CAPITULO 3 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCIÓN Y RED DE DISTRIBUCIÓN 3. 1 Línea de Conducción Se entiende por línea de conducción al tramo de tubería que transporta agua desde la captación hasta la planta potabilizadora, o bien hasta el tanque de regularización, dependiendo de la configuración del sistema de agua potable. Una línea de Conducción debe seguir, en lo posible, el perfil del terreno y debe ubicarse de manera que pueda inspeccionarse fácilmente. Esta puede diseñarse para trabajar or p gravedad o bombeo.
Para que se utilice la la fuente de suminist sea un lago o un emb especto a la ciudad, de 8 av d, es necesario que ún punto elevado manera que pueda mantenerse una presión suficiente en las tuberías principales. Este método es el mas aconsejable si la conducción que une la fuente con la ciudad es de tamaño adecuado y esta bien protegida contra roturas accidentales. Cuando las condiciones de terreno o el gasto necesario del suministro de agua no permiten el diseño de la linea de conducción por gravedad, se utiliza el bombeo, teniendo dos variantes. 0 permite obtener un rendimiento uniforme en las bombas y, por lo tanto es económico, ya ue se puede hacer trabajar a las bombas en condiciones optimas. Por otra parte, como el agua almacenada proporciona una reserva que puede utilizarse en los casos de incendio y cuando se producen averías en las bombas, este método de operación proporciona una amplia seguridad. La segunda opción es la de utilización de bombas sin almacenamiento, en este caso las bombas introducen el agua directamente en la tubería sin otra salida que la del agua realmente consumida.
Es el sistema menos deseable, ya que una avería en la fuente de energía ocasionaría una Interrupción completa en el suministro de agua. Al variar el onsumo, la presión en las tuberías fluctuara fácilmente. Si las bombas se accionan eléctricamente, su punta de consumo es fácil que coincida con la de la demanda general, lo que incrementa el costo de la energía. 3. 2 Consideraciones de Diseño 3. 2. 1 Gastos de diseño Normalmente se diseña para conducir el volumen de agua requerido en un día máximo de consumo, es decir, Qmax,diario, este gasto fue calculado anteriormente en el capitulo 2, tabla 2. . Las variaciones horarias en ese día serán absorbidas por el tanque de regularizacion. 41 Otra opción para diseñar mo base el consumo planearse para ue operen 24 horas al día. De otra manera, deben ajustarse los gastos de diseño para satisfacer las necesidades requeridas (aumentar el gasto de conducción y, por lo tanto, el diámetro de la tubería). 3. 2. 2 Presiones de diseño Las lineas de conducción son ductos que siguen la topografía del terreno y trabajan a presión.
Al diseñar una linea de conducción por gravedad, uno debe de tener muy en cuenta el calculo de la línea piezométrica (línea de energía) y la línea de gradiente hidráulico (presión + elevación. ). Pues se debe cuidar que la linea de gradiente hidráulico se encuentre siempre or encima del eje de la tubería, evitando así presiones negativas en la línea. Otro factor muy importante a tomarse en cuenta es la selección de la tubería para la línea de conducción, esta debe soportar la presión más alta que pueda presentarse en la línea de conducción.
Generalmente la presión mas alta no se presenta cuando el sistema esta en operación, sino cuando la válvula de salida se encuentra cerrada y se desarrollan presiones hidrostáticas. También las presiones pueden elevarse mucho cuando se presenta un golpe de ariete (por cierre súbito de una válvula o porque una bomba eja de funcionar) que genera una sobrepresión. 42 30F Tubería de acero Diámetros comerciales: varían en 2″ desde 4″ hasta 24″, y a cada 6″ entre 30″ y 72″ Ventajas: – Tienen una vida útil prolongada cuando se instala, protege y mantiene correctamente. Se recomienda su uso cuando se requiera de diámetros grandes y presiones elevadas. – Material resistente y liviano para cubrir dichas condiciones. Desventajas: – Daños estructurales debido a corrosión son mayores que en fierro fundido debido a las paredes mas delgadas de estas tubería. – El acero se expande ‘á» por cada 100 ft de largo cuando la emperatura se aproxima a los 400C. Por lo tanto, se requiere instalar juntas que permitan tal expansión. ) Tubería de fierro fundido 3″ ,4″ en incrementos de 2″ hasta 20″, 24″ y en incrementos de 6″ hasta 48″ Largos comerciales: El largo estándar es de 12ft (4m), pero también pueden obtenerse largos hasta de 20ft (6m). 43 Presión: contenido en fósforo y azufre. 3) Tubería de fierro galvanizado Tubería de fierro fundido recubierta con zinc (el principal propósito de este recubrimiento es el disminuir la corrosión. ) Diámetros comerciales de 2. 5, 3, 3. 5, 4, 5, 6,8, 10 pulgadas. Existe también la tubería de metal corrugado (galvanizado), la cual se utiliza para drenaje (alcantarillas en carreteras).
