros.

Hf12

= K12

L12

Q2 = (0.5835)(2652)( 0.12)2 = 22.28 m

Hf10= K10 L10Q2 = (1.54)(348)(0.12)2 = 7.72 m30.00 m.

En la (Figura 3.1.5.a.),se puede apreciar el trazo de la lnea piezometrica en base a lasperdidas de carga por friccin determinados.

Las pendientes hidrulicas sern:

S12 = perdida de carga = 22.28 = 0.0084Longitud 2652

S10 = prdida de carga = 7.72 = 0.02218Longitud 348


53/133


Pg.170

Figura 3.1.5.a- trazo de la lnea piezomtrica con los dimetros econmicos determinados.


54/133


Pg.171

Ejemplo 2.- Disear la lnea de conduccin por gravedad con los datos siguientes.

Datos:H = 211.77 m.Q = 4.75 l.p.s.L = 544.4 m.

D =

ns

Qn/1

2.3 3889.0

5.544

77.211

L

Hs

D =8/3

2/1)3889.0(

)01.0)(000475.0(2.3

= 0.044 m = 1.74 = 2

Utilizando A.C. = 2 Y utilizando Fo.Go. = 1 tenemos

A.C.2 = K1= 8046.88; y Fo.Go. = 1 , K2 = 75935.89

m73.71=

8046.88-75999.8500475.0

00475.0544.48046.88-211.77=

KKQ

.L.QK-H=L1

2

2

12

2

2

1

L2 = Lt _ L1 = 544.40 _ 73.71 = 470.79 m

Clculo de las prdidas por friccin:

m.85.48=00475.0470.798046.88=Q..LK=Hf 22111

m.126.29=00475.073.7175935.85=Q..LK=Hf 22112

0.1815=470.79

85.48=

L

Hf=S

1

11

1.7133=73.71

126.29=

L

Hf=S

2

22

mts/seg.4.18=

0.0380.785

0.00475=

A

Q=V

.

mts/seg2.42=0.050.785

0.00475=

A

Q=V

22

21


55/133


Pg.172

Figura 3.1.5.b.-Proyecto definitivo de la lnea de conduccin por gravedad del ejemplo nm. 2


56/133


Pg.173

Ejemplo 3.-Disear la lnea de conduccin por gravedad con los datos siguientes.

Datos:Q mx. diario = 40 l.p.s.Longitud = 4680 m.H = 145 m.

Calculo del dimetro terico.

"7.6=401.2=D

Q1.2=D

Se tomaran los dimetros comerciales de 8 y 6 de Asbesto CementoCalculo de las longitudes

K8= 5.07K6= 23.79

m.3574=

5.07-23.790.04

04.046805.07-145=

K-KQ

L.Q.K-H=L

m.1106=79.2307.50.04

04.0468023.79-145=

K-KQ

.L.QK-H=L

2

2

12

2

2

12

2

2

21

2

2

21

Calculo De las perdidas de friccin

m.136.0=04.0357423.79=K.L.Q=Hf

m.9.00=04.011065.07=K.L.Q=Hf

22

6"

22

8"

Calculo de las pendientes

0.0381=3574.0

136.0=

L

H=S

0.00813=1106

9.00=

L

H=S

2

f2

1

f1

Calculo de las velocidades

mts./seg.2.194=

0.15240.785

0.04=

A

Q=V

mts./seg.1.234=0.20350.785

0.040=

A

Q=V

22

21


57/133


Pg.174

Figura 3.1.5.c.- Proyecto definitivo de la lnea de conduccin por gravedad ejemplo 3


58/133


Pg.175

TABLA 3.1.2. VALORES DE LA CONSTANTE DE MANNING K Para determinar lasprdidas de carga por friccin en la formula de Manning. H = KLQ2.

