Tuberías-forzadas

Centrales Hidroeléctricas • • • • • •

Integrantes: Corahua Mitma, Yohan Coronado Chancahuaña, Brandón Machuca Urbina José Miguel Pajares Calderón, Jhonny Villanueva Cubas, Kevin

Objetivos • Determinar accesorios que van acopladas a las tuberías forzadas. • Reconocer los tipos de recubrimiento utilizados para su mantenimiento. • Determinar los tipos de materiales utilizados para la construcción de tuberías forzadas. • Conocer los tipos y características de las tuberías forzadas.

Tuberías forzadas ¿Qué es?

Una tubería forzada es la tubería que lleva el agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la turbina. ¿Cuál es su función?

Se utiliza tuberías forzadas cuando el declive es mayor al 5%, si no se usan canales. En las instalaciones hidroeléctricas, las tuberías de presión, tienen por objeto conducir el agua desde un nivel superior a uno inferior, para transformar la energía potencial en energía mecánica.

Características de las tuberías forzadas • Impermeabilidad. • Resistencia de corrosión del agua. • Resistencia a sobre presiones por golpe de ariete. • Facilidad de unión.

Averías en las tuberías forzadas El golpe de ariete o pulso de Zhukowski (llamado así por el ingeniero ruso Nikolái Zhukovski) es, junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. . Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal.Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae.

Medidas para prevenir el golpe de ariete • • • • • •

Disminución de la velocidad en tuberías. Cierre o apertura lenta de válvulas de registro. Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Fabricación de tubos con espesor aumentado. Construcción de pozos de oscilación. Instalación de cámaras de aire comprimido que amortigüen los golpes.

Tipos de tuberías • Uralita Se emplea en saltos de poca potencia, con muy buenos resultados, y son muy buenos resultados, y son muy recomendables por su bajo costo. Generalmente son enterradas en zanjas.

Tipos de tuberías • Hormigón armado Estas tuberías se utilizan en casos de gran caudal y alturas de salto de hasta 50 metros. Cuando por las circunstancias del costo de adquisición y transporte de la tubería, resulta más económica la de hormigón. Generalmente estas tuberías son enterradas o semienterradas pero casi nunca al aire.

Tipos de tuberías • Hormigón pre comprimido Estas constituidas por tubos de hormigón armado con una ligera armadura longitudinal de hierro, cuyo objeto es obtener una estructura resistente a los esfuerzos longitudinales .este tipo de tuberías pueden ser utilizadas en saltos de hasta 500 metros. Generalmente, estas tuberías van por lo general enterradas

Tipos de tuberías • Metálicas o de presión Las tuberías metálicas son muy empleadas, pues pueden adaptarse fácilmente a las más altas presiones son más utilizadas las tuberías de palastro de acero que las de hierro ya que las primeras tienen mayor resistencias y resulta más económica.

MATERIALES DE FABRICACIÓN: Es evidente, que el material del que la tubería debe estar constituido depende de los siguientes factores: o De las condiciones de uso: calidad del agua, caudal, presión interna, etc., o Medio donde se vaya a instalar: tipo del terreno. o Cargas externas a la que va a ser sometida.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: 1. TUBERÍAS DE ACERO: En las aleaciones hierro-carbono, los productos que presentan un contenido de carbono inferior al 1,7 % se denomina acero. Las tuberías de acero pueden ser fabricadas sin soldadura por laminación, o bien por soldadura longitudinal o en espiral. Son muy resistentes a la rotura, pero fácilmente oxidables. Se protegen mediante recubrimientos interiores y exteriores de asfalto en caliente y además se las recubre con yute alquitranado o incluso, evitándose el que se adhieran entre sí durante el transporte mediante una mano de lechada de cal sobre la envuelta.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: Las ventajas de la tubería de acero son un coste discreto, baja fragilidad. También es muy resistente a presiones internas, aunque menos que las de fundición dúctil, la corrosión con el empleo de pinturas ha sido superado. La desventaja más importante es que dispone de una baja rigidez haciéndola vulnerable a aplastamientos.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: 2. TUBERIAS DE FIBROCEMENTO: Entre las ventajas de este material está la fácil manipulación en obra, su rugosidad es muy reducida k = 0,25 mm y el bajo coste. Entre los inconvenientes el más destacado es la fragilidad a cargas exteriores, debe cuidarse la puesta en zanja y su profundidad en lugares de tráfico.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: 3. TUBERIA DE HORMIGON ARMADO Y PRETENSADO Entre las ventajas que presenta la tubería de hormigón armado con camisa de chapa es la resistencia a altas presiones en grandes diámetros, dando excelentes prestaciones. Como desventaja pueden presentar problemas en las juntas, requiere un control de calidad que encarece la puesta en obra.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: 4. TUBERÍAS DE POLICLORURO DE VINILO (PVC) Se trata de un material totalmente sintético, obtenido por polimerización de una mezcla de gas acetileno y vapor de ácido clorhídrico. Resistente a los ácidos, aunque frágil y sensible a las temperaturas de 0 ºC e inferiores, su resistencia disminuye con el envejecimiento. Se fabrican partiendo de granos de PVC recalentados a 140 ºC, emulsionante jabonoso, estabilizantes y colorantes, mediante una prensa de extrusión, la pasta calentada avanza por medio de un tornillo sin fin, hasta alcanzar la boquilla tomando su forma.

