Exposicion Tuberias Y Canales.pptx

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA, UNIDAD ZACATENCO.

FICHA TÉCNICA

1.1

ARTICULO 27° CONSTITUCIONAL Y LEY DE AGUAS NACIONALES

Artículo 27. La propiedad de las tierras y aguas comprendidas dentro de los límites del territorio nacional, corresponde originariamente a la Nación, la cual ha tenido y tiene el derecho de transmitir el dominio de ellas a los particulares, constituyendo la propiedad privada. CONSTITUCIÓN POLÍTICA El Artículo 27 Constitucional establece que son propiedad de la Nación, entre otras, las aguas de: • Ríos y sus afluentes directos o indirectos • Lagos interiores de formación natural • Manantiales • El subsuelo El dominio de la Nación sobre el agua es inalienable e imprescriptible. Sólo el Ejecutivo Federal podrá otorgar concesiones.

LEY DE AGUAS NACIONALES •

Es reglamentaria del Artículo 27 Constitucional en materia de aguas nacionales, tiene por objeto regular la explotación, uso o aprovechamiento de dichas aguas, su distribución y control, así como la preservación de su cantidad y calidad para lograr su desarrollo integral sustentable. Le corresponde al Ejecutivo Federal, la autoridad y administración en materia de aguas nacionales y de sus bienes públicos inherentes, quien lo ejercerá a través de la Comisión Nacional del Agua.

•

ARTÍCULO 17. Es libre la explotación, uso y aprovechamiento de las aguas nacionales superficiales por medios manuales para uso doméstico conforme a la fracción LVI del Artículo 3 de esta Ley, siempre que no se desvíen de su cauce ni se produzca una alteración en su calidad o una disminución significativa en su caudal, en los términos de la reglamentación aplicable. No se requerirá concesión para la extracción de aguas marinas interiores y del mar territorial, para su explotación, uso o aprovechamiento, salvo aquellas que tengan como fin la desalinización, las cuales serán objeto de concesión.

•

ARTÍCULO 18. Las aguas nacionales del subsuelo podrán ser libremente alumbradas mediante obras artificiales, salvo cuando por causas de interés o utilidad pública el Titular del Ejecutivo Federal establezca zona reglamentada, de veda o de reserva o bien suspenda o limite provisionalmente el libre alumbramiento mediante Acuerdos de carácter general.

1.2

IMPORTANCIA DE LAS CONDUCCIONES A PRESIÓN, EN LA REPÚBLICA MEXICANA.

La presión mínima se fija previamente teniendo en cuenta las características de la edificación dominante, debiendo cumplirse esta condición para todos los puntos de la red. Debe consultarse también las reglamentaciones existentes a nivel provincial o municipal. Por lo tanto puede suponerse que, de cumplirse esta condición en el punto mas desfavorable de la red, que es aquel que está a cota más elevada o a mayor distancia del punto inicial de la red o ambas condiciones, se cumplirá para toda la red

•

Sin embargo, se deberá trazar la piezométrica de cada ramal, para verificar dicho cumplimiento, especialmente cuando en la altimetría del terreno se observan variaciones importantes o cuando la red sea muy extensa.

•

También se usa, para poblaciones de cierta importancia, fijar la presión mínima estableciendo que deberá servirse, sin bombeo adicional, a una vivienda de planta baja y dos pisos altos, lo que hace una altura aproximada de 12 a 14 m.c.a.

•

•

La presión máxima se fija a efectos de evitar altos costos de explotación como consecuencia de un mayor consumo, alta posibilidad de roturas, pérdidas, etc. Por ello se establece dicha presión máxima de servicio en: Pmax = 30 m.c.a. En zonas donde existen desniveles muy pronunciados debe recurrirse a las llamadas plateas, o niveles de mallas, independientes entre sí, excepto por una interconexión que tiene colocada una válvula reductora de presión o una cámara rompecarga, que disminuye la presión de llegada, llevándola a valores mas normales.

1.2.1

DESCRIPCIÓN TEÓRICO-ESQUEMÁTICA DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA.

OBRAS DE INFRAESTRUCTURA Dentro de la infraestructura hidráulica con la que cuenta el país para proporcionar el agua requerida para los diferentes usuarios nacionales, destaca la siguiente: • • • • • •

4,462 presas y bordos de almacenamiento. 6.50 millones de hectáreas con riego. 2.9 millones de hectáreas con temporal tecnificado. 631 plantas potabilizadoras en operación. 2,029 plantas de tratamiento de aguas residuales municipales en operación.