PVC A.C. ACERO Fo.Fo. Fo.Go. Concretosimple

Concretospero

Dimetro

n = 0.009 n = 0.010 n = 0.011 n = 0.013 n = 0.014 n = 0.012 n= 0.016

Pulg. m. K K K K K K K

1/2 0.013 9,553,264.6 11,798,396.3 1,4318442.15 19931217.48 2,3138602.52 16,953,035.5 30240549.8

3/4 0.019 1,261724.66 1,558245.06 1,891074.13 2,632375.19 3,055,975.79 2,239,031.77 3,993948.5

1 0.025 292,631.58 361,403.51 438,596.49 610,529.82 708,771.93 519,298.25 926,315.79

1 1/4 0.032 77,943.93 96,261.68 116,822.43 162,616.82 188,785.05 138,317.76 246,728.97

1 1/2 0.038 31,353.38 38,721.80 46,992.48 65,413.53 15,781.25 55,639.10 99,248.12

2 0.051 6,515.63 8,046.88 9,765.63 13,593.75 4,708.62 11,562.5 20,625.00

2 1/2 0.064 1,944.06 2,400.93 2,913.75 4,055.94 1,887.85 3,449.88 6,153.85

3 0.076 779.44 962.62 1,168.22 1,626.17 391.47 1,383.18 2,467.29

4 0.102 161.63 199.61 242.25 337.21 121.69 286.82 511.63

5 0.127 50.24 62.05 75.30 104.82 121.69 89.16 159.04

6 0.152 19.26 23.79 28.87 40.18 46.65 34.18 60.97

8 0.203 4.11 5.07 6.16 8.57 9.95 7.29 13.00

10 0.254 1.24 1.54 1.87 2.60 3.01 2.21 3.94

12 0.305 0.46854 0.58262 0.70225 0.97753 0.1.15 0.83146 1.48

14 0.356 0.20593 0.25432 0.30864 0.42963 0.49877 0.36543 0.65185

16 0.406 0.10208 0.12610 0.15300 0.21297 0.24725 0.18115 0.32313

18 0.457 0.05416 0.06688 0.08123 0.11299 0.13117 0.09610 0.17143

20 0.508 0.03088 0.03815 0.04630 0.06444 0.07481 0.05481 0.09778

24 0.610 0.01165 0.01439 0.01746 0.02430 0.02821 0.02067 0.03687

30 0.762 0.00355 0.00439 0.00533 0.00742 0.00861 0.00631 0.01125

36 0.914 0.00135 0.00166 0.00202 0.00281 0.00326 0.00239 0.00426

42 1.067 0.00059 0.00073 0.00088 0.00123 0.00143 0.00105 0.00187

48 1.219 0.00029 0.00036 0.00043 0.00061 0.00070 0.00051 0.00092

54 1.372 0.00015 0.00019 0.00023 0.00032 0.00037 0.00027 0.00049


59/133


Pg.176

3.1.4 ACCESORIOS Y PIEZAS ESPECIALES

3.1.4.1. Dispositivos de alivio

Un sistema hidrulico puede disearse con un factor de seguridad muy grande parar soportar lascargas mximas y mnimas debidas al golpe de ariete. Sin embargo, para un diseo ptimo de unsistema deber tomarse en cuenta la instalacin de uno o varios dispositivos de alivio.

Los diferentes tipos de vlvulas se describen a continuacin.

a ) Juntas

Las juntas se utilizan para unir dos tuberas; las de metal pueden ser de varios tipos, porejemplo, Giubault, Dresser, etc.


60/133


Pg.177

b) CarretesLos carretes son tubos de pequea longitud que se colocan sobre alguna por medio de unabrida en uno de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50 y 75 cm. Para materialesde PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.

r


61/133


Pg.178

c) ExtremidadesLas extremidades son tubos de pequea longitud que se colocan sobre alguna descarga pormedio de una brida en unos de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50, y 75 cm.Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.


62/133


Pg.179

d) TesLas tes se utilizan para unir tres conductos, donde las tres uniones pueden ser del mismodimetro, o dos de igual dimetro y uno menor. En el segundo caso se llama te reduccin.

e) CrucesLas cruces se utilizan para unir cuatro productos, donde las cuatro uniones pueden ser delmismo dimetro, o dos mayores de igual dimetro y dos menores de igual dimetro. En el

segundo se llama cruz reduccin.

