resumen obras e instalaciones hidráulicas

8/17/2019 Resumen Obras E Instalaciones Hidráulicas

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Obras E Instalaciones Hidráulicas

Tema 1. Captación y Almacenamiento de Agua

Introducción

Una red de distribución es el conjunto de elementos encargados del transporte del agua desde los puntos de

producción o almacenamiento hasta los puntos de consumo.

Básicamente está constituida por tuberías, elementos especiales (como válvulas, accesorios, hidrantes,

elementos de unión… y cuyas pérdidas de energía no son superiores al 10%) y otros componentes (tales como

depósitos, estaciones de bombeo…)

Los elementos especiales deben tener una dimensión adecuada en función del caudal demandado

(,) y de las presiones necesarias ,. Los otros componentes condicionan el diseño de la

red.

Parámetros de Diseño: Datos previos para diseñar la red de distribución.

-

Caudales necesarios presentes y futuros, localización espacial y evolución temporal

-

Presiones necesarias para suministrar los caudales (red a presión)

-

Situación y características de elementos de inyección y almacenamiento

-

Trazados de las conducciones

- Hidrantes de incendio (red a presión)

-

Bocas de riego (red a presión

Valores de Diseño: Los valores sobre los que actuar en la fase de diseño.

-

Elegir tipo de red: ramificada, mallada o mixta

- Diámetro de conducciones, ℎ y velocidades (red a presión)

-

Forma y sección de las conducciones

- Materiales a emplear

-

Ubicación y características de elementos de maniobra y control

- Elementos de medición (P, Q,...)

Captación de Agua Superficial

Se entiende por captación el punto o puntos de origen de las aguas para un abastecimiento, así como las obras

de diferente naturaleza que deben realizarse para su recogida. Pueden ser de agua de lluvia, de arroyos y ríos o

de lagos y embalses

a)

Captación de Agua de Lluvia

Las superficies de recogida pueden ser de hormigón, empedrado o superficies naturales, construyéndose con

cunetas de desagüe que converjan en la entrada de la cisterna. Su problema es que arrastran impurezas de

superficies, por lo que para hacerlas potables deben filtrarse en el aljibe.


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La instalación tipo tiene 5 partes:

1)

La captación del agua de lluvia se realiza desde la cubierta

2) Un filtro que elimine partículas de mayor tamaño

3)

Depósito o aljibe para almacenar el agua ya filtrada

4)

Bomba de impulsión para la distribución del agua por la vivienda

5)

Sistema de gestión y control. Imprescindible cuando tenemos dos tipos de agua

b) Captación en Arroyos, Ríos y Canales

Se realiza por medio de obras de toma en el cauce o en los márgenes de las corrientes de agua. Antes de la

captación, debe hacerse un estudio hidrológico, para justificar el caudal. Hay varios tipos de tomas:

1) Toma Directa: Una toma directa de agua de un río, debe integrar:

-

La abertura de un canal hasta la toma de agua en el río

- Una rejilla (separación libre entre barras de 5 a 10 cm),

-

Un tramo de conducción

-

Obras de protección y acondicionamiento de la infraestructura en contacto con el río, garantizando la

toma en un punto adecuado


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2)

Toma Sumergida: En lugar del canal de toma puede adaptarse un sistema constituido por tuberías sumergidas

en el fondo del río.

3)

Toma con Filtro de Malla: Pueden utilizarse filtros de malla en la toma, dimensionados para que la velocidad

del agua a la entrada sea de < 0,1 m/s y autolimpiables por la corriente del agua. Los filtros de malla son

cilíndricos, con separaciones uniformes que por la limitación de velocidad del agua de entrada garantizan la

protección de la fauna piscícola y pequeñas pérdidas de carga.

4) Toma con obras transversales al río


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c) Captación en Lagos y Embalses

La toma de aguas en lagos o embalses se realizará mediante el establecimiento de torres de toma o mediante

tuberías, a más o menos profundidad, unidas directamente a la impulsión. Con el fin de realizar la captación

con las mayores garantías conviene hacer la toma a suficiente profundidad y lejanía de la orilla o, en su caso,tomar las medidas necesarias para garantizar la calidad del agua a utilizar

La garantía es agua en cantidad, con calidad y al menor coste.