Presas y bordos • •

Existen más de 4,462 presas y bordos en México, de las cuales 667 están clasificadas como grandes presas, de acuerdo con la definición de la Comisión Internacional de Grandes Presas. Se tiene un registro incompleto de los bordos, pequeñas obras de almacenamiento en su mayoría de terracería. En julio del 2009, en la Conagua, se tenían registrados 1,085 bordos. La capacidad de almacenamiento de las presas del país es de aproximadamente 150 mil millones de m3 .Este volumen depende de la precipitación y los escurrimientos en las distintas regiones del país, así como de las políticas de

•

La localización de dichas presas sigue entre otros factores, el régimen hidrológico de la corriente, la topografía y características geológicas del sitio, así como los usos a los cuales se destinará, entre ellos la generación de energía eléctrica, el abastecimiento público, la irrigación y el control de avenidas.

1.2.2

SISTEMAS DE RIEGO PARA SU USO EN AGRICULTURA.

Infraestructura hidroagrícola •

•

En México, el área con infraestructura que permite el riego es de aproximadamente 6.5 millones de hectáreas, de las cuales 3.5 millones corresponden a 85 distritos de riego, y las restantes 3.0 millones de hectáreas a más de 39 mil unidades de riego. Los DR y UR fueron diseñados de acuerdo con la tecnología prevaleciente para la aplicación del agua por gravedad en las parcelas. En muchos casos sólo se construyeron las redes de canales y drenes principales, quedando las obras parcelarias a cargo de los usuarios. Esto, sumado al deterioro de la infraestructura, acumulado en varias décadas por la insuficiencia de recursos económicos destinados a su conservación y mejoramiento, propiciaron una baja en la eficiencia global en el manejo del agua.

Para minimizar el impacto ambiental a lo largo del tiempo, se adaptaron diferentes sistemas de riego, que consisten en suministrar la cantidad necesaria de agua a los cultivos a través demétodos artificiales Uno de los sistemas más utilizados es el riego por surcos, en el cual el agua se transporta por pequeños canales que se crean al interior del cultivo. Otro sistema, es el riego por aspersión, el cual imita el efecto de la lluvia, aporta la humedad en toda la planta y no sólo en las raíces. Además, podemos hablar del riego por goteo, en este sistema se emplean una serie de conductos y dosificadoresque aplican gotas de agua en las raíces de los cultivos ¡es muy útil en las zonas en donde el líquidoes escaso! Los sistemas de riego mejoran la producción en las zonas semi-áridas o secas y son una mejora importante en la eficiencia del uso del agua.

Distritos de riego •

Los DR son proyectos de irrigación desarrollados por el Gobierno Federal desde 1926, año de creación de la Comisión Nacional de Irrigación, e incluyen diversas obras, tales como vasos de almacenamiento, derivaciones directas, plantas de bombeo, pozos, canales y caminos, entre otros.

LÍNEAS DE CONDUCCIÓN, INTERCONEXIÓN,

1.2.3

DISTRIBUCIÓN Y DESALOJO DE AGUA EN DIFERENTES OBRAS HIDRÁULICAS.

Tipo de entrega

En los casos excepcionales en que sea necesa- ria la entrega a la red de distribución, se deberá fundamentar dicho funcionamiento de manera estricta en una modelación hidráulica, en caso que no se cuente con dicho análisis detallado, no se deberá realizar este tipo de entregas El abastecimiento del agua a los usuarios puede realizarse de las si- guientes maneras: • • •

Bombeo Gravedad Combinado

Conducción por bombeo La conducción por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energía para transportar el gas- to de diseño. Este tipo de conducción se usa gene- ralmente cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es menor a la altura piezomé- trica requerida en el punto de entrega. El equipo de bombeo proporciona la energía necesaria para lograr el transporte del agua. Conducción por gravedad Una conducción por gravedad se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimien- to es mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el trans- porte del fluido se logra por la diferencia de ener- gías disponible. Conducción por bombeo- gravedad Si la topografía del terreno obliga al trazo de la conducción a cruzar por partes con mayor elevación que la superficie del agua en el tan- que de regularización, conviene analizar la colocación de un tanque intermedio. La insta- lación de dicho tanque ocasiona que se forme una conducción por bombeogravedad, donde la primera parte es por bombeo y la segunda por gravedad.