TEE y Cruz de fierro fundido


63/133


Pg.180

f) Codoslos codos tienen la funcin de unir conductos del mismo dimetro en un cambio de direccin yasea horizontal o vertical. Los conductos pueden tener deflexiones de 22.5, 45 y 90 grados.

Codode fierro fundido


64/133


Pg.181

g) ReduccionesLas reducciones se emplean para unir dos tubos de diferente dimetro.

Reduccin de fierro fundido


65/133


Pg.182

h) Coples.Los coples son pequeos tramos de tubo de PVC o de fibrocemento que se utilizan para unir lasespigas de dos conductos del mismo dimetro. Los coples pueden ser tambin de reparacin, loscuales pueden deslizar libremente sobre el tubo para facilitar la unin de los tubos en el caso deuna reparacin.


66/133


Pg.183

Tapones y TapasLos tapones y tapas se colocan en los extremos de un conducto con la funcin de evitar lasalida de flujo.

3.1.4.2. Vlvulas de no retorno (check)

La vlvula de no retorno, sirve para evitar la inversin de flujo en un conducto. En general, debeser instalada en la tubera de descarga de los equipos de bombeo. Este tipo de vlvula cierranormalmente de forma instantnea al presentase la inversin del flujo.

Fig. 3.6 Dibujo esquemtico de una vlvula de no retorno (check)

3.1.4.3. Vlvulas de seguridad

Esta vlvula sirve para disminuir el incremento de presin asociado al golpe de ariete en elsistema. Al aumentar la presin dentro del conducto se general un fuerza tal que se supera laresistencia del resorte, la vlvula abre totalmente en forma instantnea.

Estas vlvulas operan totalmente abiertas o totalmente cerradas.


67/133


Pg.184

Fig. 3.7 Dibujo esquemtico de una vlvula de seguridad

3.1.4.4. Vlvula aliviadora de presin o supresora de oscilaciones.

Estas vlvulas tienen un funcionamiento amortiguador de la sobrepresin provocada por el Golpedel ariete.Cuando la presin aumenta dentro del conducto produce fuerza F2 que abre la vlvula (2) alvencer la resistencia del resorte, dando lugar a que circule el flujo a travs de ella hacia ladescarga y disminucin de presin en la cmara (3) y la generacin de una fuerza F1 en lavlvula principal haciendo de esta manera que se inicie la apertura. Como consecuencia delvolumen descargando por la vlvula provoca la disminucin de presin del conducto por lo que lavlvula (2) cierra y se establece un nuevo equilibrio que inicia el cierra de la vlvula.

Fig. 3.8 Dibujo esquemtico de una vlvula aliviadora de presin


68/133


Pg.185

3.1.4.Vlvulas de Admisin y Expulsin de Aire

Este tipo de vlvulas funcionan admitiendo aire cuando por causa del golpe de ariete la presinde la seccin donde est situada la vlvula desciende por debajo de un lmite prescrito. Expulsaaire en el llenado de la lnea ( los efectos dentro de las tuberas se vern ms adelante).

3.1.5. Instalacin adecuada de las vlvulas

Fig. 3.9 Ubicacin de las vlvulas para prevenir el golpe de ariete.

3.1.5.5. El aire y el vaco dentro de las tuberas

Dos de los fenmenos menos considerados en el diseo de sistema de conduccin y distribucinde agua es el aire atrapado dentro de la tubera y el vaco. Muchos problemas de malfuncionamiento de las lneas se deben a esta causa. Las lneas deben ser bien ventiladas para quesu funcionamiento sea ptimo.

Cuando una lnea de conduccin es vaciada accidentalmente por una fuga a para realizar algnmantenimiento, se requiere el ingreso de aire a la tubera con el objeto de evitar el vaco y porconsecuencia el colapso o aplastamiento del tubo.

