02.05-1 linea conduccion

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CURSO:

SANEAMIENTO

DOCENTE:

ING° CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DEINGENIERIA CIVIL

CAPITULO VI

INFRAESTRUCTURA DECONDUCCION

DOCENTE:

ING° CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DEINGENIERIA CIVIL


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.1 DEFINICION. La línea de conducción en un sistema de abastecimiento de aguapotable es el conjunto de tuberías, válvulas, accesorios,estructuras y obras de arte encargados de la conducción del aguadesde la captación hasta la Planta de Tratamiento de AguaPotable o el reservorio, aprovechando la carga estática existente.

Debe utilizarse al máximo la energía disponible para conducir elgasto deseado, lo que en la mayoría de los casos nos llevara a laselección del diámetro mínimo que permita presiones iguales omenores a la resistencia física que el material de la tubería

soporte.

Las tuberías normalmente siguen el perfil del terreno, salvo elcaso de que, a lo largo de la ruta por donde se debería realizar lainstalación de las tuberías, existan zonas rocosas insalvables, crucesde quebradas, terrenos erosionables, etc. que requieran deestructuras especiales.

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.1 DEFINICION.

Para lograr un mejor funcionamiento del sistema, a lo largo de lalínea de conducción puede requerirse cámaras rompe presión, válvulas de aire, válvulas de purga, etc.Cada uno de estos elementos precisa de un diseño de acuerdo a

características particulares.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.1 DEFINICION. Caudal máximo diarioCorresponde al máximo valor consumido por una población yestá calculado en función de los registros históricos diarios(365 días).

Corresponde al día donde se ha presentado el máximoconsumo en el año.

K1 = Factor de consumo máximo diarioFluctúa entre 1.1 a 1.3

K1 = 1.3 (Valor mas utilizado)

1*

MaxDiario pQ K Q

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.2 TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONDUCCION.

Los tipos de sistemas de conducción que pueden presentarseson las siguientes:

Por GravedadCanales abiertos


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.2 TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONDUCCION. Por GravedadTúneles

Túnel

LCE

tubería

Hf


Por GravedadTuberías a presión.

L.C.E.

Hf

Terreno

h

Presión = h

Línea de Conducción


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.2 TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONDUCCION. Los tipos de sistemas de conducción que pueden presentarseson las siguientes:

Por BombeoCámara de carga Tuberías a presión

y canales (líneas de impulsión).


Por Bombeo

Reservorio

Distribución

Bombeo


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD Elección de la alternativa

Fuente

93 msnm

Reservorio

Población

50

60

70

80

90

100

Cursos de agua

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD

Elección de la alternativaAlternativa 01

Alternativa 02

Funciona como canal L = 5.0 Km.

Funciona como tubería a presión L = 3.82 Km.

Tubería

Tubería93 msnm

90 msnm

90 msnm93 msnm 90 msnm

89 msnm

58 msnm

59 msnm

LCE

LCH


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Elección de la alternativaEn el diseño de la línea de conducción por gravedad debe detenerse en cuenta únicamente los puntos altos, ya que lalínea de gradiente hidráulico debe de estar siempre porencima de la cota del terreno. Si no se cumple esta condiciónel agua no circulará.

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD

Criterios de diseño


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. CARGA DISPONIBLE.• Diferencia de Nivel entre la obra de captación y el

reservorio o Planta de Tratamiento de Agua Potable(PTAP).

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD.

PENDIENTE DISPONIBLE.• La carga disponible entre la longitud, con esta se

aprovecha toda la energía disponible.• El diámetro debe ser menor que la tubería de conducción.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Línea de Gradiente Hidráulico (LGH).• La línea de gradiente hidráulica (L.G.H.) indica la presión

de agua a lo largo de la tubería bajo condiciones deoperación.

• Cuando se traza la línea de gradiente hidráulica para uncaudal que descarga libremente en la atmosfera (comodentro de un tanque). Puede resultar que la presiónresidual en el punto de descarga se vuelva positiva o

negativa.• Se puede volver a trazar la L.G.H. usando un menor caudal

y/o un diámetro mayor de tubería con la finalidad de teneren toda la longitud de la tubería una carga operativa deagua positiva.


