Agua potable6

La linea de conduccion en un sistema de abastecimiento de agua potable por gravedad es el conjunto de tuberias, valvulas, accesorios,
estructurasy obras de arte encargados de la conduccion del agua desde
la captacion hasta el reservorio, aprovechando la carga estatica
existente. Debe utilizarse al maximo la energia disponible para
conducir el gasto deseado, lo que en la mayoria de los casos nos llevara
a la seleccion del diametro minimo que permita presiones iguales o
menores a la resistencia fisica que el material de la tuberia soporte.
Las tuberias normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el caso
de que, a lo largo de la ruta por donde se deberia realizar la instalacion
de las tuberias, existan zonas rocosas insalvables, cruces de quebradas,
terrenos erosionables, etc. que requieran de estructuras especiales.
Para lograr un mejor funcionamiento del sistema, a lo largo de la linea
de conduccion puede requerirse camaras rompe presion, valvulas de
aire, valvulas de purga, etc. Cada uno de estos elementos precisa de
un diseno de acuerdo a caracteristicas particulares.
Todas estas consideraciones seran desarrolladas en el presente capitulo
y serviran para disenar y definir los diametros de las tuberias y la
ubicacion de las camaras rompe-presion.

5.1 CRITERIOS D DISENO
E
Definido el perfil de la linea de conduccion, es necesario considerar
criterios de diseno que permitan el planteamiento final en base a las
siguientes consideraciones:

La carga disponible (Figura 5.1) viene
representada por la diferencia de
elevacion entre la obra de captacion
y el reservorio.

PERFIL DE L A LlNEA

DE WNDUCCION

Figura 5.1 : Carga disponible en la unea de conduccion

El gasto de diseno es el
correspondiente al gasto maximo
diario (Qmd), el que se estima
considerando el caudal medio de la
poblacion para el periodo de diseno
seleccionado (Qm) y el factor K1 del
dia de maximo consumo (ver
Capitulo 2).

Las clases de tuberia a seleccionarseestaran definidas por las maximas
presiones que ocurran en la linea representada por la linea de carga
estatica. Para la seleccion se debe considerar una tuberia que resista
la presion mas elevada que pueda producirse, ya que la presion maxima
no ocurre bajo condiciones de operacion, sino cuando se presenta la
presion estatica, al cerrar la valvula de control en la tuberia.
En la mayoria de los proyectos de abastecimiento de agua potable
para poblaciones rurales se utilizan tuberias de PVC. Este material
tiene ventajas comparativas con relacion a otro tipo de tuberias: es
economico, flexible, durable, de poco peso y de facil transporte e
instalacion; ademas, son las tuberias que incluyen diametros
comerciales menores de 2 pulg y que facilmente se encuentran en el
mercado.
En el Cuadro 5.1 y la Figura 5.2, se presentan las clases comerciales
de tuberias PVC con sus respectivas cargas de presion.

Clase de tuberias PVC y maxima presion de trabajo

DE CAROA ESTATICA

------------------

A,

U

z

5 0

0
>

70

J
1 0
0

DISTANC 1 A<mi

TRAMO
AB

: TUBERIA CLASE

5

BC

: TWERIA

7.5

CD

: N B E R I A CLASE

DE

:

CLASE

TUBERlA CLASE

1
0
15

gura 5.2 : Presiones mjximas de trabajo para diferentes clases de tuberias PVC

Cuando las presiones sean mayores a las que soporta la tuberia PVC,
cuando la naturaleza del terreno haga antieconornica la excavacion y
donde sea necesaria la construccion de acueductos, se recomienda
utilizar tuberia de fierro galvanizado.

Para determinar los diametros se consideran diferentes soluciones y
se estudian diversas alternativas desde el punto de vista economico.
Considerando el maximo desnivel en toda la longitud del tramo, el
diametro seleccionado debera tener la capacidad de conducir el gasto
de diseno con velocidades comprendidas entre 0.6 y 3.0 mls; y las
perdidas de carga por tramo calculado deben ser menores o iguales a
la carga disponible.