1)

Tomas directas sumergidas en el fondo

Embalses, lagos, ríos de llanura no navegable y relativamente libre de material de arrastre durante todo el año,

o bien ríos con navegación pero que por sus características posibiliten la instalación la toma. La velocidad de

aproximación del agua a la boca de toma debe ser inferior a 0,15 m/s para no atraer sólidos y peces

2)

Torre de toma

Para sistemas de abastecimiento de envergadura que capten agua en ríos importantes, lagos o embalses, en los

cuales se busque obtener una mejor calidad de agua alejando la toma de la orilla.

Depósitos de Almacenamiento y Regulación de Agua

Un abastecimiento de agua debe garantizar calidad y cantidad en el servicio. Es decir, además de la potabilidad

del agua de consumo, hay que asegurar el suministro de agua de manera continua y con un mínimo de presión.

En la red de distribución, las tuberías se encargan principalmente del transporte, mientras que los depósitos

actúan como elementos reguladores

La seguridad del servicio puede verse comprometida en caso de averías en la red o incendios, pero también

refiere a la satisfacción de la demanda punta diaria.

Tipos

En la elección de la tipología más conveniente para un depósito se deben tener en cuenta, además de los

criterios de diseño (que se analizarán posteriormente), aspectos de tipo económico.

Para ello es necesario realizar una valoración económica de la construcción por m3 del mismo, teniendo en

cuenta diferentes tipologías con el fin de poder realizar una comparación.

1)

Según su posición respecto del terreno

a)

Enterrados: Son aquellos construidos completamente bajo el nivel del terreno. Se emplean

preferentemente cuando existe terreno con cota adecuada para el funcionamiento de la red de

distribución y la excavación es sencilla

Ventajas: Conservación de la Tª y adaptación al entorno.

Desventajas: Grandes excavaciones, dificultad de control de posibles filtraciones, posibilidad de

contaminación.


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Emplazamiento

La elección del emplazamiento más adecuado para un depósito se debe obtener tras evaluar una serie de

factores como son:

1) El agua puede llegar al depósito por gravedad o por bombeo. La elección entre una vía u otra dependerá del

desnivel existente entre la fuente y la ubicación del depósito, siendo siempre preferible que el transporte se

realice por gravedad.

2) El depósito deberá estar lo suficientemente elevado como para asegurar en todo momento y en todos los

puntos de la red presión suficiente (teniendo en cuenta las pérdidas de carga).

Que un depósito esté muy elevado no significará que el agua llegue perfectamente al destino, ya que pueden

existir pérdidas de carga tan altas que corten el caudal del agua antes de llegar al punto destinado.

3) La cimentación debe adaptarse al terreno sobre el que se asienta, por lo que se deben realizar estudios

geomorfológicos y geotécnicos del suelo, con el fin de evitar fisuras que afecten a la estanquidad.

4) Hay que considerar el entorno de depósito y valorar el impacto ambiental y visual que pueda producir.

5) Los depósitos enterrados o semienterrados deberán estar situados por encima de las aguas de escurrimiento

o subterráneas.

6) Todo depósito deberá estar situado por encima del nivel de alcantarillado, estando siempre tapado y dotado

de un desagüe que permita su vaciado total, limpieza y desinfección

7) Deberá tenerse en cuenta el planeamiento urbano, ya que aportará información esencial respecto a los

distintos usos del suelo, al futuro desarrollo urbanístico y a las demandas previsibles

El punto de ubicación de un depósito debe situarse de manera que la red de distribución sea lo más económica

posible y se obtenga la máxima uniformidad de presiones en toda la zona abastecida. Esto se consigue situando

el depósito en el baricentro de la misma.

El criterio más adecuado para ubicar en cota un depósito de distribución debe referirse a la carga hidráulica

estática, estableciéndose una cota mínima y máxima para su ubicación:

1) Cota mínima → Aquella que asegura en la red cargas mínimas de 20 a 40 m con un mínimo sobre la cubierta

del edificio a abastecer, en la posición más desfavorable, de 10 m.

2) Cota máxima → Aquella que no produzca en la red presiones estáticas superiores a 60 m, con el fin de evitar

averías.


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Capacidad

La capacidad mínima de un depósito es aquella que permite almacenar el agua sobrante cuando el caudal de

consumo sea menor que el de abastecimiento y aportar la diferencia entre ambos en caso contrario.

Pero el depósito ha de cubrir también otras atenciones de gran importancia en el servicio como son:

a)

Proporcionar un suplemento de agua en caso de incendio.

b)

Atender las necesidades en caso de reparaciones o averías que impliquen cortes en el caudal de

abastecimiento.

