1.5: Tuberías
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Resultados de aprendizaje de los estudiantes
Después de leer este capítulo, deberías poder:
- Describir los diferentes materiales y tamaños de tubería
- Explicar la hidráulica y cómo el agua se mueve a través de tuberías
- Identificar las causas y resultados del golpe de ariete y la tuberculación
A lo largo de la historia de la distribución de agua, un componente crítico para obtener agua de la fuente al cliente son las tuberías. Las tuberías dentro de un sistema de distribución se pueden separar en tres (3) categorías principales:
- Tubería de Transmisión
- Tubería de Distribución
- Tubería de Servicio
Estas tres (3) categorías tienen características y usos muy distintos.
Tubería de Transmisión
Las redes de agua de transmisión (tuberías) son las más grandes en diámetro de las tres. Pueden variar desde tan pequeños como 16” de diámetro hasta más de 120” de diámetro dependiendo del tamaño del sistema de distribución, la ubicación del agua de origen y el número de clientes dentro del área de servicio del sistema de distribución. Los servicios públicos más pequeños con las fuentes de suministro relativamente cercanas al sistema de distribución tendrían las tuberías de menor diámetro, mientras que las empresas más grandes con el agua fuente más alejada del sistema de distribución tendrían tuberías de transmisión de mayor diámetro. Las redes de agua de transmisión transportan grandes volúmenes de agua desde la fuente hasta áreas dentro del sistema de distribución principal. Comúnmente se instalan sin ninguna otra conexión a la tubería hasta que llega al sistema de distribución. Sin embargo, en sistemas de distribución más pequeños puede haber tuberías adicionales conectadas a una tubería de transmisión e incluso puede haber conexiones de servicio. A continuación se muestra un ejemplo de una tubería principal de agua de transmisión.
Tubería de Distribución
Las tuberías del sistema de distribución son simplemente eso, tuberías que distribuyen el agua en todo el sistema de distribución. Los diámetros de las tuberías del sistema de distribución varían desde tan pequeños como 4” hasta 24” y, a veces, más grandes. Los tamaños más comunes de las redes de agua del sistema de distribución son de 8” — 12”. La red de distribución se conecta a la red de transmisión ya que estas tuberías ingresan a un sistema Estas redes de agua se ramifican en carreteras dentro de las comunidades para llevar suministros de agua a los clientes.
Servicio Principal
Para obtener agua de la tubería principal de distribución a un cliente, se adjunta una principal de servicio (lateral) a la principal de distribución. En el diagrama anterior, se puede ver esta tubería entre la distribución principal y un punto negro. El punto negro representa el medidor de agua o punto de conexión entre la infraestructura de servicios de agua y las tuberías del cliente. Los laterales de servicio suelen variar en tamaño de 1” a 10” de diámetro. La mayoría de los laterales de servicio residencial unifamiliar son de 1” a 2” de diámetro, mientras que los servicios comerciales más grandes pueden variar en tamaño hasta 10” de diámetro y a veces incluso más grandes. El tamaño de un lateral de servicio depende de la cantidad de agua que use el cliente.
Selección de Tubería
Hay una serie de cosas, que dictan el tipo de material de tubería que seleccionaría una empresa de servicios públicos. Como se discutió anteriormente, el uso es algo que las utilidades miran para determinar el material a usar. Otras cosas incluyen resistencia a la corrosión, suavidad interior, costo, facilidad de uso, resistencia y condiciones locales (es decir, tipo de suelo).