- Valvulas de aire
El aire acumulado en los puntos altos provoca la reduccion del area
de flujo del agua, produciendo un aumento de perdida de carga y una
disminucion del gasto. Para evitar esta acumulacion es necesario
instalar valvulas de aire pudiendo ser automaticas o manuales. Debido
al costo elevado de las valvulas automaticas, en la mayoria de las
lineas de conduccion se utilizan valvulas de compuerta con sus
respectivos accesorios que requieren ser operadas periodicamente.
(ver Figura 5.3).

- Valvulas de purga
Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la linea de
conduccion con topografia accidentada, provocan la reduccion del
area de flujo del agua, siendo necesario instalar valvulas de purga que
permitan periodicamente la limpieza de tramos de tuberias
(ver Figura 5.4).

I

Figura 5.3 : Valvula de aire manual

Figura 5.4 : Valvula de purga

- Camaras rompe-presion
Cuando existe mucho desnivel entre
la captacion y algunos puntos a lo
largo de la linea de conduccion,
pueden generarse presiones superiores a la maxima que puede soportar una tuberia. En esta situacion,
es necesaria la construccion de
camaras rompe-presion que
permitan disipar la energia y reducir
la presion relativa a cero (presion
atmosferica), con la finalidad de
evitar danos en la tuberia. Estas
estructuras permiten utilizar tuberias de menor clase, reduciendo
considerablementelos costos en las
obras de abastecimiento de agua
potable.

En la Figura 5.5 se ilustra la ubicacion de las 1
estructuras complementarias de la linea de
conducion.

La linea de gradiente hidraulica (L.G.H.) indica
la presion de agua a lo largo de la tuberia bajo
condiciones de operacion. Cuando se traza la
linea de gradiente hidraulica para un caudal que
descarga libremente en la atmosfera (como
dentro de un tanaue). ~ u e d e
resultar aue la
presion residual en el punto de descarga se
vuelva positiva o negativa, como se ilustra en la
Figura 5.6.

.

, . a

En el Figura 5.6a se observa la
presion residual positiva, que indica
que hay un exceso de energia
gravitacional; quiere decir, que hay
energia suficiente para mover el
flujo. En la Figura 5.6b se observa
la presion residual negativa, que
indica que no hay suficiente energia
gravitacional para mover la cantidad
deseada de agua; motivo suficiente
para que la cantidad de agua no
fluya. Se puede volver a trazar la
L.G.H. usando un menor caudal y10
un diametro mayor de tuberia con
la finalidad de tener en toda la
longitud de la tuberia una carga
operativa de agua positiva.

Figura 5.5 : Ubicacion de estructuras complementarias

PRESlON RESIDUAL
PosITlvA GII

O)

FlRESION RESIDUAL POSITIVA

PERDIDA DE
CARGA

PI)ESION RESIDUAL
NEOATIVA 1 - 1

La perdida de carga es el gasto de
energia necesario para vencer las
b ) PRESION RESIDUAL NEGATIVA
resistencias que s e oponen al
movimiento del fluido de un punto
Figura 5.6 : Presiones residuales positivas y negativas
a otro en una seccion de la tuberia.
Las perdidas de carga pueden ser lineales o de friccion y singulares o
locales. Las primeras, son ocasionadas por la fuerza de rozamiento
en la superficie de contacto entre el fluido y la tuberia; y las segundas
son producidas por las deformaciones de flujo, cambio en sus
movimientos y velocidad (estrechamientoso ensanchamientosbruscos
de la seccion, torneo de las valvulas, grifos, compuertas, codos, etc.).
Cuando las perdidas locales son mas del 10% de las perdidas de
friccion, la tuberia se denomina corta y el calculo se realiza
considerando la influencia de estas perdidas locales.

Debido a que en la linea de conduccion las perdidas locales no superan
el lo%,para realizar los calculos hidraulicos solamente se consideran
las perdidas por friccion.