RED DE CONDUCCIÓN En algunos sitios, es necesario buscar fuentes alternas para abastecimiento del agua, resul- tando que dichas fuentes se encuentran en si- tios separados, lo cual recae en la necesidad de interconectar las líneas de conducción de cada fuente, formando de esta manera una red de conducción. Al unificar las líneas en una sola red de con- ducción, se puede llegar a reducir en cierto modo los costos de dichas líneas, sin embargo, se contará con una operación más compleja y que se deberá revisar de manera detallada en que cuente con un adecuado funcionamiento hidráulico. Tales casos se tienen cuando se incorporan diversas captaciones, como por ejemplo en las interconexiones de pozos, y en sistemas múltiples de abastecimiento a varias localidades.

1.2.4

INSTALACIONES HIDRÁULICAS Y SANITARIAS DOMÉSTICAS.

INSTALACIÓN HIDRÁULICA.- Es el conjunto de tinacos, tanques elevados, cisternas, tuberías de succión, descarga y distribución, válvulas de control, válvulas de servicio, bambas, equipos de bombeo, de suavización, generadores de agua caliente, de vapor, etc., necesario para proporcionar agua fría, agua caliente, vapor en casos específicos, a los muebles sanitarios, hidrantes y demás servicios especiales de una edificación.

INSTALACIÓN SANITARIA.- Es el conjunto de tuberías de conducción, conexiones, obturadores hidráulicos en general como son las trampas tipo P, tipo S, sifones, cespoles, caladeras, etc., necesarios para la evacuación, obturación y ventilación de la aguas negras y pluviales de una edificaron. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE.-Se entiende por sistema de abastecimiento de agua potable, el conjunto de obras de diferentes caracteres, que tienen por objeto proporcionar agua a un núcleo o población determinada.

1.2.5

OBRAS DE TOMA PARA PRESAS.

1) INSTALACION HIDRAULICA. El agua debe purificarse para el uso humano por medio de algún proceso de purificación. Una vez purificada se conduce a las comunidades por medio de equipo de bombeo y sistemas de tuberías, dependiendo de cómo sea el suministro, si es por gravedad, por bombeo o una combinación de ambos. En la Figura 1 podemos observar cuatro puntos principales del sistema de abastecimiento de agua potable, estos son: fuente de captación y extracción del agua, sistema de potabilización y regulación, conducción y red municipal.

Cuando el agua llega a la red municipal, el suministro de agua a las edificaciones se logra mediante un sistema de abastecimiento diseñado de acuerdo con el uso que se le va a dar al inmueble. Dentro del diseño está la parte del suministro de agua fría y agua caliente, cuyo propósito es brindar a los ocupantes confort en el aseo personal y doméstico. A este sistema se le llama instalación hidráulica en una edificación.

2 ) INSTALACIÓN SANITARIA. la podemos definir como un conjunto de elementos mediante los cuales se desalojan las aguas residuales de una edificación hacia los lugares apropiados, cómo fosas sépticas y/o a la red pública. El propósito es desalojar de forma segura las aguas residuales, de tal manera que se cubran los requisitos de las normas y reglamentos correspondientes del lugar en donde se esté realizando la instalación. Las especificaciones las encontramos en las memorias descriptivas, en los planos y en las memorias de cálculo, desde luego que éstas deben cumplir con las normas correspondientes y los reglamentos de la región; en el caso de la ciudad de México es el Reglamento de Construcciones del D. F. y las Normas Técnicas Complementarias de Instalación Hidráulica (NTCCIH).

• • •

Se denomina obra de toma al conjunto de estructuras que se construyen con el objeto de extraer el agua de forma controlada y poder utilizarla con el fin para el cual fue proyectado su aprovechamiento. De acuerdo con el aprovechamiento se proyectan obras de toma para presas de almacenamiento, presas derivadoras, plantas de bombeo y tomas directas en corrientes permanentes. En el caso de las presas de almacenamiento, la función de la obra de toma depende de los objetivos del almacenamiento y así se tienen tomas para generación de energía eléctrica, para riego, dotación de agua potable, desvío de la corriente durante la construcción y como desagües para el vaciado rápido del vaso.

