LINEAS DE CONDUCCION

ING. MARIA ELENA BALDIZN A.

Managua, Octubre de 2011.

Se denomina lnea de conduccin a la parte del sistema

constituida por el conjunto de conductos, estructuras de

operacin, de proteccin y accesorios especiales destinados a

transportar el agua desde el lugar de la captacin hasta el sitio

de entrega.

La lnea de conduccin es la parte del sistema que transporta el

agua desde el sitio de la captacin, hasta un tanque de

regulacin o una planta potabilizadora.

ING. M.E.B.A - INGENIERIA SANITARIA I.

*

Definicin

Cuando el sistema incluya tanque de regulacin o planta de tratamiento, la capacidad de la aduccin en el punto

de entrega, deber ser por lo menos igual al consumo

mximo diario.

Si no se cuenta con tanque de regulacin y/o planta de tratamiento, la capacidad deber ser igual al caudal

mximo horario, previo anlisis tcnico-econmico.

La capacidad debe ser suficiente para transportar el gasto mximo de diseo para el fin del perodo de

diseo.

*

*En la seleccin del trazado de la aduccin, se debe considerar adems

del anlisis econmico, caudal y vida til, los siguientes factores:

a) Que en lo posible la conduccin sea cerrada y a presin.

* b) Que el trazado de la lnea sea lo ms directo posible de la fuente a la red de distribucin o al tanque de almacenamiento

* c) Que la lnea de conduccin evite tramos extremadamente difciles o inaccesibles

* d) Que la lnea de conduccin est siempre por debajo de la lnea piezomtrica ms desfavorable, a fin de evitar zonas de depresin que

representan un peligro de aplastamiento de la tubera y posibilidad de

cavitacin.

* e) Evitar presiones excesivas que afecten la seguridad de la conduccin.

* f) Que la lnea evite zonas de deslizamiento e inundaciones.

* g) Evitar tramos de pendiente y contrapendiente, los que pueden causar bloqueos de aire en la lnea.

*

*Tanque 1

Tanque

Dependiendo del sitio de

ubicacin de la fuente, la

lnea de conduccin puede

ser:

Fuente - Red - Tanque

Fuente Tanque -Red

* De acuerdo a la naturaleza y ubicacin de la fuente de abastecimiento as como la

topografa de la regin, las lneas de conduccin, pueden considerarse de dos tipos :

a.- Lneas de conduccin por gravedad.

Una Lnea de conduccin por gravedad debe aprovechar al mximo la energa disponible para conducir el gasto deseado, lo cual en la mayora de los casos nos conducir a la seleccin del dimetro mnimo, que satisfaciendo razones tcnicas (Capacidad) permita presiones iguales o menores que la resistencia fsica del material que soportara.

* b.- Lneas de conduccin por Bombeo.

A diferencia de una lnea de conduccin por gravedad donde la carga disponible es un criterio lgico de diseo que permite la mxima economa, al elegir dimetros cuyas prdidas de cargas sean mximas, en el caso de lneas por bombeos la diferencia de elevacin es carga a vencer, que va a verse incrementada en funcin de la seleccin de dimetro menores y consecuentemente ocasionar mayores costos de equipos y de energa, por tanto cuando se tiene que bombear agua mediante una lnea directa al Tanque de Almacenamiento, existir una relacin inversa de costo entre potencia requerida y dimetro de la tubera.

* Dentro de estas dos alternativas extremas:

- Dimetro pequeo y equipo de bombeo grande lo cual tiene un costo mnimoen la tubera pero mximo en los equipos de bombeos y su operacin.

- Dimetros grandes y un equipo de bombeo de baja potencia, resultando altos costos para la tubera y bajos para los equipos y su operacin.

Entre estas dos alternativas extremas hay un sinnmero de soluciones de acuerdo a los diferentes dimetros comerciales cuyo anlisis econmico se seleccionar la ms conveniente.

Los factores de costo ms significativo son:

Consumo de energa

Costo de tubera

*

Costos Totales = CAT +CAE (Costo Anual Equivalente)

Estos costos totales estn compuestos por varios tipos de costos en el

sistema:

Costo total de tubera instalada (adquisicin, transporte, instalacin)

Costo total del equipo de bombeo instalado (adquisicin, transporte,

instalacin, mantenimiento, costo energtico consumible) que se calcula

utilizando los coeficientes de costos del equipo (K, a) y su potencia

instalada (HP).

