Titulo : Consideraciones básicas en el diseño de conducciones hidráulicas
Fecha de Creación : 01/11/2005
Autor : Israriego Cía. Ltda.
Artículo :
INTRODUCCIÓN

El éxito de un proyecto de conducción de agua parte de un correcto diseño hidráulico, lo cual implica muchas veces un levantamiento topográfico de la zona y el estudio de materiales para la tubería, en función de las dimensiones y resistencia hidráulica requeridas.

Las dimensiones tienen que ver con diámetros, espesores y longitud útil de la tubería, mientras que la resistencia se relaciona con la capacidad de ésta para soportar continuamente la presión de trabajo y sus oscilaciones en el sistema.

Adicionalmente, puede ser necesaria la utilización de estaciones de bombeo y de diferentes tipos de válvulas, en función al requerimiento de caudales o presiones en la línea de conducción.

Como se puede apreciar, diseñar un sistema de conducción hidráulico es algo complejo, sin embargo es posible hacerlo con éxito si se toman en cuenta ciertos aspectos básicos en su realización.

Sobre la base de nuestra experiencia y constatación de muchas deficiencias en diversos proyectos de conducciones hidráulicas, se exponen ciertas consideraciones para el diseño de proyectos exitosos, que permitirán ahorrar tiempo y dinero durante su ejecución y control, sin afectar su contenido.

Se debe tener presente que el mejor proyecto es el que luego de evaluar su ejecución es el más similar a su diseño y presupuesto original. La famosa frase “en obra se verá” no es justificativa, ya que eso puede significar un desfase fuerte o grave en el presupuesto y tiempo de ejecución y, puede resultar afectado el contenido del proyecto. Nuestra intención es advertir sobre deficiencias de las que hemos sido testigos y que en algunos casos se han tomado como norma:

Uso de la ecuación de Hazen - Williams: Una de las ecuaciones más utilizadas es la de Hazen - Williams, la cual funciona muy bien bajo ciertas limitantes que deben considerarse especialmente cuando se refiere a diámetros pequeños. Siendo la más utilizada vale la pena establecer que su coeficiente para fines prácticos es de C = 140, aunque teóricamente es 150 en condiciones de laboratorio.

El valor de C = 140 nos cubre de algunos imponderables como las pérdidas locales no consideradas, propias en uniones entre tubos, calidad del agua, presencia de aire, vibraciones y demás fenómenos que no se consideran en el laboratorio.

Presión de dimensionamiento: La presión para determinar la clase o presión nominal de la tubería debe ser la estática más un porcentaje de seguridad o, la dinámica más la sobre presión del golpe de ariete, de las que debe escogerse el mayor valor.

Con los avances en control hidráulico, el golpe de ariete puede ser controlado y en muchos casos anulado; si se dispone de tecnología la predominante será la presión estática más el respectivo rango de seguridad que está alrededor del 15%. Con esto cubrimos las más fuertes oscilaciones a las que se somete la línea, especialmente en su llenado y vaciado accidental o programado.

Cambios de temperatura y tipos de unión: El PVC es el material más usado actualmente en conducciones de agua potable, riego, agropecuario, industrial, etc., siendo muy susceptible a la dilatación y a la contracción por temperatura, efecto que se siente más en tramos largos, ya que es proporcional a la longitud.

Es aconsejable utilizar tubería con sellado elastomérico, que permitirá absorber todos los cambios de longitud por variación de temperatura. De haberse especificado unión por soldadura química, que es espiga - campana, deberá tomarse la precaución de usar limpiador y suelda química (comúnmente llamada pega), tanto en espiga como en campana y, no exponer a la tubería a cambios de temperatura fuertes, lo que se consigue enterrando los tramos ya pegados, dejando al descubierto sólo las uniones, para la inspección respectiva en la prueba hidrostática.

Si no se toman estas precauciones, al enfriarse la línea produce enormes fuerzas de tracción sobre las juntas y las hace fallar con corrimientos que en un principio pueden ser imperceptibles, pero que luego simplemente son causa de fuga o falla violenta de la tubería. Por último debemos respetar los tiempos de curado y endurecimiento de las diferentes soldaduras químicas que hay en el mercado, en base a la presión de trabajo y temperatura del ambiente.

Uso de válvulas de purga: Las válvulas de purga o desagüe no tienen que ser del diámetro de la línea. Su dimensión depende más del volumen que queremos evacuar y tiempo para hacer dicha operación; otros parámetros que influyen son la calidad del agua, longitud de tramos antes y después de la válvula y naturalmente el diámetro de la línea de conducción.

No debe olvidarse que la ubicación de una válvula de purga o desagüe genera dos puntos de análisis de la evacuación e inyección de aire en la línea. Por último se recomienda la operación de las válvulas de purga con la línea en reposo, para que el arrastre de sedimentos confluya en la misma.

Uso de válvulas de aire: El fenómeno del aire tradicionalmente no se analiza en cada caso, sino que se siguen normas obsoletas que el tiempo ha demostrado son equivocadas. Existen tres escenarios que se deben considerar para la determinación del número, ubicación, tipo y diámetro de las válvulas de aire, estos son:

a. Llenado de la línea y su condición posterior de presurizada;
b. Drenado programado, mediante las válvulas de purga y
c.- Drenado accidental por rotura de tubería.

Siendo la primera condición la menos crítica y la única que se analiza comúnmente.

Para esto también existen tres tipos de válvulas: cinética (ingreso y salida de gran volumen de aire); automática (evacuación de aire con la tubería presurizada) y combinada o triple acción (cubre las funciones de las dos anteriores).

En todas estas deben considerarse conceptos como cierre prematuro, que debe estar ausente de una buena válvula, presión de cierre por lo menos 7 m.c.a. (metros de columna de agua) de mezcla presurizada de aire y agua, permitiendo el total llenado de la línea y dejar el trabajo complementario de evacuación continua a la válvula de aire automática.

Uso de válvulas hidráulicas: Para avanzar hacia un diseño con el uso de recursos actuales, podemos reemplazar los tanques rompe presión por válvulas hidráulicas reductoras de presión, proteger la línea del golpe de ariete con el uso de estas (ya que tienen cierre controlado) y aumentar la seguridad con toda la variedad de válvulas a disposición en el mercado.

Mediante el análisis de la línea con control hidráulico se puede afectar inclusive la estática, lo que redundará en la clase de tubería a utilizarse y por tanto en el costo del proyecto.

Medición de caudales y presión: Un aspecto complementario para el diseño completo de una conducción o distribución es la medición tanto de caudales como de presiones. Esto involucra conceptos de macro y micro medición que sirven para la buena operación, mantenimiento y administración del recurso agua, que se ha tornado en un bien muy apreciado por su creciente escasez.

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