En el diseo de sistemas de conduccin de agua, siempre considere la instalacin de accesorios

para el control del aire dentro de las tuberas.

El costo de accesorios de control de aire presenta un mnimo porcentaje respecto al costo totalde la conduccin.

Cuando no tiene accesorio de control en los sistemas de conduccin, el aire atrapado, llega aObstruir el flujo del agua reduciendo hasta un 10% o ms debido a las bolsas de aire formadasen las partes altas de la tubera.


69/133


Pg.186

En este apartado se explican estos problemas y posibles soluciones .

3.1.4.8.Explicacin del fenmeno

Cuando se tiene una lnea nueva el aire es atrapado durante el llenado en puntos altos; en lneasfuncionando regularmente, el aire disuelto en el agua se libera al haber cambios de presiones

debidos a cambios en la velocidad del flujo. La literatura seala que a 20 C a presinatmosfrica , el contenido en el aire es de 20 litros por m 3, la solubilidad del aire en el agua estregida por la presin y la temperatura. En circunstancias ordinarias el agua contiene ms del 2%del aire disuelto del volumen y a veces an ms.

El origen del aire en las tuberas se debe a lo siguiente:

Cuando la bomba se pone en marcha, el aire es comprimido desde la bomba hacia lared

El bombeo mismo puede causar una accin vortex en puntos de aspiracin. Esto darcomo resultado una aspiracin de aire que se introducir al sistema pudiendo alcanzarhasta un 15% del volumen del agua bombeada.

Cuando ocurre un asalto hidrulico durante la transicin de seccin con caudalparcialmente lleno a seccin totalmente llena

Problemas relacionados al de aire en las tuberas.

a) Disminucin del flujo: Al tener el aire dentro de las tuberas se formaran bolsas de aireen los puntos de variacin de la pendiente. Cuando se tiene equipos de bombeo, serequerir una mayor presin con menor eficacia de la bomba. En los conductos degravedad, debido a que no existe presin para empujar el aire, se tendrn mayoresproblemas tenindose en ocasiones cese de flujo.( ver figura 3.10 y 3.11)


70/133


Pg.187

Fig.3.10 Cese del flujo debido a bolsas de aire en una tubera a presin

Fig. 3.11 Cese del flujo debido a bolsas de aire en una tubera a baja presin (gravedad)

b) Cavitacin: Dentro de la tubera, al reducirse la seccin, aumenta la velocidad tenindoseuna Cada local de presin y formacin de burbujas de vapor; las cuales se colapsancuando las condiciones de flujo vuelven a ser normales, provocando la erosin.

La accin destructiva de la cavitacin puede ser evitada suministrando aire a la tubera.

c) Exactitud de medidas y contadores: La presencia del aire en el agua provoca un error enlos medidores de flujo, ya que muchos medidores se basan en la velocidad del flujo. Lavelocidad del aire, a igualdad de presin y temperatura, es 29 veces superior a la del agua.

Evacuando el aire en las proximidades de los medidores de garantiza la exactitud de las medidas.


71/133


Pg.188

3.1.4.9. Accesorios para prevenir y controlar el aire y el vaco en las tuberas.

Existen varias clasificaciones de las vlvulas para controlar el aire, algunas se basan en el tamaodel orificio por lo que se clasifican como: vlvulas de orificio grande. La siguiente clasificacin sebasa principalmente en el funcionamiento de las vlvulas.

Vlvulas eliminadoras de aire o automticas: Las cuales funcionan en los sistemaspresurizados expulsando el aire que se libera en el agua al hacer cambios de presin en latubera por cambios topogrficos.

Fig. 3.12 Vlvula eliminadora de aire.

Vlvula de admisin y expulsin de aire: Las cuales funcionan para evacuar el airedurante el llenado de la tuberas para admitir aire en el vaciado, sea accidental o intercambiado( figura 3.13 )


72/133


Pg.189

Fig. 3.13. Vlvula de admisin y expulsin de aire.