Para el calculo de la perdida de carga unitaria, pueden utilizarse muchas
formulas, sin embargo una de las mas usadas en conductos a presion,
es la de Hazen y Williams. Esta formula es valida unicamente para
tuberias de flujo turbulento, con comportamiento hidraulico rugoso y
con diametros mayores a 2 pulg.
Las Normas del Ministerio de Salud, para el calculo hidraulico
recomiendan el empleo de la formula de Fair-Whipple para diametros
menores a 2 pulg.; sin embargo se puede utilizar la formula de Hazen
y Williams, con cuya ecuacion los fabricantes de nuestro pais elaboran
sus nomogramas en los que incluyen diametros menores a 2 pulg.
(ver Figura 5.7).
Para los propositos de diseno se considera:

Ecuacion de Hazen y Williams

Donde:
D
Q
hf
C

= Diametro de la tuberia (pulg).
= Caudal (11s).
= Perdida de carga unitaria (m/Km).
= Coeficientede Hazen - Wiliiams expresadoen @ie)lRlseg.

En caso de usar:
MATERIAL
Fierro fundido
Concreto
Acero
Asbesto Cemento/P.V.C

C
1O0
110
120
140

Para una tuberia de PVC o asbesto-cemento, donde el valor de C=140;
el caudal, la perdida de carga unitaria y el diametro quedan definidos
como:

Figura 5.7 : Nomograma para la formula de Hazen y Williams (para tuberia con C = 140)

Donde:

Q = Caudal (Vs).
hf = Perdida de carga unitaria (mlm).
D = Diametro de la tuberia (pulg).

Ecuacion de Fair-Whipple
Para una tuberia donde el valor de C=140, el caudal, la perdida de
carga unitaria y el diametro quedan definidos como:

x
Q = 2.8639 x D2.71 hf0."

Q
hf=(

)1.75
2.8639 x D2.71

Q
D =(

)"
O
.

2.8639 x hf

0s7

Donde:
Q = Caudal en Vs.
hf = Perdida de carga unitaria en m/m.
D = Diametro en pulg.
B)

PERDIDA E CARCA POR TRAMO
D

La perdida de carga por tramo (Hf) se define como:
Hf=hfxL
Siendo L la longitud del tramo de tuberia (m).
Para determinar la perdida de carga por tramo es necesario conocer
los valores de carga disponible, el gasto de diseno y la longitud del
tramo de tuberia. Con dicha informacion y con el uso de nomogramas
o la aplicacion de formulas se determina el diametro de tuberia. En
caso de que el diametro calculado se encuentre entre los rangos de
dos diametros comerciales se selecciona el rango superior o se
desarrolla la combinacion de tuberias. Con el diametro o los diametros
seleccionadosse calculan las perdidas de carga unitaria para finalmente
estimar la perdida de carga por tramo.

Determinar los calculos hidraulicos de la linea de conduccion para la
siguiente condicion:
Datos:
= 2.1 Vs.
Gasto de diseno(Qmd)
Longitud de tuberia (L) = 380 m.
Cota captacion (cota cap.) = 2500 msnm.
= 2450 msnm.
Cota reservorio(R)

presenta un ejemplo
cuya informacion es la
siguiente:

,

ioc

N

m<

LO0
DISTAHC18

I

~

-8"

+

I

Figura 5.8 : Perfil longitudinal de una linea de conduccion

Considerando un solo diametro de tuberia.
Calculos:
Carga disponible

= Cota capt. - Cota reserv.
= 2500 - 2450 = 50 m.

Carga disponible
Perdida de Carga unitaria(hf) =

L
5O
hf=

- - = 0.1316 (131.6 "lw)
-

380
Para determinar el valor del diametro mediante el uso del nomograma
de Hazen-Williams (Figura 5.7), se consideran los valores del gasto
de diseno (2.1 11s) y la perdida de carga unitaria (131.6 m. por cada
1000 m). Con dicha informacion resulta un diametro de tuberia
comprendida entre 1" y 1 112".
Como el diseno considera un solo diametro, se selecciona el de 1 112"
La perdida de carga unitaria real se estima con la ayuda del nomograma
cuyos valores de entrada son el gasto de diseno (2.1 11s) y el diametro
selecccionado (1 112"); resultando el valor de 100%. Adicionalmente
se hace lectura de la velocidad cuyo valor es de 1.9 m/s y se encuentra
dentro del rango recomendado.
Conocido el valor de la perdida de carga unitaria se estiman los valores
de perdida de carga por tramo:
Perdida de carga unitaria(hf)

= 100 "Io0

Lxhf
Perdida de carga en el tramo (Hf) =

1O00
380 x 100
= 38.00 m.