Costo Anual de Operacin (Energa consumida) que se calcula de

acuerdo a la potencia instalada y al costo de energa por kW-h/ao.

*

Costo Anual de Mantenimiento (Repuestos, insumos, personal,

herramientas, etc).

Para la obtencin de la mejor alternativa de menor costo es necesario

llevar los costos anteriores a sus valores presentes de acuerdo al

horizonte de anualidades condicionado por el tiempo de vida til del

equipo de bombeo y tubera.

Los Valores Presentes (V.P.) se resumen como:

Valor Presente de Inversiones Totales.- conformado por la suma del

costo total de tubera ms el costo total del equipo.

Valor Presente de Reposiciones Totales.- conformado por la diferencia

del Costo de Inversiones totales en un plazo de anualidades a la tasa de

descuento y V.P. de Inversiones totales.

Los costos anualizados a una tasa de descuento pueden ser calculados

con la siguiente expresin:

*

a. Clculo del Costo Anual de Tubera.

CAT= Crf * Vpe

CRF = i ( 1 + i )n

( 1 + i )n 1

b. Clculo del Costo anual de energa ( CAE ).

Se usa la frmula:

CAE = Qb* tb * CTD *0.746 * C$ KW/h * 365 das

3960 * eb * em

CAE = Potencia * tb (365 das * C$ kw/h * 0.746 )

Ao

1 Hp = 746 W = 0,746 Kw. Donde:

CAeq = CAE + CAT

CAT: Costo anual de tubera

Crf: Coeficiente de

recuperacin. (tasa de retorno)

Vp: Valor presente

i: Inters anual (%)

CAE: Costo Anual de Energa

Qb: Caudal de bombeo (gpm)

CTD: carga total dimica em

pies

Hf: Prdidas (m)

tb: Tiempo de bombeo (horas)

eb: Eficiencia del equipo de

bombeo (%)

em: Eficiencia del motor (%)

CAEq: Costo Anual Equivalente

*

Clase de tubera

Las clase de tuberas a seleccionar estarn definidas por los mximas

presiones que ocurran en la lnea de carga esttica ( Golpe de Ariete).

Siendo los costos funcin del espesor, se procura utilizar la clase de

tubera ajustada a las rangos de servicio que las condiciones de

presin hidrosttica le impongan.

Segn las clases de tuberas en funcin de la presin de las normas

INAA puede usarse clase 100 - 200. La mejor solucin es determinar

las longitudes correspondientes a cada clase en forma de aprovechar

al mximo la de menor costo. Considerando que la ms econmica es

la tubera de clase 100.

* Seleccin de la clase de tubera a emplear.

* Seleccin de la clase y dimetro de la tubera a emplear capaz de soportar la presin hidrosttica y ajustarse a la mxima economa.

* Como resultado de los estudios de campo se dispondr de los planos necesarios de planta perfil, longitudinal de la lnea de conduccin,

informaciones adicionales acerca de la naturaleza del terreno,

detalles especiales, etc,. Permitir determinar la clase de tubera

HF, HG, AC, HFD, PVC ms conveniente.

* En el caso de que la naturaleza de terreno haga antieconmica la excavacin, se seleccionar una de las tuberas que por resistencia

a impactos puede instalarse sobre soportes (HG, HFD).

* Seleccin de la clase de tubera a emplear.

*Pmx =H +Hest desc *H = a*V/g *Donde:

Pmx : Presin mxima en el punto mas bajo de la tubera (m.c.a). Hest desc: Diferencia de nivel entre el punto donde llega el agua (reservorio) y el punto mas bajo de la tubera igual a la carga esttica en ese punto (m.c.a). H: Carga por sobrepresin por efecto del golpe de ariete (m.c.a). V: Velocidad del flujo en la tubera (m/s). g: Constante de aceleracin de gravedad (9.81 m/s2).

* Estos criterios estn relacionados a la velocidad del flujo y a la capacidad de carga que la tubera puede soportar incluyendo la sobrepresin que resulta de un fenmeno denominado golpe de ariete el cual esta condicionado al tiempo de cierre de las vlvulas de control de flujo a la salida de la bomba por corte sbito de la energa.