Se define, por tanto, capacidad media normal de un depósito a la requerida para hacer frente, de forma

prudencial, a las necesidades anteriormente señaladas.

Por capacidad máxima de depósito se define como aquella que cubre riesgos extraordinarios ocasionados por

una avería grave

Volumen de regulación

Para el estudio de la capacidad de regulación del depósito es imprescindible conocer o fijar como hipótesis la

variación del consumo diario y estacional, así como el régimen de alimentación del depósito.

Partiendo de los caudales afluentes y efluentes, se calcularán las diferencias en cada intervalo considerado. La

máxima diferencia será la capacidad teórica necesaria a disponer. Los cálculos pueden realizarse gráficamente

Volumen de averías

Para garantizar el suministro en caso de avería, el depósito deberá contar con un almacenamiento equivalente

al tiempo preciso para reparar la avería, sin suspender el suministro de agua.

La reserva para este fin puede llegar a considerarse un 25% del consumo máximo diario previsto

Volumen de incendios

En la práctica, se admite que en redes pequeñas se disponga de una reserva para incendios de 120 m3,

recomendándose que, en cualquier caso, esta reserva no sea inferior a 60 m3

Altura de la lámina de agua

Una excesiva altura de agua en el depósito conlleva una serie de inconvenientes, como son la necesidad de

aumentar la resistencia de los muros, hay más facilidad para las fugas como consecuencia del aumento depresión, complica los trabajos de limpieza y provoca durante la explotación variaciones excesivas de presión en

la zona de distribución


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Tema 2. Conducciones en presión

Elementos que constituyen una red de distribución a presión

TUBERÍAS

Elección de tubería para abastecimiento:

1. Impermeabilidad y resistencia a acciones ext. o int.

2. Invulnerabilidad química y bacteriana

3. Tuberías lisas a través del tiempo

4. Precio del metro lineal

Se clasifican en:

TUBERÍAS DE ADUCCIÓN Y TRANSPORTE

Grandes abastecimientos: 500mm – 1.200mm.

Sin conexiones de servicio y mínimo número de interconexiones.

Presión de trabajo de tuberías (≤ 100 m.c.a.) = f (presiones de servicio de red de distribución, ≤50

m.c.a.)

TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN: Llevan el suministro a los usuarios del servicio

Demanda actual y futura tanto de Q como de P.

Q adicional para incendios.

Diámetros: 50 – 500 mm Dmin aconsejable: 150 mm

Velocidades recomendables: 1 - 1.5 m/s

Presión de servicio: 35 - 40 m.c.a

MATERIALES UTILIZADOS

Poliéster: Compuesto de arena, resina y

reforzado con fibra de vidrio.

Se fabrica con un molde y por centrifugación.

Internamente, la tubería puede considerarse

como lisa. Resistentes a la corrosión.

Se usa en sistemas enterrados y con presión y

conducciones libres.

Los tubos se fabrican en tramos de 6m y 12m, y

diámetros 100-2400 mm.

Características irrenunciables.


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PVC: Principales características:

1.

Muy resistente, Resiste a la acción de hongos, bacterias, insectos; a la mayoría de

reactivos químicos; al sol, lluvia y aire marino; a la

corrosión.

2.

Buen aislante térmico, eléctrico y acústico.3. Es impermeable.

4.

Tiene una gran vida útil (más de 50 años).

5.

No propaga llamas: es auto-extinguible.

6. Ambientalmente correcto.

7.

Reciclable.

8. Se fabrica con bajo consumo de energía.

Tiene una gran difusión debido a su bajo coste y a su elevada

resistencia.

La tubería se considera lisa.

Se usan en sistemas enterrados y con presión y en conducciones

libres.

Los tubos se fabrican en tramos de 6m y 12m, y diámetros 10-1000 mm.

Polietileno: Se fabrican a partir de etileno mediante procesos de polimerización.

Gran ligereza, flexibilidad y resistencia a la

intemperie. La tubería se considera lisa.

Son más caras que las de PVC a igualdad de diámetro

y presión.

Tres tipos: De baja densidad (≤930kg/m3), de media

densidad (931-940kg/m3), y de alta densidad

(>940kg/m3).

El diámetro nominal coincide con el exterior de los

tubos, especificado en la norma. La presión nominal

coincide con la p máxima de trabajo a 20ºC.


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Fibrocemento: Se fabrican a partir de amianto cemento y

son muy frágiles.

Son resistentes a la corrosión y formación de incrustaciones.

