INTRODUCCIÓN

Dentro de un sistema de abastecimiento de agua, se le llama línea de conducción, al conjunto integrado por tuberías, y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua -en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión- desde la fuente de abastecimiento, hasta el sitio donde será distribuida.

El abastecimiento del agua a un poblado se logra mediante el transporte de este importante líquido desde la fuente de abastecimiento hasta un sitio ubicado en el poblado para su posterior distribución.

Las obras de conducción forman parte de un sistema de agua potable que de acuerdo a su diseño tienen un impacto económico en la operación del mismo.

1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL Proporcionar las bases de diseño de las líneas de conducción y establecer los requisitos mínimos de seguridad que deben cubrir.

2. DEFINICIONES

2.1 LÍNEA DE CONDUCCIÓNEs el tramo de tubería y de estructuras que conducen el agua desde la captación hasta reservorio o planta de tratamiento. La estructura deberá tener capacidad para conducir como mínimo, el caudal máximo diario.

2.2. RED DE CONDUCCIONESEs un sistema, integrado por un conjunto de tuberías interconectadas, debido a la existencia de dos o más fuentes de abastecimiento o sitios de distribución.

2.3. ESTACIÓN DE BOMBEOEs la obra electromecánica, hidráulica y civil, constituida por una subestación eléctrica, cárcamo de bombeo, rejillas, bombas, equipo eléctrico, tuberías, válvulas y accesorios requeridos para la operación; que proporciona las condiciones energéticas de diseño para que la conducción transporte adecuadamente el agua, de un nivel topográfico generalmente menor en la fuente a uno mayor del sitio de distribución.

2.4. TREN DE PIEZAS ESPECIALESEs el conjunto formado por válvulas, carretes, tes, y demás accesorios, ubicados según el diseño de la conducción. Este conjunto permite conectar adecuadamente los equipos de bombeo con la tubería, ofreciendo a los mismos control y protección.

2.5. TUBERÍASEs el conjunto de tubos interconectados para formar una tubería principal, con una variedad de diámetros y materiales.

2.6 VÁLVULASSon dispositivos que permiten el control del flujo en la conducción, atendiendo a situaciones de: corte y control de flujo, acumulación de aire, por llenado y vaciado de la conducción, depresiones y sobrepresiones generadas por fenómenos transitorios, y retroceso del agua por paro del equipo de bombeo, entre otras.

2.7 PIEZAS ESPECIALESSon elementos de unión entre los componentes de una conducción de agua, se utilizan para efectuar intersecciones de conductos, variación de diámetros, cambios de dirección, conexiones con válvulas y equipos de bombeo, etc. Este grupo es constituido por juntas, carretes, extremidades, tes, cruces, codos y reducciones, entre otros.

2.8 CAJA ROMPEDORA DE PRESIÓNEstructura contenedora, utilizada en sistemas por gravedad para comunicar a la conducción con la atmósfera, disminuyendo así las cargas piezométricas ejercidas sobre la tubería.

2.9 TANQUE DE CAMBIO DE RÉGIMENEstructura contenedora utilizada para efectuar la interconexión cuando la conducción se efectúa por ambos regímenes bombeo-gravedad.

3. CLASIFICACIÓN DE LAS CONDUCCIONES

3.1 CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD3.1.1. Canales Las características y material con que se construyan los canales serán

determinados en función al caudal y la calidad del agua. La velocidad del flujo no debe producir depósitos ni erosiones y en ningún caso

será menor de 0,60 m/s Los canales deberán ser diseñados y construidos teniendo en cuenta las

condiciones de seguridad que garanticen su funcionamiento permanente y preserven la cantidad y calidad del agua.

En el cálculo de canales las secciones empleadas son las de tipo trapecial, rectangular y semicircular. Aunque la más económica es la semicircular, la más práctica y común es la trapecial. En general los canales se revisten de concreto armado, colado en el lugar de la obra, pero pueden ser de mampostería o de tierra.

3.1.2. Tuberías Para el diseño de la conducción con tuberías se tendrá en cuenta las condiciones

topográficas, las características del suelo y la climatología de la zona a fin de determinar el tipo y calidad de la tubería.