Hf =

1000

Para determinar con mayor precision el valor del diametro de tuberia,
se utilizan las ecuaciones de Hazen-Williams y de Fair Whipple. En
caso que el resultado no represente un diametro comercial, al igual
que con el uso del nomograma, se selecciona el diametro mayor.
Considerando los datos del ejemplo y reemplazando en la ecuacion
5.4 (Hazen-Williams), se obtiene el valor del diametro (D):
Reemplazando los valores de Q (2.1 Vs) y hf (0.13 16 m/m) se obtiene:
D = 1.44" ; siendo su valor comercial de 1 112"
Con el valor del diametro comercial de tuberia selecccionadade 1 112"
y el gasto de diseno de 2.1 11s se estima la perdida de carga unitaria
mediante la ecuacion 5.3, resultando:
hf=O.lOl3 m/m.
Perdida de carga en el tramo ( Hf ) = L x hf
Hf= 380 x 0.1013 = 38.50 m.
Este valor permite el calculo de la presion dinamica, como sedescribe
en el siguiente acapite.

DE REFERENCIA

Figura 5.9 : Energias de posicion. presion y velocidad

En la linea de conduccion, la presion representa la cantidad de energia
gravitacional contenida en el agua. En un tramo de tuberia que esta
operando a tubo lleno, podemos plantear la ecuacion de Bemoulli:

Donde:
Z = Cota del punto respecto a un nivel de referencia
arbitraria (m).
P
- = Altura o carga de presion "P es la presion y y el peso
y
especifico del fluido" (m).
V = Velocidad media del punto considerado (mls).
Hf = Es la perdida de carga que se produce en el tramo
de 1 a 2 (m).
Se asume que la velocidad es despreciable debido a que la carga de
velocidad, considerando las velocidades maximas y minimas, es de
46 cm. y 18 cm. En base a esta consideracion la ecuacion 5.9 queda
definida como:

p,

p2

--- + Z, + = Z2 + -+ Hf

DE REFERENCIA

Figura 5.10 : Energias de posicion y presion

Se recomienda iniciar el diseno desde la c6mara de ca~tacion. esta
En
estructura la presion es igual a la presion atmosferica, por lo que la
carga de presion se asume como cero. El mismo criterio se aplica
cuando se considera en el diseno como punto de partida una camara
rompe presion, resultando al final del tramo:

- p2
Y

- Z, - Z,

- Hf
NIVEL DE CARGA E S T A T I C A

1

1

v
D I S T A N C I A (m)

Figura 5.11 : Equilibrio de presiones dinamicas

Utilizando los datos del ejemplo anterior y considerando el valor de
Hf = 38.50 m., se presenta el calculo de la cota piezometrica y de la
presion al final del tramo (Figura 5.12):
cota piezxeserv.
cota piez.reserv.
presion final del tramo
presion final del tramo

*
2000

= cota piez.reserv - cota reserv.
= 2461.50 - 2450.00 = 11.50 m.

NIVEL DE CARO* ESTATIC*

4-

-

= cota terr.cap. - Hf
= 2500.00 - 38.50 = 2461.50

S

"1

= YI.Xln

'

'.
.

:
2.30

-

IW

300

-0
OISTANCIA

31
10

1.1

Figura 5.12 : Representacion de la presion final, perdida de carga por tramo y linea de gradiente
hidraulica (L.G.H.)

5.5 COMBINACION DETUBER~AS
Cuando se disena una seccion de tuberia puede no haber un diametro
unico de tuberia disponible que de el factor de perdida de carga por
friccion deseado. En este caso se usara una combinacion de diametros
de tuberias.
El metodo para disenar la Iinea de conduccion mediante la
combinacion de tuberias tiene las ventajas de: manipular las perdidas
de carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles y
disminuir considerablemente los costos del proyecto; al emplearse
tuberias de menor diametro y en algunos casos, evita un mayor numero
de camaras rompe presion.
La longitud de cada tuberia debe ser suficiente como para que la suma
de las perdidas de carga de cada una sea igual a la perdida de carga
total deseada. De la Figura 5.13 se define lo siguiente:
Hf
= Perdida de carga total deseada (m).
L
= Longitud total de tuberia (m).
X
= Longitud de tuberia del diametro menor (m).
L-X = Longitud de tuberia del diametro mayor (m).
hfl
= Perdida de cargaunitariadela tub. de mayor diametro.
hf2 = Perdida de carga unitaria de la tub. de menor diametro.
hfl x (L - X) = Perdida de carga del tramo de diametro
mayor (Hfl).
hf2 x X = Perdida de carga del tramo de diametro menor (Hf2).