Clase

Tuberas

PVC

P. trabajo

(lbs/pulg2)

125 SDR 32.5 125

160 SDR 26 160

250 SDR 17 250

315 SDR 13.5 315

lase

P

Presin de

trabajo PSI

presin en

m

100

1

100 70

150

1

150 105

200

2

200 140

250

2

250 175

300

3

300 210

350

3

350 245

Normas Awwa Clases de Tubera PVC.

Clases de tuberas

* Una Lnea de conduccin por gravedad debe aprovechar al mximo la energa disponible para conducir el gasto deseado, lo cual en la mayora de los casos nos conducir a la seleccin del dimetro mnimo, que satisfaciendo razones tcnicas (Capacidad) permita presiones iguales o menores que la resistencia fsica del material que soportara.

Fig. 4.2 Lnea de Conduccin mal trazada

* Carga disponible: La

diferencia de elevacin entre

la obra de captacin. Nivel

mnimo de aguas en la

captacin y el tanque de

almacenamiento (Nivel

mximo de agua en el

tanque), sin embargo en

ocasiones puede prestarse

puntos altos intermedios que

no satisficiera el flujo por

gravedad para un diseo

adoptado bajo esa

consideracin, por lo cual esta

verificacin debe hacerse.

Fig. 4.2 Lnea de Conduccin mal trazada

* Seleccin de la clase de tubera a emplear.

* Seleccin del dimetro

Para la determinacin de los dimetros habr que tomar en

cuenta las diferentes alternativas bajo el punto de vista

econmico.

* Definidas las clases de tuberas y sus lmites de utilizacin, por razones de presin esttica pueden presentarse

situaciones que obliguen a la utilizacin de pilas rompe presin,

establecindose a lo largo de la lnea tramos para efectos de

diseo en funcin de la lnea de carga esttica o mediante la

utilizacin de tubera de alta presin.

* En todo caso sea en toda la longitud de la lnea de conduccin o en tramos, la seleccin de dimetro ms conveniente resultar

para aquellas combinaciones que aproveche al mximo ese

desnivel, es decir haciendo Hf = H.

*

* Accesorios y Dispositivos Especiales

Vlvula de aire.

Las Lneas por gravedad tienen la tendencia a acumular aire en los puntos altos, cuando se tienen presiones altas el aire tiende a disolverse y contina en la tubera hasta que es expulsado, pero en los puntos altos de relativa bajo presin, el aire no se disuelve creando bolsas que reducen el rea til de la tubera.

* Accesorios y Dispositivos Especiales

Vlvula de aire.

La acumulacin de aire en los puntos altos provocan:

Reduccin del rea de flujo del agua y consecuentemente se produce un aumento en las prdidas y una disminucin del gasto.

Produce golpes repentinos en la tubera, a fin de prevenir estos fenmenos deben utilizarse vlvula automtica, que ubicadas en todos los puntos altos permitan la expulsin del aire acumulado y la circulacin del gasto deseado.

El dimetro se selecciona igual 1/12 del dimetro de la tubera principal.

b) La vlvula de limpieza.

En las lneas de conduccin con topografa accidentada existir la tendencia a la acumulacin de sedimentos en los puntos bajos por lo cual resulta conveniente colocar dispositivos que permitan peridicamente la limpieza de tramos de tuberas. En este caso se usar el dimetro inmediato inferior al de la lnea principal.

* Accesorios y Dispositivos Especiales

Pilas rompe presin

En las lneas de conduccin por gravedad la carga esttica originada por el desnivel existente entre el sitio de captacin y algunos puntos a lo largo de la lnea de conduccin puede crear presiones superiores a la presin mxima que soportara una determinada clase de tubera. Ello obliga a disipar esa energa antes que provoque daosa la misma. Para evitar tales daos se recurre a vlvula reguladora de presin o pilas rompe presin.

*

*Pilas rompe presin son destinadas a reducir la presin a cero (pila atmosfrica) mediante transformacin de la energa disponible en altura de velocidad

Se usan para mantener una presin

constante en la descarga, aunque en la

entrada vare el flujo o la presin. Ella

produce en su interior una prdida

constante cualquiera que sea la presin

de entrada