El corrugado aumenta la resistencia de la tubería y permite reducir su espesor de pared. 4) Tubería de concreto Comúnmente fabricada para proyectos específicos, así que diámetros especiales son relativamente fáciles de obtener. Disponibles en tamaños hasta de 72″ (2 m). Tubería destinada a servir líneas de alta presión, se elabora con alma de acero para resistir tensión. El refuerzo de acero se omite en la fabricación de tubería de baja presión. Tubería fabricada para resistir presiones estáticas de hasta 400 psi (2,700 kN/m2). ) Tubería de asbesto-cemento Tubería hacha a base de cemento Pórtland, sílica y fibras de asbesto. 4″ hasta 36″ (0. 1 m- 1. 0 m). Largo estándar de 13 ft (4 fibras de asbesto pueden ser despedidas de la tubería por aguas agreslvas. Frágil, es de fácil ruptura por equipo de excavación. Se puede observar que dentro del listado de las diferentes tuberías que se utilizan actualmente para líneas de conducción no se describieron las características y especificaciones de todas, esto es, porque el terreno y las aracterísticas de la localidad obligan a utilizan tuberías muy resistentes.
Los criterios para seleccionar el material adecuado son: 3/4 Factores hidráulicos (gastos, presiones y velocidades de diseño) Costo -34 Diámetros disponibles Calidad del agua y tipo de suelo 45 También se tienen ciertas recomendaciones para la selección de tuberías: 1. La tubería de acero es muy resistente y se recomienda su uso cuando las presiones de diseño sean altas. Sin embargo su costo y el de las piezas especiales son elevados y esto elevaría mucho el costo del proyecto. Por ello se ecomienda analizar otras opciones de tuberías, con la instalación de cajas rompedoras de presión. 2.
Las tuberías de asbesto-cemento son resistente a la corrosión y ligeras. Estas requieren de cuidado especial en su transporte, manejo y almacenaje. El asbestoce considerarse para 6 OF diámetros intermedios de 150 mm. 5. Cuando se requiera mayor resistencia a presiones o posibles asentamientos del terreno entonces se recomienda el fierro galvanizado, o bien acero para diámetros mayores. 3. 3 Diseno Hidráulico El diseño hidráulico es el más importante, pues en base a este se calculan los iámetros y presiones que tendrá la línea de conducción y en base a estos se selecciona la tubería que llevara la linea de conducción.
No se debe olvidar que antes de iniciar el diseño hidráulico ya se deben de tener calculados los gastos requeridos para el suministro optimo de agua. 46 Los pasos a seguir en un diseño hidráulico son: 1. Proponer tipo de tubería y diámetro para transportar el flujo de diseño (Qmax,diario, generalmente). 2. Calcular el gasto teórico y compararlo con el gasto de diseño. Redimensionar tubería en caso de ser necesario, hasta que el gasto calculado sea mayor ue el gasto de diseño. 3. Comparar la velocidad de flujo con los limites permisibles (Vmin , Vmax). Proponer nuevo diámetro hasta que Q y V sean apropiados.
Tabla 3. 1 Velocidades máx erías comerciales 7 OF piezométrica se localice al menos 4. 0 m por arriba del nivel de terreno. 47 b. Las presiones máximas de operación deben ser menores a las que puede soportar la tuber[a. En caso de requerirse, se debe proponer otra tubería mas resistente o construir cajas rompedoras de presión. c. Identificar posible formación de vacíos y el potencial «aplastamiento» de la tubería. Calcular el espesor critico DIC; en donde: d. Especificar la instalación de válvulas de admisión y expulsión de aire en los puntos altos de la línea para liberar aire atrapado.
Aun cuando el terreno sea más o menos plano se deben colocar estas válvulas a cada 1,500 m como máximo para permitir el llenado de la línea. e. Colocar desagües en puntos bajos para permitir limpieza (desazolves) o drenado de la línea para reparaciones. A continuación se presenta una tabla corta de los cálculos para la linea de conducción, en este tabla se utilizaron solo los puntos que estaban aproximadamente a cada 1000 m. La tabla completa de la línea de conducción se puede consultar en los anexos. 48 80F 97. 37 CEDA 0 0. 10 4991. 50 0. 6232 3147. 25 3439. 61 292. 36 CED-40 0. 10 5990. 24 0. 429 3031 . 92 3031 -92 0. 00 0. 10 7039. 23 0. 675C 291 8. 42 3031 . 25 1 12. 83 0. 10 7995. 91 0. 6156 2928. 45 3030. 63 102. 18 0. 10 9024. 67 0. 6620 2899. 92 3029. 97 130_05 o. 10 10044. 79 0. 6564 301 1 . 59 3029. 32 17. 73 0. 10 10997. 61 0. 6131 2971 . 33 3028. 70 57. 37 funciones de los depósitos de distribución son igualar el suministro y la demanda en periodos de consumo variable y suministrar el agua durante fallas del equipo o por emandas por incendios. 49 Algunos de los depósitos deben ser elevados, excepto donde se utilice el sistema de bombas directamente acopladas a la distribución.
Para conseguir almacenar el agua a una cota elevada se construyen depósitos de tierra o de mampostería, situados en zonas altas, o depósitos elevados, o bien depósitos de regulación. La capacidad del depósito o depósitos elevados dependerá de las características de la carga del sistema, las cuales deben estudiarse cuidadosamente antes de tomar una decisión. Para equilibrar el régimen de funcionamiento de las bombas y hacer que se mantenga uniforme urante todo el día, se requiere, normalmente, almacenar del 15 al 30% de la máxima demanda diaria.
Como la demanda horaria máxima puede ser varias veces mayor que la demanda diaria máxima, suele ser económico tener depósitos para estabilización en diversos puntos en el sistema de distribución, a fin de que el tamaño de las tuberías principales, plantas de bombeo y plantas de tratamiento sea de acuerdo con la demanda máxima diaria en vez de la horaria maxima- Durante las horas de máxima demanda, el agua se envía desde estos 0 DF 18 depósitos a los consumid e reduce la demanda, el