 MATERIALES DE FABRICACIÓN: Presenta dos características importantes: al ser un material termoplástico, se ablanda con el calor, manipulado y enfriado posteriormente, conserva la manipulación; puede unirse mediante cola, la unión una gran resistencia mecánica. Existen dos clases de tuberías de PVC plastificado y rígido.

Sistemas de recubrimientos en tuberías

Normas de aplicación ASTM: AMERICAN SOCIETY TESTIN MATERIALS PFI: PIPE FABRICATION INSTITUTE API ASME AWWA: AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION

Preámbulo

Preámbulo

Preámbulo

Es suficiente los accesorios en las tuberías para preservar la vida útil del activo ?

Apoyos Anclajes Juntas de dilatación Acoplamiento Válvulas de retención Ventosas Válvula anticipadoras de onda

Fortalezas de tuberías a presión  Resistencia a la corrosión  Resistencia al golpe de ariete  Impermeabilidad

corrosión en tuberías de conducción • La Central Hidroeléctrica , no es ajena a la acción del fenómeno de la corrosión y su importante infraestructura, como la de muchos complejos semejantes, se ven amenazados en elementos críticos como las tuberías de conducción fabricadas en acero al carbono en las superficies tanto internas como externas

corrosión en tuberías de conducción • El fenómeno de la corrosión es un proceso continuo, destructivo y su velocidad de ataque es función de muchas variables, tales como características físico-químicas del medio, condiciones de servicio del elemento objeto de ataque, las características del material de construcción, las condiciones de diseño, los mecanismos de protección instalados, la temperatura, entre muchas otras

¿Que hacer? • Realizar un estudio de evaluación y diagnosis del estado mecánico de los sifones metálicos • Intervenir la infraestructura realizando las siguientes actividades en las superficies internas

Superficies internas Limpieza con chorro abrasivo a grado metal blanco según norma PSC-SP5 Aplicación de un recubrimiento epóxico 100% sólidos a un espesor de 18 mils en película seca, cubriendo una determinada área

superficies externas Preparación de superficies: limpieza con chorro abrasivo a grado metal blanco según indicaciones de la norma SSPC-SP5. Recubrimiento base: Autoimprimante epóxico de altos sólidos a determinada serie, según espesor de 4-5 mils en película seca para cubrir Z metros. Recubrimiento de acabado: Esmalte uretano alifático Serie (36-45-60) a un espesor de 4 mils..

Preparación de superficies

Aplicación de capas de protección

Norma de consulta • chorro abrasivo y recubrimientos, espesor de película húmeda y seca, adherencia por el método Pull-of según norma ASTM 4541, continuidad de película e inspección visual.

Que hacer cuando la tubería se encuentra sumergida en agua ? Protección Catódica: es una tecnología que utiliza corriente eléctrica directa para contrarrestar la normal corrosión externa del metal del que esta constituido la tubería

En Tuberías nuevas : la protección catódica ayuda a prevenir la corrosión desde el principio. En tuberías con un período de operación considerable puede ayudar a detener el proceso de corrosión existente y evitar un deterioro mayor.

ACCESORIOS Los accesorios pueden ser: Piezas especiales: unidades que posibilitan los empalmes, cambios de dirección (codos), derivaciones, variaciones de sección, etc

Dispositivos auxiliares: Aparatos que protegen y facilitan el buen funcionamiento de la red. Los más importantes son válvulas y las ventosas.

Tipos de válvulas Las válvulas se pueden clasificar según diferentes criterios, siendo los más comunes: Por su accionamiento

Manuales • Válvulas de esfera • Válvulas de asiento • Válvulas de mariposa • Válvulas de compuerta

• Válvulas de esfera: El dispositivo que permite la apertura y el cierre es una esfera, pudiendo adoptar posiciones intermedias para una apertura parcial. Se emplean en tuberías de pequeño diámetro.

• Válvulas de asiento: El elemento de cierre es un disco que se asienta sobre el cuerpo de la válvula.

• Válvulas de mariposa: El elemento de cierre es un disco giratorio que puede ser accionado mediante una palanca o un tornillo sinfín.

• Válvulas de compuerta: La válvula se cierra mediante una compuerta accionada mediante un volante.

Por su accionamiento Automáticas • Válvulas hidráulicas • Electroválvulas

• Válvulas hidráulicas: Se accionan hidráulicamente, pudiendo ser de dos tipos, normalmente abiertas y normalmente cerradas.

Electroválvulas: Se accionan de forma eléctrica, y son típicas de instalaciones automatizadas en las que el riego se programa por tiempo, caudales,…

Por la función que realizan

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Válvulas de regulación o llave de paso Válvulas de retención Válvulas de pie Válvulas de seguridad Válvulas reductora de presión Válvulas reguladora de caudal Válvulas de drenaje Válvulas de flotador

• Válvulas de regulación o llave de paso:Son unidades que permiten estrangular o interrumpir el paso de una corriente líquida. Es la función de un hidrante, que es una válvula de regulación que permite derivar agua de una tubería

• Válvulas de retención: Dispositivos que consisten en una compuerta giratoria, cuya apertura se produce al paso del líquido y su cierre es por gravedad, impidiendo el retroceso.

