DEFINICIÓN

Se llama " Línea de conducción " al conjunto integrado por tuberías, estaciones de

bombeo y accesorios cuyo objetivo es transportar el agua, procedente de la fuente

de abastecimiento, a partir de la obra de captación, hasta el sitio donde se localiza

el tanque de regularización, planta potabilizadora o directamente a la red de

distribución.

Esta conducción, se puede efectuar de dos maneras, dependiendo de la ubicación

de la fuente de abastecimiento con respecto a las obras de regularización.

Si la fuente de abastecimiento se encuentra en un nivel topográfico arriba del

tanque de almacenamiento, la conducción se realizara por gravedad, ya sea

trabajando como canal (sin presión), o como tubo (a presión), siendo este ultimo el

más común en las obras de abastecimiento de agua potable.

Si la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel topográfico abajo del tanque

de regularización, la conducción se realiza por bombeo.

Podemos Clasificar las líneas de conducción en los siguientes grupos:

1. Por gravedad

2. Por Bombeo

3. Una combinación de ambas ( mixta )

Línea de Conducción por gravedad:

Se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es

mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del

agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energías disponibles.

Las Líneas de conducción por gravedad Tiene dos variantes :

1.- Por canales (sin presión), cuando la línea piezometrica coincide con la

superficie del agua.

CANALES.En estos casos el gradiente hidráulico coincide con la superficie libre del liquido

que circula por ellos, ya que no tienen variaciones en su presión, sino que

conservan la presión atmosférica. Lo que caracteriza a un canal abierto o cerrado

es que el agua escurre a la presión atmosférica, es decir, que la línea

piezometrica coincide con la superficie libre del agua. La elección de este

tipo de obra depende de la disponibilidad suficiente de agua en la fuente, del

clima, de la topografía, de la constitución geológica del terreno en que se va

alojar y el tipo de cooperación ofrecida por la localidad respecto a mano de obra;

pues como la conducción debe tener la capacidad suficiente para llevar el gasto

máximo diario, el canal debe conducir un gasto mayor en previsión a las perdidas

por filtración y evaporación (disponibilidad de agua, geología, clima).

La influencia topográfica se acusa en la inaccesibilidad a la línea para llevar

materiales hasta el sitio de su instalación, influye asimismo en el que el convenio

para su ejecución de la obra se estipule como cooperación de la mano de obra de

la localidad, esto posiblemente no reduzca el costo de excavación y relleno, pero

si allana considerablemente la dificultad para encontrar mano de obra segura.

Desde luego que una obra de conducción en estas condiciones, frustraría las

medidas sanitarias tomadas al captar el agua, por lo que para preservarla de

contaminación de aguas de terrenos adyacentes, de impurezas de la atmósfera y

al mismo tiempo evitar la filtración y la evaporación debe revestirse el fondo y los

taludes y cubrirlas con losas precoladas, tabiques, lajas, etc., estas proposiciones,

aunque no se debe, pueden evitarse si en la planeación del sistema se ha

considerado el tratamiento del agua en alguna forma al final de la conducción.

Debe hacerse notar que por la naturaleza misma del escurrimiento (gravedad) y

por razones de conservación, las pendientes son pequeñas, por lo cual es

necesario desarrollar el canal cuidando que la velocidad no baje de limites

mínimos, 50 cm.p.s para no provocar azolves, ni exceda del máximo (tierra

arcillosa de 1 a 1.5 m.p.s., mampostería de 1.5 a 2.5 m.p.s, concreto de 2.5 a 3.5

m.p.s.) para no causar erosiones.

Naturalmente que en ocasiones, en la localización del canal se intercalan caídas a

rápidas, puentes-canales, pasos subterráneos (los llamados pozos invertidos) y

túneles.

Azolves: Deposición de sedimentos transportados por el agua.

Un canal cubierto demanda mayor

inversión, pero evita la contaminación que

es sumamente importante porque es

congruente con el fin primordial de la

ingenierita sanitaria en el manejo del

agua para el consumo humano; evita

además la evaporación, la infiltración y

hace más simple el tratamiento.

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

practica 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.

La formula más comúnmente empleada para calcular el gasto es la de chezy

con coeficientes de Manning o de Bazin;

Q = AV --------------------------- Formula de continuidad

V = C(RS)1/2 -------------------- formula de Chezy para velocidad.

V = 1/n x R^2/3 x S^1/2----- formula para determinar la velocidad por Manning

Valores de n dados por Horton para ser empleados en las formulas de Kutter o

Maning:

• Para canales en tierra, rectos y uniformes 0.025

• Para canales en roca, lisos y uniformes 0.033

• Para canales en roca salientes y sinuosos 0.040

• Para canales revestidos de concreto 0.014 a 0.016

• Para canales de mampostería con cemento 0.020 a 0.025

Valor de m:

• Para canales de tierra 1.30

• Para paredes lisas, de concreto 0.16

• Para paredes de canto rodado o roca con salientes 0.46

• Para paredes mixtas 0.55

Debe aprovecharse al máximo la pendiente disponible pero siempre limitada por la

velocidad máxima compatible con la erosión. Si se pasan estos valores se deben

establecer saltos espaciados para perder altura.

La elección del coeficiente de rugosidad debe fijarse en forma restrictiva suponiendo

superficies más toscas de lo que son, previendo un desmejoramiento futuro,

especialmente si los canales son pequeños. No debe olvidarse que en un canal

descubierto únicamente pueden conducir aguas crudas por razones sanitarias.

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”.

CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD.

2.- TUBERÍAS.

Para el proyecto de líneas de conducción a presión se deben tomar en cuenta los

siguientes factores principales:

Topografía

El tipo y clase de tubería por usar en una conducción depende de las

características topográficas de la línea. Es conveniente obtener perfiles que

permitan tener presiones de operación bajas, evitando también tener puntos altos

notables.