Vlvulas combinadas o de doble propsito: Los cuales combinan el funcionamiento de losdos tipos anteriores, por un lado admiten y expulsan el aire, en el llenado y el vaciado de latubera y por otro evacuan el aire que se libera del agua.( figura 3.14).

Fig. 3.14 Vlvula combinada o de doble propsito


73/133


Pg.190

Clculo del dimetro mnimo de las vlvulas.

La seleccin del dimetro de las vlvulas para el control de aire se hace mediante las grficas delfuncionamiento de las vlvulas publicadas regularmente por los fabricantes, en las cuales seentra con una presin diferencial ( mximo 5 PSI, - 0.35 kg/cm2 ) y el caudal del aire. Tambinexisten reglas de clculo, entrando con el gasto de tubera ( o con la pendiente y el dimetro delconducto) se obtiene el dimetro necesario de vlvula.

Seleccin de vlvulas de Admisin y Expulsin de Aire

La referencia recomienda para seleccionar el dimetro de vlvulas de admisin y expulsin deaire lo siguiente:

1. Para determinar el dimetro mnimo permisible de la vlvula capaz de expulsar aire en piescbicos por segundo (PCS) no debe exceder la presin diferencial de 0.14 kg/cm2 (2 PSI).

2. El dimetro mnimo permisible de la vlvula capaz de admitir aire en PCS se determinaratolerando una presin diferencial mxima de 0.35 kg/cm2 (PSI) a travs del oficio de la

vlvula.

En tramos de tubera operada por gravedad, donde dependiente sea mas pronunciada lavelocidad del agua aumentar considerablemente. En tal caso el flujo equivalente ser mayor ypuede calcularse por medio de la frmula siguiente:

Flujo en PCS = 0.086592 5PD

Donde:

PSC = pies cbicos por segundoP =Pendiente (m/m)D = Dimetro de tubera (pulgadas).

3.- Los dimetro se obtiene entrando a las grficas de funcionamiento proporcionadas por losfabricantes para las presiones diferencias de 0.14 y 0.35 kg/cm2 (2 y 5 PSI) para expulsar yadmitir aire respectivamente. Se seleccionar la vlvula que d el dimetro mayor de las dos. Lacual se instalar en los puntos altos de la tubera.

Seleccin de Vlvulas Eliminatorias de Aire

No existen mtodos para la seleccin del dimetro de este tipo de vlvulas, todas lasRecomendables estn basadas en la experiencia, sin embargo como la cantidad del aire disueltoen el aire que se libera dependen directamente de la presin y temperatura del conducto, se da acontinuacin una gua aproximada para seleccionar la vlvula segn el tamao del orificionecesario para eliminar el aire.


74/133


Pg.191

Cuadro 6.13 Gua para seleccionar la vlvula eliminadora de aire necesaria.

Presin en PSI ( kg/cm2)1 a 50( 0.07 a 3.5)

1 a 150( 0.07 a 10.5 )

1 a 300( 0.07 a 21.1 )

Dimetro mximode la tubera

Gastomximo

Dimetrodelorificiode salida

Capacidad Dimetrodelorificiode salida

Capacidad Dimetrodelorificiode salida

Capacidad

Pulg mm lps Pug. PCM Pul. PCM Pul. PCM610164896

160250400

1,2002,400

50140330

3,1509,500

3/321/81/85/16

59958149

1/163/321/83/163/8

6142454220

01/165/643/327/32

0121826143

Adems se recomienda instalar las vlvulas en:

(1)Puntos donde la tubera salga del suelo, por ejemplo la instalacin de las vlvulas de control.Si despus de la vlvula la tubera asciende, instalar una eliminatoria de aire, siDesciende y hay peligro de vaciado rpido, una vlvula contaminadora.

(2)En tuberas con pendiente uniforme se recomienda entre 400 y 800 m

(3)En los quipos de bombeo, antes de la vlvula de retencin (check) se recomienda instalarUna vlvula de admisin y expulsin de aire.

