Tipos de Tuberías y sus Características

Fundición: Muy buenas características. Resistente a golpes, presiones elevadas, corrosión y muy resistente a tracción. [Muy durables, fácil mecanización] (Pocas fábricas + Manipulación pesada)

Acero: Resistente a impactos bruscos, presiones elevadas y movimientos del terreno. Pintura alimentaria para agua potable. [Flexible, Fácil puesta en obra y manipulación, cualquier figura] (Alto coste adquisición y montaje)

Hormigón Armado: Elevada resistencia mecánica, al impacto y módulo de elasticidad (E), estabilidad a la intemperie. [Grandes diámetros, buen comportamiento mecánico] (Durabilidad limitada, Difícil encaje de juntas, transporte y manipulación)

Policloruro de Vinilo (PVC): Alta resistencia a agentes químicos, estable a la intemperie, baja fricción. Riesgo de helada, baja resistencia a impactos. [Bajo coste, fácil puesta en obra y manipulación] (Deformable, frágil frente a punzonamiento)

Polietileno: Flexibles. Resistentes a impactos bruscos y agentes químicos (Excelente). Estable a la intemperie (se protegen contra las radiaciones UV y mucha mayor durabilidad enterrada), baja fricción. [Bajo coste, fácil puesta en obra y manipulación, Muy buen comportamiento en terrenos agresivos, Soldable con facilidad] (Deformabilidad)

Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV): Baja densidad y baja resistencia a impactos bruscos. Resistente a los agentes químicos. Fricción media. [Fácil puesta en obra y manipulación, ligero de peso, gran movilidad en juntas, fácil uso para empalmes] (Rotura brusca, Caro)

Acciones para el Cálculo de Tuberías

• Gravitatorias: Peso propio, cargas permanentes o CM y sobrecarga de uso. Acciones del terreno. Empuje activo y pasivo.
• Acción del tráfico.
• Acción del nivel freático. Empuje hidrostático del agua subterránea.
• Acciones reológicas: Producidas por la deformación de los materiales en retracción, fluencia bajo cargas u otras causas.
• Acciones sísmicas: Producidas por las aceleraciones de los terremotos.
• Acciones climáticas: Acción del viento, la nieve y la temperatura.

Criterios para la Elección del Trazado

• Energía disponible (gravedad) o energía requerida (bombeo).
• Orografía.
• Geología → Evitar zonas rocosas o no firmes.
• Buscar corredores (minimizar impacto ambiental).
• Línea piezométrica por encima de la geométrica (P > Patm).
• Comprobar cálculo mecánico para garantizar recubrimiento mínimo.
• Evitar tramos horizontales.
• Respetar Inclinaciones mínimas 3‰ y -5‰.
• Pendiente mayor 25% ponemos anclaje.
• Buscar puntos de desagüe.
• Accesibilidad a arquetas de valvulería y desagües.
• Tramos singulares: sifones, acueductos, hinca, galería…

Mecanismos de Protección contra el Golpe de Ariete

Acción Directa

• Volantes de Inercia: Aumentan la inercia del grupo motor-bomba ralentizando el transitorio. Mayor inercia implica una parada del grupo más lenta, por lo que los cambios de velocidad son suaves, produciendo sobrepresiones/depresiones más discretas. (Alto coste, Par de arranque elevado, Bombas verticales de difícil colocación, Necesidad de equilibrado)
• Válvulas de Retención: Permiten el flujo únicamente en una dirección. Se usan para impedir velocidades de giro inversas en grupos motor-bomba, para evitar el vaciado de la conducción y depósito y/o impedir la recirculación de bombas en paralelo. Si se usa como antiariete (desaconsejable), su aplicación en by-pass sirve para impedir la parada brusca del flujo.
• Válvulas de cierre programado.