Las obras de toma para abastecimiento de agua se utilizan en presas para controlar, regular y derivar el gasto hacia la conducción. Su importancia radica en que es el punto de inicio del abastecimiento, por lo que debe ser diseñada cuidadosamente para evitar un déficit en el suministro o en encarecer innecesariamente los costos del sistema por un sobredimensionamiento.

Las obras de toma pueden también funcionar como reguladoras, para dar salida a aguas temporalmente almacenadas en el espacio destinado al control de avenidas, o para desalojar con anticipación a la llegada de avenidas. Además, las obras de toma en presas pueden servir para vaciar el vaso cuando se hace necesario inspeccionarlo, hacer reparaciones indispensables, o para mantener el paramento mojado de la presa u otras estructuras normalmente inundadas. Las obras de toma pueden también auxiliar para descargar el vaso cuando se desean controlar peces inútiles u otros animales acuáticos en el vaso.

OBJETIVO: Establecer los criterios para el diseño hidráulico, mecánico y estructural de diferentes tipos de obras de toma. MÉTODOS HIDRÁULICOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO DE OBRAS DE TOMA El estudio del funcionamiento hidráulico de la obra de toma se hace con el objeto de determinar las dimensiones de los distintos elementos que en ella intervienen, por ejemplo: el tamaño de las rejillas, diámetro del conducto o conductos, etc. La importancia de conocer el funcionamiento hidráulico de una obra de toma, radica cuando ésta trabaja bajo diferentes condiciones de carga. Los métodos para el análisis hidráulico de obras de toma, se resumen a continuación: • Hidráulica de orificios. • Hidráulica de canales abiertos y de cauces naturales. • Hidráulica de conductos a presión (tuberías).

1.2.6

PLANTAS DE BOMBEO.

son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es muy extendido en los varios campos de la ingeniería • Redes de abastecimiento de agua potable • Red de alcantarillado • Sistema de riego • Sistema de drenaje Generalmente las estaciones de bombeo constan de las siguientes partes: • Rejas; • Cámara de succión; • Las bombas propiamente dichas; • Línea de impulsión. • Servicios auxiliares: • Dispositivos de protección contra el golpe de ariete; • Línea de alimentación de energía eléctrica o instalación para almacenamiento de combustible; • Sistema de monitoreo y telecomunicaciones

1.2.7

CONDUCCIONES PARA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA El agua proveniente de la evaporación de los océanos, además de servir para otros fines, tales como riego, limpieza, enfriamiento, consumo etc. , que lo convierten en un liquido vital para los seres humanos, se utiliza también para accionar máquinas giratorias llamadas turbinas, que a su vez mueven generadores que transfor- man la energía mecánica en energía eléctrica. Las plantas hidroeléctricas aprovechan los caudales y caídas de agua. Todo comienza cuando el sol calienta las masas de agua, de su evaporación se forman nubes y eventualmente lluvia que fluye a través de caudalo- sos ríos. El agua en estos ríos tiene una enorme cantidad de energía mecánica potencial, y para aprovechar esta energía se seleccionan cauces de ríos que tienen algunas características importantes que incluyen amplio caudal de agua y diferencias importantes de altura en corta distancia.

El ciclo hidrológico continua con la formación de arroyuelos y ríos que descienden desde las montañas a las llanuras y mar, completándose de esta manera el ciclo termodinámico (caldera: sol; condensador: atmósfera). En este recorrido del agua de los ríos es posible aprovechar parte de la energía que posee y obtener trabajo útil, que de otra manera se perdería en rozamientos. En efecto en un punto determinado del río el agua posee energía cinética y energía potencial; la primera es pequeña comparada con la segunda, ya que raramente excede los 20 J/kg, mientras que la energía potencial puede superar los 3000 J/kg.

1.2.8

EMISORES SUBMARINOS PARA VERTIDO DE AGUAS TRATADAS O PARA ENFRIAMIENTO DE TERMOELÉCTRICAS.

1.2.9

EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA POR BOMBEO PARA USOS MÚLTIPLES.