• Válvulas de pie:Es un caso particular de válvula de retención que se instala en la base de la tubería de aspiración para evitar su vaciado (descebado) ya que debe estar llena de agua para su funcionamiento.

• Válvulas de seguridad: Dispositivos que permiten la fuga automática de un caudal líquido para evitar un incremento de presión en la tubería sobre la presión prefijada.

• Válvulas reductora de presión: Es un dispositivo que permite una pérdida de carga localizada cuando la presión sobrepasa un valor dado. Este tipo de válvulas protegen a la red de sobrepresiones y permiten una presión adecuada en las derivaciones.

• Válvulas reguladora de caudal: Impide el paso de un caudal superior al preestablecido, manteniéndolo constante en un valor prefijado.

• Válvulas de drenaje: Permiten desaguar las tuberías tras el riego, con lo que se evita la formación de depósitos de precipitados y microorganismos. Básicamente constan de un resorte que se mantiene cerrado mientras existe presión en la red.

• Válvulas de flotador: Corta el paso del agua cuando su nivel ha alcanzado cierta altura.

Ventosas Son unas válvulas que permiten la salida del aire que se acumula en las conducciones de agua.

ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA EL MONTAJE DE TUBERIA DE PRESION Estas especificaciones consisten en dar una serie de pasos detallados y organizados que dan como resultado un protocolo de montaje general para todos los equipos principales. El montaje está constituido del transporte, descargo, alineación, nivelación y control de las tolerancias de acople entre las superficies, de cada sistema o máquina. Nombramos ciertas actividades que componen la labor de montaje:

• Personal para montaje • Para cada uno de los procesos de montaje se debe tener el personal especializado donde el CLIENTE como directo responsable debe realizar una inspección detallada de la experiencia acumulada de cada persona según la labor a desempeñar en las actividades de montaje

• Ingeniero residente: Está a cargo de planificar las actividades, análisis de la documentación, administrar el recurso humano y material, solucionar imprevistos, cumplimiento de los tiempos y procedimientos. • Supervisor de montaje: Está a cargo de todas las actividades relacionadas con la supervisión del descargue, manejo, almacenamiento provisional, protección y conservación. • Oficial mecánico: persona especializada a cargo de los trabajos manuales y la utilización de las herramientas determinadas para el montaje de cada uno de los equipos o compuertas. • Soldador: persona especializada y calificada en la aplicación de soldadura. Según sea el aporte de material y la técnica a utilizar el soldador debe estar certificado con pruebas recientes en el mismo procedimiento.

• Recomendaciones generales acerca del montaje. Todas las partes después del descargo y a ser montadas deberán ser debidamente acondicionadas en sitio, protegidas de intemperie, en espacios cerrados, secos y aireados, protegidos de humedad y debidamente puestas sobre traviesas de madera para evitar que se golpeen. Las partes deben presentar referencias de pre-montaje de fábrica. • Niveles de apriete a ser utilizados en el montaje. Durante el montaje, el torque de apriete de los pernos está especificado en los planos del fabricante, pero en caso de no ser debe guiarse por la siguiente tabla.

Requisitos técnicos para el montaje de tubería de presión • CH. ALTO TULUA (EJEMPLO)-Colombia • Montaje de la tubería de presión de la central hidroeléctrica Alto Tuluá. La tubería metálica del Alto Tulua se puede describir por las siguientes características, se tiene una tubería de presión expuesta de aproximadamente 600 metros de longitud que parte desde un carrete aguas abajo de una válvula de cabecera, y se encuentra soportada por 9 anclajes de concreto y apoyada en 37 silletas, tiene un diámetro de 1600 milímetros y el espesor de esta tubería varia desde los 8 milímetros a la salida del túnel, hasta los 20 milímetros llegando a casa de maquinas.

Conclusiones • Se puede deducir que hay tuberías específicas para el lugar de colocación de la central hidroeléctrica, es decir que cada tubería varía depende del salto que tiene hacia la turbina. • El golpe de ariete y la cavitación son los fenómenos que mas causan daño a las tuberías y/o accesorios acoplados al sistema de conducción del fluido. • Existen procesos de recubrimiento de tuberías tanto internas como externas para preservar la vida útil del sistema de tuberías forzadas.

CUESTIONARIO • ¿Cuál es la función de una tubería forzada? • ¿Qué tipo de recubrimiento se utilizan en tuberías forzadas cuando estas se encuentran sumergidas en agua? • ¿Qué aspectos se consideran para determinar el dimensionamiento de tuberías forzadas? • ¿Cuáles son los fenómenos naturales que causan problemas en las tuberías forzadas?

• ¿Cómo se solucionan los problemas de cavitación, golpe de ariete y aire dentro de las tuberías forzadas? • ¿ Qué parámetros deben ser considerados en la selección del material de las tuberías forzadas?