LA TUBERÍA DE PRESIÓN INTRODUCCIÓN Tmbién enomins tuberís forzs, ls tuberís e presión tienen como objeto conucir el gu ese el punto en el cul se tiene un grn energí potencil, ese el emblse en lgunos csos, o ese el trmo finl el túnel e conucción en otros, o ese el enomino pozo e presión o cámr e presión, hst l cs e máquins, más precismente hst l turbin. Se present un trnsformción energétic en l tuberí e presión, se isminuye l energí potencil el gu mei que se esciene y l mismo tiempo se ument l energí cinétic y e presión. Este cpítulo lo conformn ls prtes constitutivs e l tuberí y el nálisis el iámetro económico e l mism. En un trbjo posterior se incluirá el tem relciono con los ensyos los que eben someterse ls tuberís e presión, tles como ls pruebs riográfics, mgnetoscópics, e ultrsonio y e líquios penetrntes que normlmente suelen hcerse ls solurs e fábric y e cmpo. PARTES CONSTITUTIVAS DE LA TUBERÍA DE PRESIÓN Apoyos. Como su nombre lo ice se trt e obrs e soporte e l tuberí que tienen l función e sostener su peso y permitir el esplzmiento e l mism ebio l iltción o contrcción por cmbios e tempertur o e crg. Ancljes. Se trt e un obr civil form por un mcizo e concreto reforzo, que se construye en toos los puntos en los cules se present un cmbio e peniente e l tuberí. Estructur que restringe el movimiento xil e l tuberí, y trnsfiere crgs e trcción l terreno. Tmbién se construyen en los puntos en los que l tuberí cmbi e sección.
Figur. Apoyo o sillet Figur. Esquem e un Anclje Junts e expnsión. L junt e expnsión bsorbe los esplzmientos e l tuberí ebios ls iltciones y contrcciones que experiment como consecuenci e los cmbios e tempertur en el mbiente, sí como e los cmbios e crg el generor. Los cmbios e crg vn compños e sobrepresiones o subpresiones que proucen movimientos e ls prtes e ls tuberís.
En ls práctics e mntenimiento eberá incluirse un revisión perióic e ls junts e expnsión, con el objeto e prevenir o corregir fugs trvés el empque, que se floj cuno los movimientos e l tuberí son consierbles o bruscos, por ejemplo c vez que ocurr un temblor e tierr o un rechzo e crg eberá hcerse un revisión e ls junts. Figur. Junt e Expnsión DIÁMETRO ECONÓMICO DE LA TUBERÍA DE PRESIÓN Es posible consierr iferentes iámetros pr conucir el cul Q requerio pr generr un etermin potenci eléctric, pero l incrementr el iámetro se increment el peso y el costo e l tuberí. Tmbién se increment l energí eléctric gener ebio l reucción e ls peris e cbez por fricción. Entonces, cuál es el iámetro económico e l tuberí e presión? Es quel pr el cul los costos nules ebios l myor inversión no excen el vlor nul el incremento en l energí e sli. Se puee firmr que l energí nul recuper port los recursos pr mortizr l inversión en l tuberí. Tmbién se puee efinir el iámetro económico, como quel que minimiz el costo totl nul, el cul consiste e l mortizción nul e l inversión y el vlor e ls peris e energí. Mtemáticmente, este criterio puee expresrse como: C C (.)
4 C : Costo nul ebio l inversión en un tuberí e iámetro. C : El vlor e l energí que puee proucirse trvés el mismo iámetro. como l cbez e iseño pr l sección e tuberí bjo consierción, el espesor e pre está o por: Designno [ m] δ = γ σ 0. = σ * [ cm] (.) El peso e un sección e tuberí e longitu l [cm] es: π δl π0. l G = γ = γ [ kg] (.) 000 000 σ γ : Es el peso específico el cero, 7.8 kg cm. Consierno que l tuberí instl puee pesr un 0% más, ebio l peso e junts, ribetes, etc. L ecución nterior se puee expresr e l siguiente mner:. 7. 8 π G = 0000 σ l l 0. 00 σ [ kg] (.4) Ahor, l esignr 0 [ $ kg] (inversión) y el costo nul e l operción como [ ] C como el costo específico promeio e l tuberí %, que incluye eprecición y mntenimiento, se tiene que el costo específico nul e l tuberí c será: $ kg c = C 0 00 ño (.) Pr un tuberí e iámetro el costo nul será: * γ : peso específico el gu [ kg m ] [ m] [ cm] σ [ kg cm ] 000 kg m, [ m], [ cm] 000 δ = ; 000 0000 = 0. δ, σ [ kg cm ] [ cm]
l c $ C = 0. 00 σ ño (.6) A continución se hllrá un expresión pr C. Ls péris h e l tuberí con un iámetro [ cm] y un longitu [ cm] trvés e l cul circuln Q [ m seg] ; pueen escribirse como: l λ 00 l Q h = [ cm] (.7). λ : Coeficiente e fricción. L ecución pr l potenci P [kw] con l cul se clculrá l energí nul, si se oper l plnt urnte t hors es: [ kw ] P = 9. 8 ηq (.8) Q : Cul que fluye por l tuberí en [ m s]. : Cbez e iseño pr l sección e l tuberí en [ m ]. η: Eficienci e l turbin + el generor. Entonces l potenci e sli será: h P : Pr h 9. 8 ηq [ kw ] (.9) 00 h = P 9. 8 ηq (.0) 00 P 0 Al sumir l eficienci totl como 0.77, l energí nul pr t hors e operción será: kwh E = Pt = ( P0 0. 07Q h) t ño (.)
6 Sustituyeno h se obtiene: = P 00 λ l Q 0. 07. E 0 t kwh ño (.) Si [ $ kwh] c es el costo el kwh en bornes el generor, l energí nul prouci porá representrse como: λ = = 7 l Q $ E c P0 6. 0 t c (.) ño C Ahor, l erivr ls ecuciones obtenis pr C y C ; se encuentr que: l c λ l Q 0. 00 (.4) σ 7 6. 0 t c 6 7 λ σ t c Q 0 (.) c λ σ t c Q 00 7 [ cm] (.6) 000 c Expresión pr hllr el iámetro económico e l tuberí e presión, en l cul se ebe poner tención l cálculo e c o que su vlor epene el plzo e mortizción e l inversión en l tuberí y e l ts e interés l cul se obteng l finncición, c es un nuli. Seguimente, se presentn os expresiones icionles pr el cálculo el iámetro óptimo e l tuberí e presión: F. E. Fhlbusch en un rtículo enomino power tunnels n penstocks: the economics re-exmine, formul: ( ) 7 [ m] 7 D = 0. (.7) P : Cbez net e iseño expres en metros. FALBUSC, F. E. Power tunnels n penstocks : the economics re-exmine. En : Interntionl Wter Power n Dm Construction. Vol. 4 No.6 (June 98); p. -.
7 P: Potenci totl e ls unies que se limentn trvés e l tuberí. Es ecir, que si l tuberí liment n unies, l potenci e est expresión será l sum e ls potencis e ls n unies. Potenci expres en kw. Ecución que permite un estimción rápi el iámetro e l tuberí e presión. G. S. Srkri en rtículo publico en 979: Economic penstock imeters: 0 yer review, present l expresión siguiente: 0. 4 P D = 4. 44 [ pies] (.8) 0. 6 h P: Potenci e ls unies que se limentn en hp. h: Cbez net e iseño en pies. SARKARIA, G. S. Economic penstock imeter : 0 yer review. En : Interntionl Wter Power n Dm Construction. Vol. No. (November 979); p. 70-7. 7