Tema 5.- Conducciones forzadas. Materiales de tuberías

Transcripción

1 s Definición y conceptos previos Tuberías de policloruro de vinilo (PVC) Tuberías de polietileno (PE) Tuberías de fibrocemento Tuberías de fundición Tuberías de aluminio Tuberías de acero Tuberías de hormigón Las conducciones forzadas o tuberías a presión son aquellas que funcionan a plena sección y en las que el movimiento del líquido se debe a la presión reinante en el interior, pudiendo presentar, por tanto pendientes y contrapendientes Una tubería es un conjunto de tubos y accesorios unidos mediante juntas para formar una conducción cerrada. 1

2 Un tubo es un elemento de sección circular. Los accesorios pueden ser: Piezas especiales: unidades que posibilitan los empalmes, cambios de dirección (codos), derivaciones, variaciones de sección, etc 2

3 Los accesorios pueden ser: Dispositivos auxiliares: Aparatos que protegen y facilitan el buen funcionamiento de la red. Los más importantes son válvulas y las ventosas. Las juntas son unidades que se emplean para unir tubos entre sí y con los accesorios. Una red de distribución es un conjunto de tuberías principales, secundarias, terciarias, etc. 3

4 Las válvulas se pueden clasificar según diferentes criterios, siendo los más comunes: Por su accionamiento Manuales Válvulas de esfera: El dispositivo que permite la apertura y el cierre es una esfera, pudiendo adoptar posiciones intermedias para una apertura parcial. Se emplean en tuberías de pequeño diámetro. Por su accionamiento Manuales Válvulas de asiento: El elemento de cierre es un disco que se asienta sobre el cuerpo de la válvula 4

5 Por su accionamiento Manuales Válvulas de mariposa: El elemento de cierre es un disco giratorio que puede ser accionado mediante una palanca o un tornillo sinfín. 5

6 Por su accionamiento Manuales Válvulas de compuerta: La válvula se cierra mediante una compuerta accionada mediante un volante. Por su accionamiento Manuales Válvulas de esfera Válvulas de asiento Válvulas de mariposa Válvulas de compuerta 6

7 Por su accionamiento Automáticas Válvulas hidráulicas: Se accionan hidráulicamente, pudiendo ser de dos tipos, normalmente abiertas y normalmente cerradas. Por su accionamiento Automáticas Válvulas hidráulicas: Se accionan hidráulicamente, pudiendo ser de dos tipos, normalmente abiertas y normalmente cerradas. 7

8 Por su accionamiento Automáticas Electroválvulas: Se accionan de forma eléctrica, y son típicas de instalaciones automatizadas en las que el riego se programa por tiempo, caudales, Válvula hidráulica accionamiento manual Electroválvula hidráulica Electroválvula hidráulica Con posibilidad de accionamiento manual Válvula hidráulica Con flotador Válvula hidráulica Reductora de presión 8

9 Válvulas de mariposa automatizada Válvula de asiento automatizada Válvula de compuerta automatizada Por su accionamiento Manuales Válvulas de esfera Válvulas de asiento Válvulas de mariposa Válvulas de compuerta Automáticas Válvulas hidráulicas Electroválvulas 9

10 Por la función que realizan Válvulas de regulación o llave de paso: Son unidades que permiten estrangular o interrumpir el paso de una corriente líquida. Es la función de un hidrante, que es una válvula de regulación que permite derivar agua de una tubería Por la función que realizan Válvulas de retención: Dispositivos que consisten en una compuerta giratoria, cuya apertura se produce al paso del líquido y su cierre es por gravedad, impidiendo el retroceso. 10

11 Por la función que realizan Válvulas de retención: Es obligatorio instalar válvulas de retención en puntos estratégicos de la instalación para proteger a la red de sobrepresiones producidas por el golpe de ariete. También a la salida del grupo motobomba, y cuando se utiliza en el riego aguas procedentes de conducciones urbanas, antes del punto de inyección de los fertilizantes, de manera que se impida el retro ceso del flujo y la contaminación del agua Por la función que realizan Válvulas de pie: Es un caso particular de válvula de retención que se instala en la base de la tubería de aspiración para evitar su vaciado (descebado) ya que debe estar llena de agua para su funcionamiento. BOMBA 11

12 Por la función que realizan Válvulas de seguridad: Dispositivos que permiten la fuga automática de un caudal líquido para evitar un incremento de presión en la tubería sobre la presión prefijada. Constan de un elemento móvil sobre el que se actúa, por un lado con la presión del agua, y por el otro con un resorte calibrado, de manera que la válvula se abre si la presión del agua es mayor, permitiendo la salida de parte del caudal, lo que provoca una pérdida de presión. 12

13 Por la función que realizan Válvulas reductora de presión: Es un dispositivo que permite una pérdida de carga localizada cuando la presión sobrepasa un valor dado. Este tipo de válvulas protegen a la red de sobrepresiones y permiten una presión adecuada en las derivaciones. Por la función que realizan Válvulas reguladora de caudal: Impide el paso de un caudal superior al preestablecido, manteniéndolo constante en un valor prefijado. 13

14 Por la función que realizan Válvulas de drenaje: Permiten desaguar las tuberías tras el riego, con lo que se evita la formación de depósitos de precipitados y microorganismos. Básicamente constan de un resorte que se mantiene cerrado mientras existe presión en la red. Por la función que realizan Válvulas antidesagüe: Impiden el vaciado de la tubería a través de emisores situados en puntos bajos. 14

15 Por la función que realizan Válvulas de flotador: Corta el paso del agua cuando su nivel ha alcanzado cierta altura. Por la función que realizan Válvulas de regulación o llave de paso Válvulas de retención Válvulas de pie Válvulas de seguridad Válvulas reductora de presión Válvulas reguladora de caudal Válvulas de drenaje Válvulas antidesagüe Válvulas de flotador 15