Materiales para tuberías
Existen diversos materiales utilizados para la red de agua. En el siglo XIX hasta principios del siglo XX, se utilizaron tuberías de agua de madera. La madera era un material utilizable porque los troncos de madera ahuecados no se expandieron como tubos metálicos y el grosor proporcionaba propiedades de aislamiento. Sin embargo, a medida que los sistemas de distribución se volvieron más sofisticados y las presiones aumentaron, las tuberías de madera fueron reemplazadas por tuberías de hierro fundido gris
La tubería gris de hierro fundido (CIP) era más fácil de fabricar. Eran fuertes y proporcionaron una larga vida útil. Uno de los principales inconvenientes de esta tubería fue su fragilidad. Si la tubería no se manejara con cuidado, se agrietaría fácilmente. Otro inconveniente importante fueron las juntas vertidas con plomo. Con el fin de conectar correctamente las secciones de la tubería entre sí, se vertió una junta de plomo fundido alrededor de cada punto de conexión.
Tubo de hierro dúctil
A principios de la década de 1970, las plantas de fabricación se alejaron del CIP y comenzaron a fabricar tuberías de hierro dúctil (DIP). El DIP es aún más fuerte que el CIP, más versátil, no quebradizo y no utiliza ningún plomo. El único inconveniente del DIP es la susceptibilidad a la corrosión de aguas y suelos agresivos. Para proteger el interior de DIP de la corrosión, comúnmente están revestidos con mortero de cemento. Si los suelos son corrosivos, DIP generalmente se envuelve en bolsas de plástico. Las imágenes a continuación muestran ejemplos de DIP y DIP con revestimiento de mortero de cemento (CML) que ha sido “embolsado” antes de la instalación. La INMERSIÓN generalmente viene en diámetros de 4” — 64” y generalmente en longitudes de 18' — 20'. El rango de presión para DIP es de 150 psi a 350 psi.
Tubería de Acero
La tubería de acero se ha utilizado desde hace más de un siglo. A mediados del siglo XIX, cuando las presiones del agua eran altas, la tubería de acero se fabricaba comúnmente para su uso. Si bien la tubería de acero se puede fabricar a diámetros pequeños (4”), el uso más común de la tubería de acero es cuando se necesitan diámetros grandes. Los diámetros de tubería de acero varían hasta 120” e incluso más grandes si es necesario. La tubería de acero es más liviana que CIP y DIP y se puede fabricar para necesidades especiales. Algunas de las principales desventajas de la tubería de acero son la corrosión interna y externa y el potencial de un vacío parcial para colapsar la tubería.
Tubería de Asbesto-Cemento
La tubería de amianto y cemento (ACP) se introdujo por primera vez en Estados Unidos alrededor de 1930. Se utilizó comúnmente en áreas donde la tubería metálica estaba sujeta a corrosión. Las clases de presión no suelen ser tan altas como las tuberías hechas de metal, pero vienen en rangos de presión de hasta 200 psi. ACP solo viene en diámetros que van de 4” a 42” y las longitudes (10' — 13') son más cortas que su contraparte DIP. ACP no se somete a aguas agresivas como tubería metálica, es bastante ligera y tiene una superficie interior relativamente lisa. Es bastante quebradizo y puede agrietarse si no se maneja adecuadamente. Se deben tomar precauciones especiales de seguridad para evitar que los empleados se expongan a las fibras de asbesto.
Tubo de cloruro de polivinilo
La tubería de cloruro de polivinilo (PVC) se introdujo por primera vez hacia 1940. La durabilidad, la resistencia a la corrosión, el peso ligero y la rentabilidad pronto se volvieron muy atractivos en la industria de las obras hidráulicas. Debido a que estas tuberías están hechas con cloruro de vinilo, deben ser probadas y cumplir con ciertos criterios para garantizar que no se lixivien productos químicos nocivos. En algunos casos, la tubería de PVC también puede causar problemas de sabor y olor. Otra característica deseable de las tuberías de PVC es la flexibilidad. Al usar tuberías de PVC, se debe tener especial cuidado al almacenar durante largos períodos de tiempo ya que el plástico es susceptible y puede dañarse por la luz ultravioleta.