Figura 5.13 : Perfil de la combinacion de tuberias

La perdida de carga total deseada Hf, es la suma de las perdidas de
carga en los dos tramos de tuberia.

Despejando el valor de la longitud de la tuberia de diametro menor
(X) resulta:
Hf - (hf 1 x L)
X=
hf2 - hfl

Con la finalidad de mostrar paso a paso el procedimiento de diseno
de la linea de conduccion, se considera un proyecto desarrollado por
SER en la sierra norte del departamento de Lima (Figura 5.14).
Datos:
Qmd
Cota captacion
Cota del reservorio
Carga disponible

= 1.18Vs.

= 3506.00 m.s.n.m.
= 3322 m.s.n.m.
= 184 m.

Analisis preliminar
Para la instalacion de la linea de conduccion se proyecta el uso de
tuberias de PVC, clase 10 y C=140. Los diametros y longitudes seran
definidos mediante calculos hidraulicos considerando velocidades
maximas y minimas de 3.0 d s y 0.6 d s , respectivamente; mientras
que para la ubicacion de las camaras rompe presion, se consideran
presiones estaticas maximas de 70 m. y presiones dinamicas minimas
de 5 m.
La carga disponible entre la camara de captacion y el reservorio de
regulacion es de 184 m. Este valor es mayor que la presion maxima
de trabajo que soportarian las tuberias PVC, por lo que es necesario
plantear la constniccion de dos camaras rompe presion.
Como se puede observar en la Figura 5.15, desde la captacion a la
rompe presion nro 1 hay 420 m de longitud y 59 m de desnivel. En
este tramo si se instalara una tuberia de l", se obtendrian presiones
negativas, por consiguiente sera necesario utilizar una tuberia de mayor
diametro.

Figura 5.15 : Perfil longitudinal desde la captacion a la rompe - presion No 1

Calculo preliminar de la perdida de carga unitaria disponible:

En el nomograrnade Hazen y Williarns (Figura 5.7), con Qmd = 1.18 11s y
hf= 140 n/uo, se obtiene un diametro entre 1" y 1 112".
En base a esta informacion, se proyecta realizar una combinacion de
tuberias considerando una presion residual de 10 m. y diametros
comerciales de 1 y 1 112".
El segundo tramo, comprendido entre la rompe presion nro. 1 y la
rompe-presion nro. 2 tiene 540 m. de longitud y 69.50 m. de desnivel.
Si se considerase una tuberia de 1" resultaria una presion negativa,
mientras que con tuberia de 1 112" resulta una presion mayor que la
residual deseada (20 m.); por lo que, al igual que en el primer tramo,
se realiza una combinacion de tuberias adoptando diametros de 1" y
1 112".

La presion residual, como se indica en el item 5.2, es la energia necesaria
para mover el flujo, pudiendo ser esta igual o mayor a cero. Las Normas
del Ministerio de Salud recomiendan presiones dinamicas mayores de 5
metros y menores de 50 metros, siendo ello motivo mas que suficiente
para que en el presente ejemplo se asuma arbitrariamente 10 y 20 metros
de presion residual para el primer y segundo tramo, respectivamente.

A partir de la rompe presion nro. 2, hay 55.50 m. de desnivel hasta la
ubicacion del reservorio. A pesar de no ser necesaria, se instalara la
camara rompe presion nro. 3 a un desnivel de 48.75 m. Esta camara
cumplira la funcion de suministrar directamente el agua a la linea de
aduccion y que la poblacion no se perjudique cuando se realice la
limpieza o reparacion del reservorio.
Se ha identificado como tercero el tramo comprendido entre la rompe
presion nro. 2 y la rompe presion nro. 3, y como cuarto al tramo
comprendido entre la rompe presion nro. 3 y el reservorio; en este
caso, a diferencia de los dos primeros tramos, se proyecta la instalacion
de tuberia de un solo diametro usandose 1" para el tercer tramo y
1 112" para el cuarto tramo (ver Figura 5.14).
La identificacion de tramos con sus respectivas longitudes, cotas y
desnivel se muestran en el siguiente Cuadro:

Identificacion de tramos en la Iinea de conduccion

INICIAL

FINAL

DIFER.
DE
COTA

COTAS
TRAMO

LONGITUD

.