16 Ventosas Son unas válvulas que permiten la salida del aire que se acumula en las conducciones de agua. PRESIONES Presión de prueba en fábrica o presión de fábrica (P f ): Es aquella presión sobre la que se timbran y clasifican los tubos comerciales, que habrán de superar en fábrica sin romperse ni perder estanquidad. Presión nominal (P N ): Aquella por la que se conoce comercialmente y que sirve para tipificar, clasificar y timbrar los tubos. Es un número convencional que coincide con la presión de trabajo a 20ºC en tuberías de plástico (PVC y PE). Presión de rotura (P R ): Aquella a la cual se rompe la tubería 16

17 PRESIONES Presión de trabajo (P T ): Máxima presión a la que se recomienda que trabaje el tubo, ya que es la máxima presión interna a la que puede estar sometido un tubo en servicio a la temperatura de utilización. Constituida por la presión de servicio más las sobrepresiones accidentales que pudieran producirse, como por ejemplo las debidas al golpe de ariete. Presión de servicio (P S ): Presión a la que efectivamente se hace trabajar la tubería. Siempre debe ser menor o igual que la presión de trabajo. Se denomina coeficiente de seguridad al cociente P P R T PRESIONES El empuje sobre la superficie cilíndrica equivale al empuje sobre la proyección de la misma en el plano diametral considerado. F = P D T 1 F T + T2 1 = F T 2 PD = T = Pr Considerando la presión muy superior al efecto de la 2 gravedad, despreciando por tanto el peso del líquido T1 2 = (Fórmula de Mariotte) 17

18 PRESIONES Para un espesor de pared del tubo e, el esfuerzo de tensión en la pared del tubo es: T 1 T Pr σ = e e = F T 2 PRESIONES Para la presión de rotura T 1 PR D = 2 T = 2 σ P R = 2 e σ D R R e T 2 F 18

19 PRESIONES Según la presión que pueden soportar (P R ), los tubos se clasifican en: De baja presión De media presión De alta presión < 3 atm 3-10 atm > 10 atm Las características que definen los tubos y accesorios son: diámetro, espesor y presiones. Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC) Material termoplástico fabricado a partir de resinas de PVC y aditivos para evitar su deterioro (lubricantes, estabilizantes y colorantes). Ventajas Coste, resistencia, ligereza, facilidad de montaje Inconvenientes Fotosensible (se debe utilizar pinturas o enterrarlo) D N = Diámetro exterior P N = P T a 20º C P S P T SIEMPRE 19

20 Tuberías de Policloruro de Vinilo (PVC) Las uniones se realizan por encolado con adhesivos especiales (soldadura en frío) o por junta elástica Los tubos P N 4 no resisten presiones negativas, solo se utilizan para unión por encolado Tuberías de Polietileno (PE) Procede del etileno mediante procesos de polimerización a los que se añaden productos para aumentar su resistencia a la oxidación y a los rayos UVA (de ahí su color negro humo típico) Ventajas Ligereza, flexibilidad, duración, resistencia a la formación de incrustaciones, intemperie Inconvenientes Más caro que el PVC 20

21 Tuberías de Polietileno (PE) PE de baja densidad (LDPE, PEBD, PE32) ρ 930 kg/m 3 PE de media densidad (MDPE, PEMD, PE50B) 931< ρ < 940 kg/m 3 PE de alta densidad (HDPE, PEAD, PE50A) ρ > 940 kg/m 3 D N = Diámetro exterior P N = P T a 20º C P T = Presión interna máxima que soporta el tubo con un coeficiente de seguridad que recoge las variaciones debidas a su uso continuado de 50 años PE 32 1,37 PE 50B 1,6 PE 50A 1,6 Tuberías de Fibrocemento Fibrocemento = mezcla homogénea de agua, cemento y fibras Ventajas Resistentes a formación de incrustaciones y a altas temperaturas Amplia gama de piezas especiales Fácil montaje y reparación Coste aceptable Inconvenientes Relativa fragilidad No se debe usar con aguas con sulfatos o muy duras 21

22 Tuberías de Fibrocemento D N = Diámetro interior P T = P N /2 P max en servicio menor que la Presión de trabajo, al dimensionar Se usa con diámetros mayores que el PVC y el PE Tuberías de Fundición Se realiza con hierro fundido, recubierto el interior y el exterior con betunes, pinturas, etc para evitar las corrosiones Fundición gris Fundición dúctil (+ resistente) Ventajas Mayor resistencia y duración (instalaciones contra incendios) Inconvenientes Alto coste Riesgo de incrustaciones y corrosiones si no está convenientemente protegida 22

23 Tuberías de Aluminio Aleación de aluminio y magnesio o manganeso. Se utiliza para instalaciones de riego por aspersión móviles y semifijas. Ventajas Ligeras Gran duración Resistentes a oxidación Inconvenientes El principal, su elevado coste La unión entre tubos se hace por un sistema mecánico (palanca) o hidráulico Tuberías de Acero Aleación de hierro y carbono. Para la interperie se utiliza acero galvanizado o pintura negra protectora Soportan altas presiones pero trabajan mal a compresión Se fabrican con chapas de acero Tubos roblonados (remaches) Tubos soldados Se utilizan para columnas de impulsión, (bombas buzo-superficie) Tubos portaaspersores Piezas especiales (hidrantes, etc) 23

24 Tuberías de Hormigón Hormigón en masa: Tuberías de gravedad (sin presión interior ni carga exterior), alcantarillados, drenajes, etc Hormigón armado: Gran resistencia a presiones y cargas exteriores. Para grandes caudales de agua Hormigón pretensado: Para mayores presiones 24