La velocidad mínima no debe producir depósitos ni erosiones, en ningún caso será menor de 0,60 m/s

La velocidad máxima admisible será: En los tubos de concreto 3 m/s En tubos de asbesto-cemento, acero y PVC 5 m/s. Para otros materiales deberá justificarse la velocidad máxima admisible.

Para el cálculo hidráulico de las tuberías que trabajen como canal, se recomienda la fórmula de Manning, con los siguientes coeficientes de rugosidad: Asbesto-cemento y PVC 0,010 Hierro Fundido y concreto 0,015 Para otros materiales deberá justificarse los coeficientes de rugosidad.

Para el cálculo de las tuberías que trabajan con flujo a presión se utilizarán fórmulas racionales. En caso de aplicarse la fórmula de Hazen y Williams, se utilizarán los coeficientes de fricción que se establecen en la Tabla N°1.

Para el caso de tuberías no consideradas, se deberá justificar técnicamente el valor utilizado.

3.2. CONDUCCIÓN POR BOMBEO Para el cálculo de las líneas de conducción por bombeo, se recomienda el uso de la

fórmula de Hazen y Williams. El dimensionamiento se hará de acuerdo al estudio del diámetro económico.

La conducción por bombeo se requiere cuando la fuente de abastecimiento tiene una altura piezométrica menor a la requerida en el punto de entrega, es decir se encuentra en un nivel inferior al del tanque de regulación ó la red de distribución.

Básicamente una conducción requiere bombeo cuando la posición de la obra de captación con relación al sitio donde termina la línea se encuentra topográficamente más bajo.

3.3. CONDUCCIÓN MIXTA.Es una combinación de conducción por bombeo en una primera parte y una conducción por gravedad en una segunda parte.

4. CRITERIOS DE DISEÑO4.1. CARGA DISPONIBLE Viene representada por la diferencia de entre la obra de captación y el reservorio.

4.2. GASTO DE DISEÑO El gasto de diseño es el correspondiente al gasto máximo diario (Qmd), el que se estima considerando el caudal medio de la población para el periodo de diseño seleccionado (Qm) y el factor K1 del día de máximo consumo

4.3. CLASES DE TUBERÍASLas clases de tubería a seleccionarse estarán definidas por las máximas presiones que ocurran en la línea representada por la línea de carga estática. Para la selección se debe considerar una tubería que resista la presión más elevada que pueda producirse

4.4. DIÁMETROSPara determinar los diámetros se consideran diferentes soluciones y se estudian diversas alternativas desde el punto de vista económico. Considerando el máximo desnivel en toda la longitud del tramo el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de conducir el gasto de diseño con velocidades comprendidas entre 0.6 y 3.0 mls; y las pérdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a la carga disponible.

4.5. ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS 4.5.1. Válvulas de aire En las líneas de conducción por gravedad y/o bombeo, se colocarán válvulas

extractoras de aire cuando haya cambio de dirección en los tramos con pendiente positiva.

En los tramos de pendiente uniforme se colocarán cada 2.0 km como máximo. Si hubiera algún peligro de colapso de la tubería a causa del material de la

misma y de las condiciones de trabajo, se colocarán válvulas de doble acción (admisión y expulsión)

El dimensionamiento de las válvulas se determinará en función del caudal, presión y diámetro de la tubería.

4.5.2. Válvulas de purga Se colocará válvulas de purga en los puntos bajos, teniendo en consideración la

calidad del agua a conducirse y la modalidad de funcionamiento de la línea. Las válvulas de purga se dimensionarán de acuerdo a la velocidad de drenaje,

siendo recomendable que el diámetro de la válvula sea menor que el diámetro de la tubería

4.5.3. Cámaras rompe-presiónCuando existe mucho desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarse presiones superiores a la máxima que puede soportar una tubería. En esta situación, es necesaria la construcción de cámaras rompe-presión que permitan disipar la energía y reducir la presión relativa a cero (presión atmosférica), con la finalidad de evitar danos en la tubería. Estas

estructuras permiten utilizar tuberías de menor clase, reduciendo considerablemente los costos en las obras de abastecimiento de agua potable.

5. COMPONENTES DE UNA LÍNEA DE CONDUCCIÓN

5.1. TUBERÍASEn la fabricación de tuberías utilizadas en los sistemas de agua potable, los materiales de mayor uso son: acero, fibrocemento, concreto presforzado, (poli cloruro de vinilo) (PVC), hierro dúctil, y polietileno de alta densidad.