Afectaciones

Para el trazo de la línea se deben tomar en cuenta los problemas resultantes por

la afectación de terrenos ejidales y particulares. De ser posible se utilizaran los

derechos de vías de cauces de agua, caminos, ferrocarriles, líneas de transmisión

de energía eléctrica y linderos.

Clase de terreno por excavar (Geotecnia)

En general, las tuberías de conducción deben quedar enterradas, principalmente

las de asbesto cemento y PVC.

Cruzamientos .

Durante el trazo topográfico se deben localizar los sitios más adecuados para el

cruce de caminos, vías férreas, ríos, etc.

Normas de calidad y comportamiento de tuberías.

Si el gasto disponible de la fuente es menor al gasto máximo diario que requiere

la población, es necesario buscar otra fuente de abastecimiento complementaria

para proporcionar la diferencia faltante.

Tomando en cuenta que el tiempo de funcionamiento de la conducción por

gravedad es de 24 horas, el gasto faltante se obtiene con la expresión :

Donde Qmd es el gasto medio diario y T es el tiempo de funcionamiento del gasto

( Q) faltante en horas.

En un sistema de agua potable por gravedad donde el gasto de la fuente de

abastecimiento sea mayor o igual al máximo diario, no es necesario construir un

tanque de regularización.

Selección de la alternativa más viable

Para un trazo definido de la conducción, después de haber encontrado el diámetro,

el material más económico, y de haber probado varias alternativas de dispositivos

de alivio, se selecciona la alternativa que mejor convenga desde el punto de vista

hidráulico y económico.

Es indispensable conocer las especificaciones de fabricación de las tuberías

disponibles en el mercado, las pruebas de control de calidad, así como las

recomendaciones para su transporte, manejo y almacenaje.

METODOLOGÍA DE DISEÑO.

Los pasos a seguir para el diseño de una línea de conducción por Gravedad

trabajando a presión son:

PASO 1: TRAZO PLANIMETRICO.

Obtener un plano topográfico de la región, con curvas de nivel espaciadas

razonablemente y, en su defecto, hacer estudios topográficos siguiendo distintas

rutas en dicha región, que nos permitan estudiar el trazado que nos dé la línea de

conducción más económica, o sea la más corta y de menor diámetro;

generalmente este es el resultado de varios tanteos. La conducción sigue los

accidentes del terreno y, si se usan tubos de asbesto-cemento o PVC, va enterrada

en una zanja, como medida de protección contra los agentes exteriores.

Los cambios de dirección, tanto en el plano horizontal como en el vertical, deben

efectuarse por medio de curvas suaves, utilizando la deflexión que permite las

uniones de los distintos tipos de tubos.

PASO 2: TRAZO ALTIMETRICO

Debe hacerse un estudio del trazado en un plano vertical, es decir, debe construirse

un perfil de dicho trazado.

Por medio de esta representación grafica podremos conocer los accidentes

topográficos presentes y sus dificultades; las posiciones relativas de la tubería con

el terreno y con relación a la línea piezometrica, etc. Debe tenerse especial cuidado

de que la línea de conducción se encuentre siempre por debajo de la línea

piezometrica.

La figura anterior muestra una

conducción mal trazada, que tendrá

presión negativa (vacío) en los

lugares que se encuentran sobre la

línea piezometrica. Evidentemente,

en los puntos C y D, en donde la

línea piezometrica corta a la

tubería, la carga de presión se

iguala a la atmosférica.

Si la velocidad del agua no es suficientemente grande, en el punto E se desprenderá

el aire que lleva siempre disuelto el agua, con mayor facilidad que el caso que ya

hemos estudiado antes, en que la línea piezometrica esta por encima de la tubería en

un punto alto. Además, el aire puede entrar por las juntas imperfectas de la tubería

entre los puntos C y D. Este aire modificará la línea piezometrica pasara de la

posición HF a la HE. Como el gasto que circula por toda la tubería es el mismo, la

línea piezometrica en su parte inferior tendrá que ser paralela a HE y, por tanto, la

tubería entre E Y G estará sometida a la presión atmosférica y no trabajara a sección

llena.

Aunque se puede dar solución a este problema colocando en el punto E una bomba

de vació para extraer el aire y mantener el grado de vació existente, será preferible

evitarlo buscando mejores trazos de la línea de conducción, siempre que esto sea

posible. Las tuberías que pasan sobre la línea piezometrica reciben el nombre de

sifones.

Si en el perfil del terreno natural aparece depresiones muy profundas, puede ser

económico colocar Cajas Rompedoras de Presión (Figura inferior), que tiene por

objeto romper la línea piezometrica, lo que dará lugar a tuberías de menor espesor y

por consiguiente, de menor costo.

Sabemos que la

clase de tubería a

usar está

determinada por la

presión a que se

encuentre sometida y

ésta ultima depende

de la distancia entre

la tubería y la línea

piezometrica.

Golpe de Ariete

El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste

en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento

oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es

una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como

en abastecimientos por gravedad.

El golpe de ariete es una gran fuerza destructiva que puede presentarse en

cualquier sistema de bombeo, cuando en este el caudal (gasto) cambia

repentinamente de un momento a otro cualquiera que sea la causa.

Es pues, esencial y necesario que el ingeniero sea capaz de predecirlo

(golpe de ariete), a la vez que estima la presión máxima que este puede

llegar a producir y si es posible, instalar equipo capaz de reducir esta

presión, hasta que quede dentro de los limites de seguridad.

Concepto 01

Concepto 03

Concepto 02

Es el aumento brusco de la presión de agua que se produce dentro de la

tubería.