Acción Indirecta

• Chimenea de Equilibrio: Conducción instalada en paralelo a la tubería principal con una sección mucho mayor. Sección suficiente para que las ondas de presión/depresión incidan sobre la unión Chimenea-tubo y no se transmita aguas debajo de la chimenea. Acumula o aporta agua en función de la etapa del transitorio al objetivo de laminar picos de presión. [Adecuado para controlar sobrepresiones y depresiones, simple funcionamiento sin mantenimiento, si el diseño es correcto queda protegido aguas abajo] (Solo si C.Piezom. – C.Geom. = C.discreta, recomendable en impulsiones de poca pendiente, puede invertir el flujo con rapidez)
• Tanques Unidireccionales: Similar a la chimenea, pero lleva una válvula de retención que impide el flujo de la tubería hacia el tanque. Su objetivo es evitar la cavitación en puntos altos aportando agua cuando la altura piezométrica en el punto de entronque baja hasta el nivel de la superficie libre del agua. [Mayor flexibilidad en la geometría, la reflexión parcial de las ondas hace que no se introduzcan sobre el grupo de bombeo velocidades de giro inversas] (Necesidad de dispositivos complementarios de protección, Requiere mantenimiento mecánico)
• Calderines: Se colocan justo aguas abajo de la estación de bombeo, debe existir una válvula de retención entre el calderín y la bomba para prevenir el flujo inverso. Cuando falla la estación de bombeo, el aire del calderín se expande y el caudal de la tubería se reduce de forma controlada y lenta. Convierte un transitorio rápido en un fenómeno lento de oscilación en masa [Flexibilidad en la orografía de su instalación, eficaz en perfiles de mucha pendiente, el efecto sobre la onda de presión negativa inicial no depende de la cota inicial de la superficie libre del agua, mayor tamaño mayor reducción de la onda de depresión] (Elevado coste y mantenimiento, necesidad de compresores, reduce la onda pero no la elimina)
• By-Pass: Produce un flujo desde el tanque de aspiración hasta la conducción principal sin pasar por las bombas, evitando así las depresiones. Es importante tener una segunda válvula de retención que impida la descarga hacia el depósito de aspiración.
• Ventosas: Permiten la evacuación y/o admisión de aire. Evitan el aplastamiento de la tubería por la presión atmosférica, cuando se llena o se vacía.
• Válvulas anticipadoras de onda: Reaccionan a la caída de presión y reciben la columna de regreso abiertas, eliminando así el golpe de ariete.
• Válvulas de alivio.

Válvulas de Regulación y Control

• Válvula de compuerta: Movimiento deslizante vertical mediante giro de volante. Forma rectangular o circular. Se suele emplear para regulación de todo-nada (totalmente abierta prácticamente no produce pérdida de carga). Uso en tuberías de diámetros nominales > 400 mm. Cierre inicial poco eficaz.
• Válvula de mariposa: Es un Disco con giro 90º: De posición paralela al flujo (100% abierto) hasta la perpendicular (cierre 100%). Totalmente abierta, apenas genera pérdidas. Cierre inicial muy eficaz. Si D< 160 mm PVC o material metálico, si D >160 mm solo material metálico.
• Válvula de bola: Esfera vaciada con sección cilíndrica interior por donde pasa el flujo. Excelente estanqueidad. No genera pérdidas completamente abierta, con apertura parcial, genera una pérdida de carga elevada que evita la cavitación. Gran uso en pequeño diámetro (hasta 2″). En grandes diámetros uso en aprovechamientos hidroeléctricos (gran estanqueidad).
• Válvula de asiento plano: Diafragma que asienta en posición horizontal impidiendo el paso del fluido. Importante pérdida de carga, incluso abierta. Empleadas para válvulas automáticas. No uso para D>450 mm.

Válvulas Automáticas

• Reductoras de Presión (VRP): Puestas en línea. Provocan una caída de presión y la mantienen fija aguas debajo. Si la presión en la red disminuye, no es inmediato el control (problemas de inestabilidad).
• Sostenedoras de Presión (VSP): Puestas en línea. Mantienen fija la presión aguas arriba de la válvula. Funcionamiento inverso a VRP.
• Válvulas de alivio: Puestas en paralelo con el sistema. Entran en funcionamiento cuando la presión en la línea principal alcanza un umbral establecido. Se usan como protección antiariete, si no funcionan adecuadamente pueden provocar grandes daños.
• Válvulas mantenedoras de caudal (VSQ): Mantienen constante el caudal que circula por la tubería, independientemente de la presión en cabecera. Muy empleadas en riego.

Partes de un Aprovechamiento Hidroeléctrico

• Presa: estructura de elevación para crear el desnivel y/o facilitar la derivación.
• Toma: estructura de control de caudal derivado a la conducción. Debe disponer de dispositivos de control (compuertas o válvulas) y protección (rejas).
• Conducción: elemento de transporte de caudal entre el embalse o derivación y la central. Puede disponer de un tramo en lámina libre o ir completamente a presión.
• Central: edificio donde se produce la transformación en energía eléctrica. Puede ser exterior o subterránea.
• Equipos: grupos turbina-alternador.
• Subestación y línea eléctrica: equipos de protección y de transporte de la energía eléctrica hasta los centros de consumo.