(4)Se debe instalar una vlvula combinada antes de los medidores (10 dimetros) paraEvitar error en las mediciones y daos al equipo.

(5)En el cruce de las carreteras, despus del cruce una vlvula combinada.

3.1.4.1 DISEO Y UBICACIN DE VLVULASEntre otros los servicios que ofrecen las vlvulas son: Regulacin de flujo y presin, evitar el

retroceso del flujo a travs de las bombas, control del aire por medio de la admisin oeliminacin, proteccin por sobr presiones en tuberas y bombas, y ayudar en la prevencin detransitorios.


75/133


Pg.192

Figura 3.16.- Vlvula expulsora de aire instalada en la lnea de conduccin, existe una ampliavariedad de tipos de vlvulas para ser usadas con diferentes propsitos, las cuales se indicana continuacin.


76/133


Pg.193

Figura 3.17.- Vlvula de seccionamiento tipo compuerta de vstago fijo


77/133


Pg.194

Figura 3.18.- Vlvula de seccionamiento tipo compuerta de vstago saliente


78/133


Pg.195

3.1.4.2 PIEZAS ESPECIALES.

Las conexiones de la tubera en las instalaciones, cambios de direccin, variacin de dimetros,accesos a vlvulas, etc., se denominan comnmente como piezas especiales y pueden ser defierro fundido, asbesto cemento o PVC, dependiendo de que material sean los tubos.

Las piezas especiales de fierro fundidos son las ms empleadas y se fabrican para todos losdimetros de tuberas. Estas piezas se conectan entre s o las vlvulas por medio de bridas ytornillos y con un empaque de sellamiento intermedio, que puede ser de plomo, hule o plstico. Launin de estas piezas con las tuberas de asbesto cemento, se efecta utilizando la juntagiubault, que se muestra en la fig. 3.19 y que permite conectar por una de sus bocas una

extremidad de fierro fundido y por otra una punta de tubera de asbesto cemento. El sellamientose logra mediante la presin ejercida con las bridas y tornillos sobre barrillete y empaque de hule.

Figura 3.19.- Junta giubault

La forma cncava del barrilete permite efectuar deflexiones; su dimetro interior debe ser de 2mm ms grande que el de las tuberas, en medidas hasta de 200 mm (8) y de 6 a 10 mm en lastuberas mayores.


79/133


Pg.196

Las dimensiones de piezas especiales con brida de fierro fundido se ilustra en la ( Figura. 3.20)

Figura 3.20.- Bridas para unir piezas especiales de PVC con fierro.

Las piezas especiales de asbesto cemento se fabrican con segmentos de tubera de asbesto-cemento, clase A-5 y A-7 pegados con Epoxy, una resina con gran adherencia, pero cuya

resistencia a los golpes es deducida. Por esta razn la produccin en la fabrica se limita aconexiones para tuberas hasta de 150 mm. (6) de dimetro, el manejo de piezas mayores esmuy riesgoso pues durante el transporte se expone a golpes que pueden ocasionarles seriosdaos.

Para uniones en tuberas hasta de 150 mm (6) de dimetro y contando con operarios cuidadosos,estas piezas son de gran utilidad dada su ligereza y diseo que evita las uniones bridas y por subajo costo.


80/133


Pg.197

Figura 3.20.- Simbologa de piezas especiales de asbesto cemento.


81/133


Pg.198

Figura 3.21.- Simbologa de piezas especiales de PVC.


82/133


Pg.199

figura 3.22. Piezas Especiales (junta giubault) instaladas en lnea de conduccin con tuberade asbesto cemento con su respectivo atraque de concreto armado

Vlvula espulsora de aire instalada en la lnea de conduccin de asbesto cemento


83/133


Pg.200

LOCALIZACIN DE PIEZAS ESPECIALES.

Una vez determinado el dimetro y efectuado el trazo definitivo, se procede a localizar en el perfily planta las piezas especiales y dispositivos de la lnea de conduccin que correspondan.