Importancia del estudio de las aguas Subterráneas • Los primeros pozos de explotación de las aguas subterráneas se perforaban a mano, con pico y pala, en aquellos terrenos donde el nivel freático del acuífero se situaba muy cerca de la superficie del terreno. El agua se extraía mediante poleas y posteriormente mediante impulsión animal. • El agua subterránea es utilizada para el abastecimiento de agua potable, tanto en viviendas individuales, como en aglomeraciones urbanas, en proyectos agropecuarios para riego y para uso animal. • Uno de los aspectos que hacen particularmente útil el agua subterránea para el consumo humano es la menor contaminación. • La utilización del agua subterránea se ha venido incrementando en el mundo desde tiempos atrás y cada día gana en importancia debido al agotamiento o no existencia de fuentes superficiales. La explotación acelerada del recurso agua subterránea ha causado muchos problemas en muchos lugares de la tierra. En Ciudad de México, con una población de más de 20 millones de personas, el agua subterránea es casi la única fuente de agua potable.

Identificación de aguas subterráneas El agua subterránea existe casi en cualquier parte por debajo de la superficie terrestre, la exploración de la misma consiste básicamente en determinar en dónde se encuentra. La manera práctica de hacer lo anterior incluye la aplicación de conocimientos técnicos, experiencia en la perforación y sentido común.

Agua Superficiales Agua del suelo

Agua vadosa o intermedia

Agua capilar (Nivel Freático)

Agua Subterráneas Agua Freática

Estrato impermeab le

Aguas artesianas

¿Qué es un ensayo de Bombeo?

Una vez que se ha realizado una obra para la captación de aguas subterráneas y ésta ha alcanzado el acuífero, es necesario comprobar si el caudal que podemos obtener del mismo es suficiente para satisfacer nuestras necesidades de manera sostenida a lo largo del tiempo, y sin influenciar negativamente en el acuífero o en otras captaciones ya existentes en la zona.

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Principales afecciones a las aguas subterráneas

46

1.2.10

DISEÑO DE CIRCUITOS E INSTALACIONES INDUSTRIALES.

Componentes básicos de un circuito

Generador térmico

Unidad terminal

Tuberías para el transporte del fluido

Bombas

Accesorios para el transporte del fluido

Válvulas

Depósitos de Expansión

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Circuito recorrido por el agua y que atraviesa la unidad terminal hasta un acumulador o bypass.

Circuito Secundario

Circuitos Primarios y Secundarios

Circuito recorrido por el agua que atraviesa el generador térmico hasta un acumulador o bypass.

Circuito Primario

Existen muchas razones por las que se requiere separar hidráulicamente un único circuito en dos. La principal es poder tener varios circuitos secundarios y poder pararlos cuando estos no operen. Además, hay que recordar la necesidad de que una parte de la instalación (circuitos primarios) puedan funcionar a caudal constante y la otra a caudal variable. De hecho, los generadores térmicos, enfriadoras, calderas… funcionan a caudal constante, mientras que en el circuito secundario puede convenir que la distribución del agua sea a caudal variable.

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Distribución a Caudal Constante • Se trata de un sistema típico en instalaciones de fancoils (dispositivo formado por una batería o intercambiador de frío o calor (coil) y un ventilador (fan).). La válvula en paralelo localizada en el bypass no se instala generalmente, pero para que el circuito sea realmente a caudal constante, la pérdida de presión en el tubo de bypass debe ser la misma que la de la batería del fancoil.

Según la Distribución del Caudal

• Sistema a caudal constante permite un control mucho más sencillo, aunque se trata de un sistema energéticamente muy poco eficiente.

Distribución a Caudal variable • En las distribuciones a caudal variable, el caudal de la red varía al modificarse la posición de las válvulas de control de los elementos terminales. Las válvulas de control son en este caso de dos vías. Las distribuciones a caudal variable son más habituales en circuitos secundarios ya que en los circuitos primarios debe establecerse un caudal mínimo. No olvidemos nunca que los generadores térmicos deben de trabajar a caudal constante. • Sistemas a caudal variable requiere un diseño minucioso de la instalación así como soluciones específicas, sin embargo, son sistemas energéticamente muy eficientes 50

Sistema a dos, tres y cuatro tubos Los sistemas hidráulicos que unen las unidades de generación de agua fría y caliente con las unidades terminales o cargas, pueden ser de dos, tres o cuatro tubos. Instalación a dos tubos:

Clasificación de los sistemas hidráulicos

Una instalación a dos tubos implica que únicamente se puede producir o frio o calor. Se emplea una única tubería para la impulsión y otra para el retorno de agua.

Instalación a tres tubos: Se emplean dos tuberías separadas en la impulsión que transportan agua fría y caliente, cada una desde su unidad generadora a las unidades terminales o cargas y una tubería común para el retorno de agua entre éstas y las unidades de generación.