Línea de Gradiente Hidráulico (LGH).Se observa la presión residual positiva, que indica que hay unexceso de energía gravitacional; quiere decir, que hay energía

suficiente para mover el flujo.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Línea de Gradiente Hidráulico (LGH).Se observa la presión residual negativa, que indica que nohay suficiente energía gravitacional para mover la cantidaddeseada de agua; motivo suficiente para que la cantidad deagua no fluya.


Pérdida de carga.La perdida de carga es el gasto de energía necesario paravencer las resistencias que se oponen al movimiento del

fluido de un punto a otro en una sección de la tubería.

Las perdidas de carga pueden ser:• Lineales o de fricción

Son ocasionadas por la fuerza de rozamiento en lasuperficie de contacto entre el fluido y la tubería.

• Singulares o locales.Son producidas por las deformaciones de flujo, cambio ensus movimientos y velocidad (estrechamientos oensanchamientos bruscos de la sección, torneo de lasválvulas, grifos, compuertas, codos, etc.).


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Criterios de diseñoPor Canales• Velocidad en los canales no debe producir depósito ni

erosión.• Los canales deberán ser revestidos y techados• Cuando trabaja como canal, se recomienda la formula de

Manning.

PVC 0.010Fierro y concreto 0.015

2 / 3 1 / 21 * *Q A R S n


Criterios de diseñoPor Canales

Donde:Q = Caudal en m³/segA = Área de la sección en m²R = Radio hidráulico m.S = Pendiente del fondon = Coeficiente de rugosidad

2 / 3 1 / 21

* *Q A R S n


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Criterios de diseñoPor Tubería• La velocidad será de acuerdo a los materiales, pero nunca

menor a 0.60 m/seg.• La velocidad máxima admisible será:

• Tubos de concreto 3 m/seg• Tubos de PVC, Acero 5 m/seg

• Cuando trabaja a presión se recomienda la formula de

Hazen y Willians.

FF 100 Acero 120Concreto 110 AC PVC 140

0.54 2.630.2785 * * *Q C S D


Criterios de diseñoPor Tubería

Donde:Q = Caudal en m³/segC = Coeficiente de rugosidad (m/seg)S = Pendiente m/mD = Diámetro interior en metros

0.54 2.63

0.2785 * * *Q C S D


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Accesorios en la línea de conducción.Por Canal Cámara Rompe presión.Cuando existe mucho desnivel entre la captación y algunospuntos a lo largo de la línea de conducción, pueden generarsepresiones superiores a la máxima que puede soportar unatubería.En esta situación, es necesaria la construcción de cámaras

rompe-presión que permitan disipar la energía y reducir lapresión relativa a cero (presión atmosférica), con la finalidadde evitar danos en la tubería.Estas estructuras permiten utilizar tuberías de menor clase,reduciendo considerablemente los costos en las obras deabastecimiento de agua potable


Accesorios en la línea de conducción.Por Canal Cámara Rompe presión.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Accesorios en la línea de conducción.Por Canal Cámara Rompe presión.


Accesorios en la línea de conducciónPor Tubería Válvulas de aire.• Se colocaran válvulas de aire en cada punto alto de la

Línea de Conducción (LC).• Cuando la topografía sea llana máximo a 2.5 km de

distancia.• El dimensionamiento en función del caudal y de la presión.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Accesorios en la línea de conducciónPor Tubería Válvulas de purga.• Se colocaran válvulas de purga en los puntos bajos de la

Línea de Conducción, teniendo en consideración la calidaddel agua conducida.

• Se dimensionan de acuerda a la velocidad de drenaje ytiempo de vaciado.

• El diámetro debe ser menor que la tubería de conducción.


Accesorios en la línea de conducciónPor Tubería Válvulas reductora de presión.• La Válvula Reductora de presión reduce automáticamente

una presión alta de entrada a una presión estable aguasabajo, sin importar los cambios en rangos de flujo y/o lavariación de presión de entrada.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Accesorios en la línea de conducciónPor Tubería CLASES DE TUBERIA.