5.2 PIEZAS ESPECIALES5.1.1. JuntasLas juntas se utilizan para unir dos tuberías; las de metal pueden ser de varios tipos, por ejemplo, Gibault, Dresser, etc.

5.1.2. CarretesLos carretes son tubos de pequeña longitud provistos de bridas en los extremos para su unión. Se fabrican de fierro fundido y acero con longitudes de 25, 50, y 75 cm.

5.1.3. ExtremidadesLas extremidades son tubos de pequeña longitud que se colocan sobre alguna descarga por medio de una brida en uno de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50, y 75 cm. Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.

5.1.4. TesLas tes se utilizan para unir tres conductos, donde las tres uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos de igual diámetro y uno menor. En el segundo caso se llama te reducción.

5.1.5. CrucesLas cruces se utilizan para unir cuatro conductos, donde las cuatro uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos mayores de igual diámetro y dos menores de igual diámetro. En el segundo caso se llama cruz reducción.

5.1.6. CodosLos codos tienen la función de unir dos conductos del mismo diámetro en un cambio de dirección ya sea horizontal o vertical. Los codos pueden tener deflexiones de 22.5, 45 y 90 grados.

5.1.7. ReduccionesLas reducciones se emplean para unir dos tubos de diferente diámetro.

5.1.8. CoplesLos coples son pequeños tramos de tubo de PVC o de fibrocemento que se utilizan para unir las espigas de dos conductos del mismo diámetro. Los coples pueden ser también de reparación, los cuales se pueden deslizar libremente sobre el tubo para facilitar la unión de los dos tubos en el caso de una reparación.

5.1.9. Tapones y tapasLos tapones y las tapas se colocan en los extremos de un conducto con la función de evitar la salida de flujo.

5.3 VÁLVULAS5.1.1. Válvula eliminadora de aireLa válvula eliminadora de aire cumple la función de expulsar el aire de la tubería que continuamente se acumula en las partes altas del perfil de la conducción, cuando ésta se encuentra en operación.

5.1.2. Válvula de admisión y expulsión de aireLa válvula de admisión y expulsión de aire se utiliza para expulsar el aire que contiene la tubería al momento de iniciar el llenado del conducto. Una vez que el agua ejerce presión sobre el flotador de la válvula, ésta se cierra y no se abre mientras exista presión en el conducto. Otra función de esta válvula es permitir la entrada de aire dentro del tubo al momento de iniciar el vaciado de la tubería, y con ello evitar que se presenten presiones negativas.

5.1.3. Válvula de no retornoLa válvula de no retorno tiene la función de evitar la circulación del flujo en el sentido contrario al definido en el diseño.

5.1.4. Válvula de seccionamientoLa válvula de seccionamiento se utiliza para controlar el flujo dentro del tubo, ya sea para impedir el paso del agua o reducir el gasto a un valor requerido. Las válvulas de seccionamiento pueden ser, por ejemplo, tipo compuerta, de mariposa, o de esfera.

6. EJERCICIOS 6.1. PARA CANALES

ChezyV=c√RS Manning V=1nR

23 S

12

Ejemplo 1.- Diseñar la línea de conducción por gravedad (canal); que transporta un gasto de 2.5 m3/seg. Por un canal de sección trapecial, de 1.50 m de plantilla, talud 1:1, pendiente del fondo del canal So = 0.0004 y un coeficiente de rugosidad de Manning n = 0.017, encuentre la profundidad del flujo “d”.

Respuesta: d = 1.349 m

6.2. PARA TUBERÍAS

Ejemplo2:Determinar los cálculos hidráulicos de la línea de conducción para la siguiente condición:Datos:Gasto de diseño (Qm.) = 2.1 Vs.Longitud de tubería (L) = 380 m.Cota captación (cota cap.) = 2500 msnm.

Cota reservorio(R) = 2450 msnm.

Respuesta: D = 1.44”; siendo su valor comercial de 1 112"

7. CONCLUSIONES Se ha logrado conocer las bases de diseño como también los requisitos mínimos que establece la norma vigente del RNE (OS. 010) para la elaboración de línea de conducción.