Instalación a cuatro tubos: Se emplean dos tuberías independientes tanto en la impulsión como en el retorno que transportan una el agua fría y otra el agua caliente , cada una entre su unidad generadora y las unidades terminales

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Sistema de retorno directo e inverso

Sistema de retorno directo: En este sistema, el agua que sale del equipo de bombeo alimenta a los diferentes equipos que lo requieren en forma consecutiva, es decir, primero al equipo que se localiza más cerca y al último al que al que se encuentre más alejado.

Sistema de retorno inverso: En este tipo de sistemas se requiere de mayor cantidad de tubería, pero tiene la gran ventaja que el sistema queda casi totalmente balanceado desde el momento de su construcción.

Sistemas mixtos: Los dos sistemas anteriores pueden combinarse formando sistemas como los indicados en las siguientes figuras.

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1.3

TUBERÍAS A PRESIÓN.

El agua es conducida normalmente desde su fuente en tuberías de presión hasta la planta de tratamiento, luego sale al sistema de distribución y finalmente llega al consumidor.

Flujo laminar y turbulento

𝑅=

𝑉𝐷 𝑣

Donde: En tuberías se debe considerar dos tipos de flujo: laminar y turbulento, según los experimentos de Reynolds. Reynolds encontró que la transición de flujo laminar a turbulento, ocurre a una velocidad crítica para una determinada tubería y fluido. Expresó sus resultados en términos de un parámetro adimensional llamado Número de Reynolds:

Fig. Flujo Laminar

R= Número de Reynolds V= Velocidad del fluido (m/s) D= Diámetro del conducto (m) v= Viscosidad cinemática (m2/s)

• para Re < 2000 el flujo es laminar. • Para Re > 4000 el flujo es turbulento . • Para 2000 < Re < 4000, el flujo puede ser laminar o turbulento (zona de transición).

Fig. Flujo Turbulento 54

Teorema de Bernoulli

Formula de Darcy (Ecuación general del flujo de fluidos)

El diseño de conductos involucra un número de pasos progresivos utilizando cálculos hidráulicos para determinar el tamaño óptimo y las características de operación en un sistema de tuberías. Los siguientes parámetros deben ser considerados al diseñar tuberías, oleoductos o gasoductos: • • •

Características del conducto Características del fluido Características del flujo.

1.3.1

CARACTERÍSTICAS DEL CONDUCTO. (DIÁMETRO, LONGITUD,MATERIAL, ETC.)

¿QUÉ ES UNA TUBERÍA? Conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se elabora con varios tipos de materiales. Las tuberías trabajando “a presión” permiten conducir el agua, aún a contrapendiente. Para eso requieren de cierta cantidad de energía por unidad de peso, proporcionada por una unidad de bombeo. Materiales Las tuberías se construyen en diversos materiales en función de consideraciones técnicas y económicas. Suele usarse el "Poliester Reforzado con fibra de vidrio" (PRFV), hierro fundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno,PVC.

Materiales más comunes Plásticos (PVC, PE)

Aluminio

Acero galvanizado

DIÁMETRO INTERNO DE LA TUBERÍA El diámetro de tubería se determina a base de cálculos técnicos y económicos. Las dimensiones de la tubería, incluidas las dimensiones y las funciones de distintos componentes de ésta, así como las condiciones de operación de la tubería determinan la capacidad de transporte del sistema. Los tubos de gran diámetro sirven para un flujo masivo e intenso. Cuando la velocidad de flujo es alta, se suele utilizar tubos de diámetro reducido.

LONGITUD DE LA TUBERÍA La longitud de un segmento de un conducto afecta la caída total de presión a lo largo de ese segmento. Entre mayor sea la longitud de un segmento en una tubería, mayor será la caída total de presión a través de ese segmento La pérdida de presión por fricción para una tasa de flujo dada varia directamente con la distancia entre dos estaciones.

RUGOSIDAD INTERNA DE LA TUBERÍA El factor de fricción es determinado experimentalmente mediante la correlación del Número de Reynolds y la rugosidad relativa de la tubería con la fricción del fluido dentro de la tubería. A medida que la rugosidad de la pared interna de la tubería se incrementa, el factor de fricción aumenta, para condiciones de flujo turbulento. Usualmente, los factores de fricción son seleccionados de gráficas llamadas Diagramas de Moody, los cuales relacionan el factor de fricción, f, con los dos parámetros adimensionales, el Número de Reynolds, Re, y la rugosidad relativa de la pared interna de la tubería.