Capt. - CRI

420

3506.00

3447.00

59.00

CRI - CR2

540

3447.00

3377.50

69.50

Procedimiento de calculo
A fin de presentar el diseno de la tuberia, se agmparan los tramos con
semejantes requerimientosde calculo. Para el caso del primer y segundo
tramo, se utilizara la combinacion de tuberias con diametros de
1 112" y 1".
El procedimiento de calculo en base al item 5.5, considera como
conocidos la longitud de tuberia, el caudal de diseno y una perdida de
carga por friccion deseada.

Los datos y calculos se ordenan en forma tabular en el Cuadro 5.3.
Los valores de cada columna se explican a continuacion:
Columna 1
Columna 2
Columna 3
Columna 4
Columna 5
Columna 6
Columna 7
Columna 8

Columna 9

Identificacion del tramo.
Longitud total del tramo (L) en m.
Caudal de diseno (Qmd) en 11s.
Cota inicial del terreno en m.s.n.m.
Cota final del terreno en m.s.n.m.
Presion residual deseada (p) en m.
Perdida de carga deseada (Hf) en m. Se calcula
mediante: Co1.4 - Co1.5 - (201.6.
Perdida de carga unitaria deseada (hf) en m. Se calcula
mediante : Co1.71Co1.2 (para cada diametro
seleccionado).
Diametros considerados en la combinacion de tuberias
(pulg.). Estos diametros se eligen en base al valor del
diametro para el coeficiente C=140, obtenido mediante
la ecuacion:

Por ejemplo; para el primer tramo se tiene:

Aplicando la formula se obtiene un diametro (D) de
1.16". Este valor se encuentra entre los diametros
comerciales de 1" y 1 1/2",los que seran utilizados para
la combinacion.
Columna 10 Velocidad del flujo (V) definida mediante la formula:

Siendo Q el gasto en 11s (Col.3) y D el diametro en pulg.
(Col. 9).
Columna 11 Perdida de carga unitaria (hf l y hf2) en m., calculada
para cada diametro de tubena seleccionada mediante
la ecuacion:

Donde:
Q =gasto en 11s (Co1.3).
D =diametro en pulg (Co1.9).

Columna 12

Longitud de tuberia:
Para el diametro mayor es igual a la longitud total (L)
menos la longitud de tuberia de diametro menor (X).
Para el diametro menor es igual a X, siendo:
Hf - (hf 1 x L)
X=
hf2 - hfl
Con Hf de la Col. 7, L de la Co1.2 y hf2 y hfl de la
Col.11.

Columna 13 Perdida de carga de la longitud total de tuberia (Hfl y
Hf2) considerando cada diametro, siendo igual al
producto de los valores de la Col. 11 y 12 (hfl x L-X y
hf2 x X).
Columna 14 Cota inicial del terreno (m.s.n.m.). Para el diametro
mayor es igual a la cota inicial del terreno (Co1.4);
mientras que para el diametro menor es igual a la cota
final del tramo de tubena de diametro mayor. Este ultimo
valor se obtiene en el plano del perfil de terreno
(Figura 5.14), entrando con la longitud de tramo de
diametro mayor.
Columna 15 Cota final del terreno (m.s.n.m.), obtenida del plano del
perfil del terreno al final de la tuberia de diametro mayor;
mientras que para la tubena de diametro menor, es igual
al valor de la cota del terreno (Co1.5).
Columna 16 Desnivel del terreno (m), igual a la diferencia de la
Col.14 y laCo1.15.
Columna 17 Perdida de carga acumulada (m), igual al valor
acumulado de la Col. 13.
Columna 18 Cota piezometrica inicial (m.s.n.m.), inicialmente igual
al valor de la Co1.4 y en el caso de la seccion posterior
igual a la piezometrica final de la seccion anterior.
Columna 19 Cota piezometrica final (m.s.n.m.), igual a la diferencia
de la Col. 18 y la Col. 13.
Colurnna.20 Altura de presion (Ply), igual a la diferencia de la Col.
19 y lacol. 15.
Para el caso del tercer y cuarto tramo, donde se utlizara un solo
diametro, se considera como conocida la longitud total, el caudal de
diseno y el desnivel. El procedimiento de calculo se ordena en forma
tabular en el Cuadro 5.4; la explicacion de cada columna es la siguiente:
Columna 1
Columna 2
Columna 3
Columna 4
Columna 5
Columna 6
Columna7