Las tuberías antes mencionadas se utilizan principalmente para tuberías de transmisión y distribución. El material utilizado para los laterales de servicio es comúnmente hecho de cobre o PVC. Sin embargo, en años pasados, también se utilizaron tuberías galvanizadas. El cobre es maleable y resistente a la corrosión, lo que lo convierte en un material perfecto para tuberías entre una tubería de distribución y el punto de conexión a un cliente. También se utiliza PVC, siendo el tipo preferido de PVC el polibutileno ya que no está tan estriado como el horario 40 o el horario 80.
Conexiones de tubería
Las tuberías de agua generalmente están conectadas entre sí con juntas mecánicas o de empuje y, a veces, conexiones con bridas. El tipo de conexión está determinado por la instalación. Por ejemplo, las instalaciones de tuberías sobre el suelo, como en las estaciones de bombeo, las conexiones con bridas son muy comunes. Una conexión con brida proporciona una conexión fuerte y estriada y permite un fácil desmontaje si se necesita quitar una sección de tubería u otro elemento de conexión. Las conexiones con bridas no son tan comunes en las instalaciones subterráneas, principalmente debido a las tuercas y pernos expuestos de los accesorios con brida. Las tuberías conectadas con juntas de empuje se fabrican en un estilo de “campana” y “espiga”. El extremo de la campana es un extremo acampanado más ancho y la espiga es más estrecha y cónica. Vea el ejemplo a continuación.
El extremo de la campana tiene una junta en su interior y el extremo de la espiga se “empuja” para hacer la conexión. Ambos extremos de la tubería deben limpiarse y lubricarse a fondo antes de realizar la conexión. Uno de los principales problemas con las juntas push-on es la posibilidad de que las juntas se separen bajo ciertas condiciones. Además, en pendientes, se deben instalar juntas de empuje con el extremo de la campana mirando hacia arriba. Esto evitará que el extremo de la espiga se deslice fuera de la campana. En algunos casos donde se necesita soporte adicional, existen ciertas restricciones que se pueden usar. Estos tipos de conexiones suelen ser menos costosas que otras conexiones y son más fáciles de instalar.
Las juntas mecánicas, las uniones restringidas y las conexiones con bridas también se utilizan para conectar tuberías y accesorios entre sí. Las conexiones con bridas generalmente se limitan a las instalaciones sobre el suelo debido al potencial de corrosión y suciedad que se llena alrededor de los pernos.
Las juntas mecánicas son similares a las juntas de empuje. Sin embargo, tienen un medio para “bloquear” la tubería y los accesorios juntos. Las juntas restringidas se utilizan con accesorios a presión y requieren algún tipo de sistema de restricción. A continuación se muestra un ejemplo de uno de tales sistemas de restricción, las varillas mega lug. Las barras de unión son otro tipo de sistema de restricción. Estos ayudan a sostener dos barras de tubería juntas.
Preguntas de muestra
- Las conexiones de tubería con bridas son muy comunes ___________.
- En instalaciones bajo tierra
- Solo para sistemas de alcantarillado
- En instalaciones sobre el suelo
- Ninguna de las anteriores
- Las tuberías de fibrocemento vienen en longitudes ___________.
- Más largo que DIP
- Más corto que DIP
- Lo mismo que DIP
- Todo lo anterior
- Transmisión de la red de agua entregar ___________.
- Agua directamente a los clientes
- Agua a plantas de tratamiento
- Llevar grandes cantidades de agua
- Agua directamente de los laterales de servicio
- ¿Cuál de los siguientes sería un pedido correcto de cómo llega el agua a un cliente?
- Fuente, distribución principal, transmisión principal, servicio lateral
- Lateral de servicio, distribución principal, transmisión principal, fuente
- Fuente, transmisión principal, lateral de servicio, principal de distribución
- Fuente, transmisión principal, distribución principal, servicio lateral
- ¿Cuál de los siguientes materiales de tubería es más susceptible al colapso por vacío parcial?
- Acero
- DIP
- Plástico
- Concreto