Están en desuso por su prohibición en una normativa de

ámbito europeo.

El diámetro nominal es el correspondiente al interior sin

tener en cuenta las tolerancias.

Hormigón: Muchas clases; Hormigón en masa (conducción libre), hormigón armado

(conducción libre, pero con carga externa), chapa de acero con doble revestimiento de

hormigón, hormigón pretensado y hormigón pretensado con camisa de chapa.

Fundición: Aleación de hierro y carbono. Dos tipos:

Fundición gris: Grafito laminar, se rompe, está en desuso.

Fundición dúctil: Grafito esferoidal

En la tubería se producen corrosiones e incrustaciones, por

ello, se recubren interiormente de hormigón y

exteriormente de cinc metálico. Haciéndose de esta forma

resistentes a la corrosión y a las incrustaciones.

Más caras que las del PVC a igual diámetro y presión.

Tres tipos: Baja, media y alta densidad.

Tienen un doble efecto de protección:

- Formación de una capa protectora estable.

- Auto-cicatrización de las zonas rayadas.

Aluminio: Coste elevado. Es ligero y resistente a la corrosión. Se usaban en riego.


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PRINCIPIOS FISICO-QUÍMICOS DE LA ORIENTACIÓN MOLECULAR

Comportamiento Elástico

Excelente capacidad de mantener su forma en todas las situaciones.

Bajo esfuerzos trabaja gasta casi la rotura en zona elástica.

Increíble Resistencia al Impacto

Muchas veces superior al PVC estándar, es casi irrompible.

Ante severos impactos no presenta daños ni deformaciones.


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ELEMENTOS DE CONTROL

Válvulas: Elementos que regulan la red y controlan los valores máximos y mínimos de las

variables hidráulicas que caracterizan un sistema de distribución de agua. Formado por:

- Válvula: Elemento que permite el paso del agua en un sentido.

- LLave de paso: Posibilita el movimiento del agua en los dos sentidos.

Clasificación según sus usos:

1. Válvulas de control. Funciones:

a)

Regular el caudal entre límites determinados.b) Alimentar o aislar un sector de la red.

c) Impedir que la presión rebase un límite prefijado.

d) Disipar energía.


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Tipos de v. de control:

Válvula de compuerta: Compuerta deslizante rectangular o circular con una pérdida

de carga muy pequeña cuando está abierta. Se utiliza para apertura-cierre.

Válvula de mariposa: Se trata de un disco que gira, cuando esta paralelo al tubo,

significará que está completamente abierto. Pérdidas de carga muy pequeñas.

Se utiliza para apertura-cierre, muy usadas porque son fáciles de maniobrar.


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Válvula de bola: Esfera interior. Si está totalmente abierta, no tendrá resistencia al

paso del flujo. Si está parcialmente abierta, tendrá una pérdida de carga elevada.

Se usan en pequeños diámetros y grandes diámetros con altas presiones.

Válvula de asiento: Asiento plano que cierra el paso del fluido.

Pueden trabajar como reguladores de presión o caudal.

Pérdidas de carga grandes.

2. Válvulas reguladoras de presión: Mantienen una presión

más o menos constante.

Finalidades:

o Mantener uniformidad de distribución en la red.

o

Proteger las instalaciones contra presionesexcesivas.

Puede ser de Regulación Estática, que se cierra cuando no

hay caudal en la conducción; o de Regulación dinámica,

que actúa cuando el agua está circulando.


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Recubrimiento mínimo:

- 1m si es bajo la calzada.

- 0,8m si es bajo las aceras.

Válvulas de cierre en puntos con bifurcación de ramales:

- Válvulas de compuerta en redes con diámetros inferiores a 300mm.

- Válvulas de mariposa en conducciones cuyo diámetro sea igual o superior a 300mm.

Velocidades Máxima y Mínima de Circulación

Si las velocidades son excesivas: elevadas pérdidas de carga, ruidos molestos y vibraciones.

Si las velocidades son pequeñas, depósitos de materiales en suspensión.

En general, valores medios de 0.6 a 2 m/s

Caudales Demandados

Para el diseño de la red se debe asegurar el suministro bajo cualquier estado de carga.

Dimensionado Funcional

Aplicación de criterios de velocidad: Aplicar a cada tubería el diámetro correspondiente para

conseguir que la velocidad no supere un valor máximo (Criterio de velocidad máxima) o bien para

conseguir que la velocidad resulte en torno a un valor recomendado (Criterio de velocidad

recomendable).


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