Cuando es necesario unir entre si varias tuberas, efectuar un cambio en la direccin, el dimetroo el material de la tubera se emplearan las denominadas piezas especiales, para equilibrar los

empujes hidrostticos en algunos casos estas piezas llevarn atraques de concreto simple.

Como se ver posteriormente las tuberas empleadas en las lneas de conduccin de la RepublicaMexicana son las de P.V.C (policloruro de vinilo), en dimetros de 50, 60, 75 y 100 mm (2, 2 ,3, 4), y de A.C. (Asbesto cemento), en dimetros mayores; las piezas especiales utilizadas sonfabricadas de P.V.C., para las tuberas de este material, mientras que para las tuberas de A.C., seusan piezas especiales de Fo. Fo. (Fierro Fundido), En algunos casos y a solicitud de losIngenieros Residentes, se proyectan tuberas de A.C. para todos los dimetros requeridos de lalnea de conduccin , emplendose en este caso piezas especiales de Fo. Fo. nicamente.

En caso de tener una topografa muy accidentada y terreno con material muy duro, se requiere

instalar tubera de fierro galvanizado y se usan piezas especiales de Fo. Go. (Fierro Galvanizado).

SIGNOS CONVECIONALES.

Los smbolos empleados, de acuerdo con las Normas de proyectos de la Comisin Nacional delAgua, para tuberas, vlvulas y piezas especiales son los siguientes:


84/133


Pg.201

Junta Universal G.P.B. 0

Vlvula Valflex 00

Vlvula reduccin Vlflex 0078.73 mts.


110/133


Pg.227

COSTO DE INSTALACIN DE LA TUBERA DE A. C. CLASE A-10 DE ( 14" )

CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD

P.U. IMPORTE

EXCAVACIN A MANO PARA ZANJAEN MA- TERIAL CLASE "A" EN SECO

HASTA 2 MTS. DE PROFUNDIDAD. 0.468 M.

34.41 16.10

EXCAVACIN A MANO PARA ZANJAEN MA- TERIAL CLASE "B" EN SECOHASTA 2 MTS. DE PROFUNDIDAD. 0.702 M

.63.75 44.75

PLANTILLA APISONADA CON PISNDE MA- NO EN ZANJAS CONMATERIAL "A" Y/O "B"

0.100 M.

174.55 17.45

RELLENO APISONADO YCOMPACTADO CON AGUA, EN CAPASDE 0.20 MTS. DE ESPESOR. 0.700 M

29.47 20.63

RELLENO A VOLTEO CON PALA. 0.700 M. 13.69 9.58

ATRAQUE DE CONCRETO SIMPLE fc= 100 KG/CM. 0.0006 M

.2260.45 1.36

INSTALACIN, JUNTEO Y PRUEBA ALA TUBERA DE A.C. CLASE A-10 DE350 MM. ( 14 " ) . 1.000 M.

675.80 675.80

ADQUISICIN DE TUBERA DE A.C.CLASE A-10 MM. ( 14" ). 1.000 M. 1574.8 1574.80

Costo por metro tubera de 14 $ 2,360.47

Costo total de instalacin = (2500) ( 2,360.47 ) = $ 590 1175..00

Anualidades en 10 aos al 10% anual = ( 0.16275) ( 5,901 175.00 ) = $ 960,416.23

El costo anual de bombeo para esta tubera de 35 mm. ( 14" ) de A.C. clase A-10 ser :

Costa anual de energa $1,944 293.10

Costo anual de la tubera instalada $960,416.23Costo total anual para tubera de 14 $ 2,904 709.30


111/133


Pg.228

RESUMEN.

Costo anual de operacin de la tubera :

1) A.C. clase A-14 de 250 mm. ( 10" ) . $ 3,299 660.70

2) A.C. clase A-10 de 300 mm. ( 12" ) . $ 2,776 227.80 **

3) A.C. clase A-10 de 350 mm. ( 14" ) . $ 2,904 709.30

Como se puede ver, el dimetro ms econmico de bombeo es el de la tubera de 12 ( 300mm) clase A-10 de 300 mm. ( 12" ) .