Identificacion del tramo.
Caudal de diseno (Qmd) en 11s.
Longitud total del tramo en m.
Cota inicial del terreno en el tramo (m.s.n.m.).
Cota final del terreno en el tramo (m.s.n.m.).
Desnivel del terreno en m. Este valor es igual a la
diferencia de la Co1.4 y 5.
Perdida de carga unitaria disponible. Se calcula
mediante la relacion: Co1.61Co1.3.

CUADRO
5.3

Calculos hidraulicos del 1er y 2do tramo (metodo de combinacion de tuberias)
Longitud Caudal COTA DELTERRENO

Presion

Perdida

/

Perdida

TRAMO

1

1

Perdida
de carga

1

COTADELTERRENO

/

Desnivel

1

Perdida
acurnuluda

unitaria
Hfl.Hf-2

1

COTAPIEZOMETR~

I
Inicial

Final

Presion
Final
(m)

I
Cap1 - RP N0I

Nota: A partirdelacolumna9 seestanconsiderandodos valores paracadacolumna; el p r i m p a r a e l d i a m e m mayory el segundo parael diameto menor.

20

Columna 8

Diametro de tuberia (para C=140):

Para el tercer tramo se tiene:

Se obtiene D = 0.897", valor que se encuentra entre
los diametros comerciales de 314" y 1".
Con fines de diseno se elige el diametro mayor, para
este caso 1".
Columna9

Velocidad de flujo en mis. Se obtiene con
V=1.9735Q/D2 para Q de la Co1.2 y D de la Co1.8
Columna 10 Perdida de carga unitaria calculada mediante la
ecuacion:

Donde:
Q = Caudal de diseno en 11s (Co1.2).
D = Diametro en pulg (Co1.8).
Columna 11 Perdida de carga del tramo igual al producto de la Co1.3
y 10.
Columna 12 Cota piezometrica inicial (m.s.n.m.) igual a valor de
la Co1.4.
Columna. 13 Cota piezometrica final (m.s.n.m.) igual a la
diferencia de la Col. 12 y la Col. 11.
Columna 14 Altura de presion (Po) igual a la diferencia de la Col.
13 y la Col. 5.
Los valores de velocidad y presion que se muestran en los Cuadros
5.3 y 5.4 cumplen con las recomendaciones de diseno formuladas por
el Ministerio de Salud, verificandose en el perfil longitudinal (ver
Figura 5.14) que la L.G.H. es positiva a lo largo de la linea de
conduccion.

5.6 PERFILES E "U"
N
En algunas zonas donde la topografia obligue al trazo de la linea de
conduccion con un perfil longitudinal en forma de "U", las clases de
tuberia a seleccionarse seran definidas de acuerdo a los rangos de
servicio que las condiciones de presion hidrostatica le impongan.

