Ver 2ª PARTE
Cargas externas
Hay
situaciones donde la carga externa es el factor de control determinando si la
tubería colapsará. La magnitud de la carga externa depende del diámetro de la
tubería, el material de la tubería, la ovalidad (desviación de lo redondeado)
de la sección transversal de la tubería, la anchura de la zanja, la anchura de
la cubrición, el peso específico del suelo, el grado de saturación del suelo,
el tipo de material de relleno, el método usado para relleno, el grado de
compactación, y las cargas vivas. La carga de la tierra se incrementa con la
anchura y profundidad de la trinchera, y la carga viva se reduce con la
profundidad de la cubrición. El efecto acumulado de todas estas fuentes de
cargas externas requiere considerable estudio y análisis.
Limitaciones de velocidad
Tanto las
velocidades altas como bajas son una preocupación. Si la velocidad es demasiado
baja, se generan problemas como consecuencia de la sedimentación de sólidos y
el aire que se atrapa en los puntos elevados de la tubería. El límite de
velocidad inferior seguro será tal que no se colecte aire y sedimentos y
depende de la cantidad y tipo de sedimento y del diámetro de la tubería y el
perfil de la tubería. Velocidades por encima de 1 m/s son usualmente
suficientes para mover el aire atrapado y mantener el sedimento en suspensión.
Los
problemas asociados con las velocidades altas son (1) erosión de paredes o revestimiento
de la tubería (especialmente si están presentes sedimentos gruesos
suspendidos), (2) cavitación en válvulas de control y otras restricciones, (3)
costes de bombeo incrementado, (4) retirada de aire en válvulas de liberación
de aire, (5) tamaño del operador incrementado y preocupaciones sobre fallos del
eje de la válvula debido a pares de caudal excesivos, y (6) riesgo incrementado
de los transitorios hidráulicos. Todo ello debe considerarse antes de hacer la
selección de diámetro de tuberías. Una velocidad superior típica para muchas
aplicaciones es 6 m/s. Sin embargo, con un diseño de tuberías y análisis más
apropiado, más una selección correcta de válvulas, pueden tolerarse velocidades
mucho más altas.
a. Selección de válvulas
Las válvulas
sirven para una gran variedad de funciones. Algunas funcionan como válvulas de
aislamiento o bloqueo estando totalmente abiertas o cerradas. Las válvulas de
control se usan para regular caudal o presión y deben operar con un amplio
rango de aperturas. Las válvulas de control permiten flujo inverso, y las
válvulas de aire liberan aire durante el llenado inicial y el aire que es
colectado durante la operación y admiten aire cuando la tubería es drenada.
Válvulas de control
Para muchas
aplicaciones de control de caudales es deseable seleccionar una válvula que
tenga características de control lineales. Esto quiere decir que si se cierra
la válvula un 10 %. Lamentablemente, esto es raramente posible ya que la
habilidad de una válvula para controlar el caudal depende tanto del sistema
como del diseño de la válvula. La misma válvula que opera linealmente en un
sistema puede no hacerlo en otro.
Selección de válvulas
Para
seleccionar la válvula de control apropiado se considerarán los siguientes
criterios:
- La válvula no producirá una excesiva caída de presión cuando esté completamente abierta.
- La válvula controlará alrededor del 5 % de su movimiento.
- El par de operación no excederá la capacidad del operador o eje de la válvula y conexiones en cualquier conexión de caudal.
- La válvula no estará sometida a una excesiva cavitación.
- Los transitorios de presión causados por la operación de la válvula no excederán los límites de seguridad del sistema.
- Algunas válvulas no serán operadas en aperturas muy pequeñas. Otras válvulas operarán cerca de su apertura completa.
b. Transitorios
Las
presiones transitorias pueden ocurrir durante el llenado y lavado de aire de la
línea, mientras operan las válvulas, y cuando arrancan o paran las bombas. Si
no se establecen provisiones de diseño y procedimientos operacionales, la
presión transitoria puede exceder la presión de operación de la tubería. Un
sistema será analizado para determinar el tipo y magnitud de posibles
transitorios hidráulicos. La causa básica es el rápido cambio en la velocidad.
Cuanto mayor es el cambio incremental de velocidad y más rápidos tienen lugar
los cambios, mayor será la presión transitoria. Si el sistema de tuberías no
está diseñado para resistir las presiones transitorias altas, o si los
controles no están incluidos para limitar la presión, puede producirse la
ruptura de la tubería o daño en el equipo. En contraste, las tuberías de acero
y plástico admiten presiones transitorias relativamente altas sin fallo.
Los
transitorios pueden ser causados por cambios lentos de velocidad, tales como la
caída del nivel de agua en un tanque. Para analizar estos transitorios se
requiere el uso de ecuaciones diferenciales ordinarias simples. La
comprensibilidad del fluido y la elasticidad del conducto son ignorados, y la
columna completa del fluido se asume se mueve como un cuerpo rígido.
Cuando
ocurren rápidamente cambios en velocidad, tanto la comprensibilidad del líquido
como la elasticidad de la tubería deben ser incluidas en el análisis. La
solución requiere resolver ecuaciones diferenciales parciales.
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