1.3.2

CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO. (TIPO, PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS).

¿QUÉ ES UN FLUIDO? Un fluido se define como una sustancia que fluye y adquiere la forma del recipiente que lo contiene, esto es una sustancia que se deforma continuamente bajo un esfuerzo de corte, por pequeño que este sea. Junto con las características de la tubería, las propiedades físicas del fluido transportado a través de la tubería afectan el diseño del conducto. Hay seis propiedades del líquido que deben ser reconocidas: viscosidad, densidad, presión de vapor, punto de fluidez, compresibilidad y temperatura.

• VISCOSIDAD La viscosidad se define como la tendencia de un líquido de resistirse a fluir. Este factor es importante cuando se diseña oleoductos, específicamente al calcular el tamaño de la línea y los requerimientos de potencia del bombeo. La viscosidad del líquido es el factor más importante en el cálculo de pérdida de presión por fricción (se discutirá más adelante en esta sección).

•

DENSIDAD O GRAVEDAD ESPECIFICA

La densidad es la masa de una sustancia con respecto a su volumen. Una bomba tiene que trabajar más duro (ej., consume más energía) para producir la potencia necesaria para transportar un líquido más denso que uno que de menor densidad.

•

PUNTO DE FLUIDEZ

El punto de fluidez se define como la temperatura más baja a la cual un líquido se verterá o fluirá cuando se haya enfriado. El punto de fluidez es un parámetro importante para considerar no sólo en el diseño sino también en la operación de un líquido en el conducto. • COMPRESIBILIDAD La compresibilidad es el grado en el que cambia el volumen del fluido con un cambio de presión. La bomba incrementa la presión en el conducto haciendo que el volumen del líquido disminuya o se comprima. • TEMPERATURA Los efectos de la temperatura afectan la capacidad del conducto tanto directa como indirectamente y puede alterar el estado de los líquidos. Los cambios en la temperatura influyen en la viscosidad y en la densidad de los líquidos en el conducto. Estos cambios afectan el desempeño de la línea como también el costo de operación.

Clasificación de los fluidos.

Fluidos ideales

Fluidos reales

Fluidos newtonianos

Fluidos NO newtonianos

• FLUIDOS IDEALES Este es un flujo escaso de viscosidad. Es totalmente inconcebible para la naturaleza, por lo tanto no existe ningún fluido de este tipo. Este concepto solo se usa para fines teóricos y de estudio. Digamos que es como los números imaginarios en los cálculos.

• FLUIDOS REALES Se llama fluido real, a un fluido que es viscoso y/o compresible, es decir, que presentan un rozamiento interno entre sus moleculas

• FLUIDOS NEWTONIANOS Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante, carece de propiedades elásticas, es incompresible. Para un fluido newtoniano, la viscosidad sólo depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura disminuye su viscosidad. Por ejemplo: el aire, el agua, la gasolina.

•

FLUIDOS NO NEWTONIANOS

En los fluidos no newtonianos, por el contrario, la viscosidad depende de la temperatura y de la fuerza cortante a la que esté sometido el fluido. Por ejemplo: miel, la sangre, numerosos tipos de geles y pinturas, etc.

1.3.3

CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO (VELOCIDAD, GASTO, PRESIÓN)

Y DEL CONDUCTO.

¿Qué es un flujo? Un flujo es el estudio del movimiento de un fluido, involucrando las leyes del movimiento de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente y conducto por el cual fluyen. El flujo de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, atendiendo diversas características y criterios de velocidad, espacio y tiempo.

DE ACUERDO A LA VELOCIDAD DEL FLUJO: Para identificar el régimen de flujo se utiliza el Número de Reynolds. • Flujo turbulento: En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido. •Flujo de transición: Es aquel en el que hay algunas fluctuaciones intermitentes del fluido en un flujo laminar, aunque no es suficiente para caracterizar un flujo turbulento. •Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí.

Por variación de velocidad con respecto al tiempo: • Flujo permanente y no permanente: Esta clasificación obedece a la utilización del tiempo como criterio. En el primero, en una sección de la conducción permanecencontantes en el tiempo las variables hidráulicas del flujo(velocidad, densidad, presión, etc.) en el segundo los valores de estas variables cambian de uninstante a otro.