DN Diámetro Nominal en mmPN Presión Nominal en bares

PN 5 Clase A 05 Kg/cm²

PN 10 Clase A 10 kg/cm²PN 15 Clase A 15 Kg/cm²


Accesorios en la línea de conducciónPor Tubería CLASES DE TUBERIA.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Problema 01Calcule y dimensione la línea de conducción, para una población de15,000 habitantes en clima frio. Se piensa aprovechar una línea existenteen FF de 4 pulg. En la PTAP se pierde una carga de 20 ms. Además noutilizar la tubería existente entre la PTAP y el reservorio. La topografía esla siguiente:

PUNTO COTA DIST. ACUM OBSERVACION.1 3,350 MSNM 0 Captación

2 4,250 MSNM 1,2003 4,200 MSNM 3,5004 4,290 MSNM 4,2005 4,220 MSNM 5,600 PTAP6 4,380 MSNM 6,300 Reservorio


Solución 01Población = 15,000 Habt.Clima = Frio

Tubería = FF de 4 pulg.Hf planta = 20.0 ms.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Sistema de bombeo

2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO.

Sistema de bombeo


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Criterios de diseño.El caudal corresponde al Q Max diario

No resulta aconsejable ni técnicamente viable mantenercaudales las 24 horas del día.

Donde: N Horas de bombeoN entre 16 y 18 horas

24

MDQ Q

N


Criterios de diseño de selección del diámetro.El criterio es pre dimensionar 2 o 3 diámetros y para cadauno de ellos calcular la perdida de carga y costos de

operación.

PredimensionamientoUtilizamos la ecuación de Bresse.

Para 24 horas de bombeoPara menos de 24 horas

1.5* D Q


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. PROBLEMA.• En un edificio habitan 275 personas.• El abastecimiento es por bombeo, de un cisterna a un

tanque elevado.• Hallar las dimensiones de la línea de bombeo, admitiendo

un consumo medio diario de 200 lppd.• El sistema de bombeo funcionara solamente 6 horas

diarias.


Alternativas extremas.Diámetros pequeños y equipos de bombeo grandes• Costo mínimo para tubería (inversión)• Costo máximo para Equipo de bombeo• Costo máximo de operación

Diámetros grandes y equipo de bombeo pequeño• Costo máximo para tubería (inversión)• Costo mínimo para equipos de bombeo• Costo mínimo de operación


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Determinación de costos de inversión inicial y costos deoperación.Costos de inversión• Equipo de bombeo• Línea de Impulsión

Costos de operación• Mantenimiento de Equipos• Personal• Energía (eléctrica o diesel)

Con ambos procedemos a encontrar el diámetro maseconómico.


Fenómeno del golpe de arieteSe denomina golpe de ariete al choque violento que se producesobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento

líquido es modificado bruscamente.En otras palabras, el golpe de ariete se puede presentar en unatubería que conduzca un líquido hasta el tope, cuando se tiene unfrenado o una aceleración en el flujo; por ejemplo, el cambio deabertura en una válvula en la línea.Al cerrarse rápidamente una válvula en la tubería durante elescurrimiento, el flujo a través de la válvula se reduce, lo cualincrementa la carga del lado aguas arriba de la válvula, iniciándoseun pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria ala del escurrimiento.Esta onda provoca sobrepresiones y depresiones las cuales

deforman las tuberías y eventualmente la destruyen.


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Fenómeno del golpe de ariete


Fenómeno del golpe de ariete

Fenómeno que se produce• Por cierre de válvula• Por interrupción de equipo de bombeo

Calculo del fenómeno• Calculo de la presión máxima• Tiempo critico


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Fenómeno del golpe de arieteDispositivos para el control del golpe de ariete1.- Válvulas de alivio

• Se instalan generalmente en derivación• Descarga libre• Acciona una válvula pasa salida de agua

2.- Chimeneas de Equilibrio• Elementos mas seguros• Altura esta definida por la altura piezométricos


Fenómeno del golpe de arieteDispositivos para el control del golpe de ariete3.- Cámaras de aire

• Compartimiento con agua• Compartimiento con aire

4.- Válvulas de cierre lento• Un tiempo de cierre mayor al TC

5.- Variadores de Velocidad.• Arranque controlado• Parada controlada


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2.0 DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCION2.3 LÍNEA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO. Fenómeno del golpe de arietePROBLEMADeterminar el exceso de la presión máxima por el golpe deariete, en la línea de impulsión, para un caudal de bombeo de186 lps.El diámetro interior de la tubería es de 500 mm y su espesores de 17 mm, la tubería es de Hierro Fundido.La altura estática entre la EB y el reservorio es de 70.9 m.

Calcular además el tiempo critico.Graficar presiones.

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