Diseño de Tuberías con Ariete – Presiones Máximas de Trabajo en la Aducción


El planteamiento realizado por Ariete hacia el Diseño de Tuberías en una Aducción (sea por gravedad o por Bombeo) se enfoca a poder presentar, en su Interfaz Principal, la Envolvente de Piezométricas Máximas que es capaz de resistir la tubería en función de sus características mecánicas, es decir: en función de su Presión Nominal.

El aspecto fundamental en el Diseño de Tuberías para los efectos de presión Interna es el garantizar que, bajo cualquier circunstancia de operación, la Presión Nominal de la Tubería es superior a la Presión Interna de Operación o Trabajo de ésta, de forma tal de no exceder su resistencia mecánica y de no correr el riesgo de falla de la Aducción de Agua de la que dicha tubería forma parte.

El criterio de Diseño de Tuberías por Presión Interna es aplicado en Ariete para dos condiciones posibles, de forma simultánea, si es deseado por el usuario:

  • Creando la Envolvente de Presiones Máximas Resistidas por la Tubería en Condiciones Permanentes.
  • Creando la Envolvente de Presiones Máximas Resistidas por la Tubería en Condiciones Transitorias.

La diferencia fundamental entre ambas condiciones es que se supone que las Condiciones Permanentes son aquéllas a las que estará sometida normalmente la Aducción durante su vida operativa, necesitándose por lo tanto, un nivel más conservador en cuanto a la Presión Nominal a utilizar en el Diseño de las Tuberías que la conforman.

En el caso de las Condiciones Transitorias, es decir ante la ocurrencia de Golpe de Ariete en la Aducción, se acepta que es una situación que, de ocurrir, se sucederá de forma aislada y por un tiempo muy corto en algún momento de la vida operativa de la Aducción, en cuyo caso, siempre a criterio del Ingeniero Diseñador, es posible ser menos conservadores en cuanto a la Presión Nominal a utilizar para el Diseño de Tuberías en el sistema.

Como bien se destaca en el párrafo anterior, la utilización del criterio dado para las Condiciones Transitorias, dependerá del buen juicio del Ingeniero Proyectista del Sistema, siempre tomando en cuenta las particularidades de cada sistema bajo análisis.

Inclusive puede darse el caso que la Normativa vigente en cada país establezca los factores de seguridad a considerar en cada caso lo cual, por supuesto, no podrá ser obviado en el Diseño de Tuberías en la Aducción bajo estudio.

En realidad no existen dos Presiones Nominales para cada clase de tubería según se pudiera entender de las condiciones dadas previamente, pues su denominación, en cuanto a la presión Interna Máxima resistida, es única (PN 6, Clase 125, K8, etc. en función de la Norma con la que son fabricadas las tuberías). Pero si es posible considerar que, bajo Condiciones Transitorias, la tubería será capaz de resistir presiones por encima de su presión Nominal, en el entendido que estas condiciones no son frecuentes.

Una opción, es la de suponer que la Presión Nominal de la Tubería, siempre hablando de las Condiciones Transitorias, es igual a su presión de prueba, la cual pudiera ser de hasta 2 veces mayor que la Presión Nominal con la que se denomina y fabrica a la tubería.

 

Por ejemplo, para una tubería de Hierro Fundido Dúctil, de diámetro 800 mm y clase K7 (Norma ISO) podríamos hablar de dos presiones para el Diseño de Tuberías en una Aducción:

  • La Presión Nominal para el Caso de Operación Normal (Condición Permanente): 23 bar (ó 230 metros de columna de agua), la Presión Máxima de operación Permitida, según el fabricante para la Norma en cuestión.
  • La Presión Mínima de Prueba en Fábrica (Condición Transitoria): 49 bar (ó 490 metros de columna de agua). Ésta es la presión que el fabricante establece en sus pruebas, para cada clase de tubería y la cual es relacionada en los catálogos técnicos respectivos.
En casos como el anterior es importante que el Ingeniero Proyectista tenga en cuenta que, para el caso de la Presión Máxima en Condición Transitoria, el valor no debe exceder la Presión Máxima con la que la tubería es probada en campo, una vez es instalada, la cual puede ser de 1,25 a 1,5 la presión Nominal.

Creando Envolventes de Piezométricas Máximas Resistidas por la Aducción en Ariete

Definidos entonces los criterios manejado por Ariete para el Diseño de Tuberías bajo condiciones de Presión Interna, veamos a continuación la forma de definir los valores necesarios para presentar las Envolventes respectivas en una Aducción.