Datos:
Qmd
= 1.913 11s.
= 2340 m.s.n.m.
Cota rompe presion 1
Cota del reservorio
= 2890 m.s.n.m.
Cota parte critica (punto E) = 2810 m.s.n.m.
En la Figura 5.16, se observa que la carga maxima ocurre en el punto
"E" cuya presion hidrostatica sera la diferencia entre el nivel maximo
de la camara rompe presion NO. 3 (2940.00 m.s.n.m.) y la elevacion
de la tuberia en el punto E (2810.00 m.s.n.m.). El valor resulta 130.00m.
por lo que se recomienda utilizar diferentes clases de tuberia.
De acuerdo a las clases de tuberia senaladas el el acapite 5.lc, se
puede utilizar tuberias desde la clase 5 hasta la clase 15. La mejor
solucion consistira en determinar las longitudes correspondientes a
cada clase con la finalidad de aprovechar al maximo la de menor costo
hasta alcanzar su presion maxima de trabajo.
Para las condiciones de presion maxima de trabajo desde la camara
rompe presion nro. 3 hasta la progresiva 0+360, se recomienda la
clase 5; desde la progresiva 0+360 a la progresiva 0+600, se
recomienda la clase 10; y de la progresiva 0+600 a la progresiva 0+900
se recomienda la clase 15. Para la parte mas critica, que comprende el
tramo de la progresiva 0+900 a la progresiva 1+200, se recomienda
tuberia de fierro galvanizado. Finalmente para el tramo ascendente
que corresponde desde la parte critica (E) al reservorio (Bl) se
proyectan las clases 15 y 10, cuyas longitudes y progresivas se
muestran en la Figura 5.16.
En el Cuadro 5.5 se presentan los resultados del calculo hidraulico
del ejemplo propuesto.
Con la finalidad de facilitar el diseno de la linea de conduccion, en el
Anexo 1 se presentan programas de calculo con ejemplos ilustrativos.

5.7 DISENO
HIDRAULICO D LA CAMARA ROMPE
E
PRESION
En el acapite 5.le se define la funcion de la camara rompe presion
para el ejemplo del diseno hidraulico que presenta la Figura 5.17.
En el ejemplo, asumimos que el caudal de diseno ingresara mediante
una tuberia de 1 112" y saldra por una tuberia de 1".
Para determinar la altura de la camara rompe presion, es necesario
conocer la carga requerida (H) para que el gasto de salida pueda fluir.
Este valor se determina mediante la ecuacion experimental de
Bemoulli.

CUADRO
5.4
Calculos hidraulicos del 3er y 4to tramo
Longitud
L

Disponible

Perdida
de Carga
Tramo
Hf (m)
(11)

3328.75

0.443

3322.00

0.3857

COTA DEL TERREN

(1)

1

RP NO3 - RESERV

Final
(msnm)

3328.75

(m)
(3)

Inicial
(msnm)

3377.50

TRAMO

Desnivel
del
terreno
(m)
(6)

COTA PIEZOMETRICP
Final
(msnm)
(13)

Presion
(m)
(14)

27.591

3377.50

3349.909

21.16

0.610

1 112

Inicial
(msnm)
(12)

3328.75

3328.14

6.14

CUADRO
5.5
Calculos hidraulicos - perfil en "U"
Caudal Diametro Longitud COTA DELTERRENO
D
L
Qmd
(W

(pulg.)

Desnivel
del
Terreno
(m)

1.913

3

102.00

1.913
1.913

Perdida
de Carga
Tramo
Hf (m)

3
3

TRAMO

Velocidad

v

Perdida
de Carga
Unitaria

0.002935

(*) Tuberia de F" Gocuyo valor es de C=100. La perdida de carga unitaria (hf) determinada mediante la ecuacion 5.1.

Perdida
de Carga
Acumulada
(m)

COTA PIEZOMETRICA

(msnm)

Final
(msnm)
3937.368

1
Presion
(m)

Donde:
H = Carga de agua (m.).
V = Velocidad del flujo en mls definida como 1.9735 Q/D2,
considerando
Q = 1.18l/syD= 1".
g = Aceleracion gravitacional(9.8 1 m/s2).
Remplazando los valores en la ecuacion

5.13, se tiene:

Para el diseno, se asume una altura de H = 0.50 m.
En la Figura 5.17, se identifican las dimensiones que permitiran definir
la altura total de la camara rompe presion (HT).
A.
H.
B.L.
HT.

Altura minima de 10 cm.
Carga de agua (50 cm.)
Bordo libre minimo 40 cm.
Altura total de la camara rompe presion

Resultando:
HT=A+H+B.L.=l.OOm.
Por facilidad, en el proceso constructivo y en la instalacion de
accesorios, se considerara una seccion interna de 0.60 por 0.60 m.

VISTA DE PLANTA
ESC. 1 / 2 0

FIERRO 1/4"6) .10

.

'LIPLL DE CONCRETO
2

TUB. REBOSE

--Al

ENTRADA

Figura 5.17 : Camara rompe presion

Agua potable6

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