En el perfil de la conduccin, se har el trazo de los gradientes correspondientes a la lneapiezometrica de trabajo normal y de presiones totales que incluye el 20% del golpe de ariete.

EJEMPLO 3.9.- Disear el dimetro de la lnea de conduccin por bombeo de zapotalito.

DATOS:Poblacin de proyecto : 200 habitantes.Dotacin : 50 lts./ trabajo.

1) Clculo de los gastos:

a) Gasto medio anual :

Qm.a. =pob.Proyecto x Dotacin

seg.=

200 x 50

86400= 0.12 l.p.s.

86400

Gasto mximo diario ( Q mx. diario ).

Qmx. diario = Qmx. x 1.3 = 0.12 x 1.3 = 0.16 l.p.s.

Gasto mximo horario ( Q mx. Horario ) :

Q mx.H = Qmx.d x 1.5 = 0.16 x 1.5 = 0.24 l.p.s.

Clculo del dimetro terico de la lnea de conduccin.

Dimetro de conduccin = 1.5 ( Qmximo diario)1/2

Dt = 1.5 (0.16)1/2 = 0.60


112/133


Pg.229

Pero como no existen bombas comerciales para un gasto de 0.16 l.p.s., proponemos bombear1:28 horas diarias y obtendremos un gasto de 3.0 l.p.s., para este gasto, encontraremos bombascomerciales, con este gasto obtendremos el dimetro de conduccin.

1/2".22.60"=31.5=cond.D

l.p.s.3.0=Hrs.28.1

0.16xHrs.24

=conduccinQ

Proponemos utilizar tubera de PVC RD-26 de 2 1/2" ( 64 mm. ) de dimetro.

Clculo de la potencia de la bomba.

Presin normal aproximada:

Carga total esttica.

Desnivel topogrfico = 214.33 - 200.00 = 14.33 m.

Clculo de la prdida de carga por friccin.

L = 321.50 ; K 64 = 1944.06 ; Q = 0.003 m/seg.

Hf = K.L.Q = 1944.06 x 321.5 ( 0.003 ) = 5.63 m.

Prdidas menores.

H menores = 5% Hf = 0.05 ( 5.63 ) = 0.28 m.

Clculo de la carga dinmica total de bombeo :

Desnivel topogrfico 14.33Nivel dinmico 25.00Carga en el tanque 2.00

Prdida total 5.91Carga Total = 47.24 m.


113/133


Pg.230

Clculo de la sobr presin o golpe de Ariete.

0.01589=0.19949

0.00317=

P

A=R

mts.0.19949=0.064x3.1416=P

m0.00317=)0.064(0.785=A

srn

1=V

22

1/22/3

0.13558=)0.01838(=S

0.01838=321.50

5.91=

L

Hf=S

0.06338=)0.01589(=R

0.51/2

10.6662/3

V = 0.06338 x 0.13558/0.009 = 0.95 m/s.

Ahi = Golpe de ariete

m34.2=

)0.31()28100(

)(6.4)20738(+1

0.95)(145=

eEt

DKa+1

V145=Hi

El 20 % del golpe de ariete lo absorber la tubera que equivale a 0.20 ( 34.20) = 6.84m

f) Clculo de la potencia de la bomba:

H.P.5.02.48=)75.0(76

)47.24(0.003)(1000=Pot

%.75=si76

HtQ=Pot


114/133


Pg.231

Se propone una bomba de 5.0 H.P, para bombear durante un tiempo de 2 horas.

Eficiencia del motor = 75%.

Carga total al momento del golpe de ariete = 6.75 + 5.63 = 12.38 m = 1.24 kg/cm2

Se usa tubera de PVC RD-64 que resiste una presin de 4.5 kg/cm2.


115/133


Pg.232

MTODO MECNICO.

Ejemplo.

Determinar el dimetro ms econmico para una conduccin con capacidad de 750 l.p.s y longitudde

06.- capitulo iii

Documents