Pulsando el botón Editar Aducción desde la ventana Principal del Ariete:

Accediendo-al-Editor-de-Aducciones-de-Ariete

Se accede al Diálogo del editor de Parámetros de la Aducción:

Dialogo-Parametros-de-la-Aduccion-de-Ariete

en el cual observaremos, en el cuadro inferior derecho, una tabla en la que podremos especificar, para cada tramo de análisis en la Aducción, las Presiones Máximas en Condiciones Permanentes y en Condiciones Transitorias que soporta la Tubería en función de lo visto anteriormente.

Así, si nos remitimos al ejemplo de la Tubería K7 (norma ISO), y considerando que se coloca en toda la Aducción la misma clase, tendríamos una vista similar a la siguiente:
Especificando-las-Presiones-Nominales-para-La-Aduccion

De esta forma, al cerrar el diálogo y volver a la Ventana Principal de Ariete, se presentan las Envolventes de cada Condición:

Visualizando-las-Piezometricas-Maximas-Soportadas-por-la-Tuberia

Para Desactivar o Activar la Visualización de estas Envolventes, se puede recurrir al Menú Ver de la Ventana Principal de Ariete para hacer clic en la serie a la que queremos modificar su estado de visualización:

Modificando-la-visualizacion-de-Envolventes

Con las envolventes definidas, se puede iniciar el proceso de Análisis y Diseño de Tuberías con Ariete. Por ejemplo, si analizamos la condición en Régimen Permanente, se presenta la Piezométrica generada para esta condición, con lo cual podremos establecer la suficiencia (o no) de la Tubería a las Presiones de Operación “normal”, a través de la comparación:

Comparando-Envolventes-en-Ariete-Condicion-Permanente

en donde vemos que la Presión Nominal de la Tubería es Suficiente para resistir las Presiones a la que estará sometida en condiciones de operación Normal (las de régimen permanente), al quedar la respectiva envolvente por debajo de la Envolvente de Trabajo de la Tubería.

Ahora, al realizar la Corrida en Ariete para la condición de Golpe de Ariete o Transitoria, obtenemos la siguiente Vista:

Comparando-Envolventes-en-Ariete-Condicion-Transitoria

En la que vemos que la Envolvente de Piezométricas Máximas por Golpe de Ariete está por encima de la Envolvente de Presiones Máximas Resistidas por la Tubería (Condición Permanente, Presión Nominal), aun cuando se ubica a la vez por debajo de la Envolvente Máxima resistida considerando la Condición Transitoria (menor factor de seguridad).

Aquí es donde entrará en juego el Criterio del Diseñador, así como las restricciones Normativas en el Diseño de Tuberías, a fin de establecer si se acepta que el Golpe de Ariete sea resistido en el tramo comprometido sólo con el criterio de la Presión de Prueba de la Tubería o si se requiere de alguna solución específica.

Una Solución (Conservadora) Posible en el Diseño de Tuberías: Incrementar la Clase de la Tubería.

Aun cuando, en nuestro criterio, el Sistema referido funcionará adecuadamente en condiciones permanentes así como en condiciones transitorias (aceptando que la segunda sólo se sucederá en pocas ocasiones), planteamos ahora una solución conservadora que sería la de considerar que la tubería resiste, sólo son su Presión Nominal las Presiones Máximas Transitorias o por Golpe de Ariete.

En este caso, la propuesta sería utilizar una clase mayor (la K9) para los primeros 3.582 m de la Aducción, zona en la que las Presiones Transitorias exceden a la Presión Nominal de la clase K6.

Para realizar esta modificación volvemos al Diálogo Parámetros de la Aducción, para agregar una fila en la Tabla de Presiones Máximas Admisibles:

Estableciendo-distintas-clases-a-lo-largo-de-la-Aduccion

tras lo cual, cerramos el diálogo y volvemos a realizar la corrida en condiciones transitorias para obtener:

Distintas-clases-a-lo-largo-de-la-Aduccion

En donde se observa que se logra cubrir gran parte de la Envolvente Máxima Transitoria con la Envolvente Máxima Resistida por la Tubería, sólo con el cambio de clase de la Tubería.

En cualquier caso, observamos que quedan tramos en los que se excede los Valores de la Envolvente de Trabajo, pero el Diseño de Tuberías por Presión Interna se puede considerar aceptado dado que esta excedencia es inferior al 10% (menos que la presión de Prueba en Campo para la Aducción):

Solucion-con-cambio-de-clase-de-la-tuberia-en-la-aduccion

Como hemos visto, las posibilidades con las que cuenta Ariete para potenciar el Análisis y Diseño de Tuberías son muchas… ¿Qué esperas para convertirlo en tu Herramienta de Diseño?