Timbraje de tuberías en sistemas en gravedad

El Timbraje de una tubería en cualquier sistema, incluyendo los que operan por gravedad, se refiere a la resistencia máxima a la presión que puede soportar una tubería sin romperse. Es decir, es la presión límite a la que se puede someter un material sin que se produzca una falla.

Línea Piezométrica

La línea piezométrica en una conducción nos va a indicar la energía disponible en cada momento y también en cada punto de esta tubería.

Si nos referimos a la línea piezométrica estática, se hace referencia a la máxima energía que puede darse en cualquier punto de la conducción. Esta máxima energía se produce cuando no se producen pérdidas de carga, ni continuas ni locales. Por lo tanto, se producen cuando no hay movimiento del fluido ( la velocidad es cero). El agua no circula, está parada. Son momentos de consumo mínimo o nulo.

La energía, compuesta por:

1. Energía potencial o de posición debida a la altura geométrica del punto con respecto al cero relativo situado al final de la conducción. Mgh.
2. Energía cinética o de velocidad, 0.5mv²
3. Energía de presión.

Al ser nula la componente de la velocidad, sólo contará con energía de presión.

Esta es la presión interna del fluido, que se ejerce contra las paredes del tubo que lo contiene.

En el caso de sistemas en gravedad, en el que el movimiento se produce desde un punto de cota más alta a otro de cota menor, sin incorporación de energía adicional, esta es la situación más comprometida para la tubería y por lo tanto, será necesario que el timbraje de la conducción se ajuste a las presiones obtenidas sobre esta línea piezométrica estática del sistema. De este modo se garantiza que la máxima presión que el conducto es capaz de soportar está por encima de la máxima presión que puede alcanzar el sistema, garantizando la integridad del mismo.

De otro modo es posible que se produzcan situaciones en las que la tubería se encuentre comprometida y puedan producirse fallos y roturas que lleven a la ruina de la instalación.

Si partimos de un depósito de agua y se pretende llevar agua a otro depósito aguas abajo por gravedad, la cota de lámina de agua en el depósito superior va a determinar la energía máxima disponible en todo el sistema, y la línea piezométrica máxima será la línea horizontal trazada desde esta altura de agua en el depósito. En el gráfico aparece en color naranja. El trazado de la conducción en color negro.

Se sitúa el cero relativo de cotas y el cero de energías en la línea horizontal en la base del depósito de llegada, color marrón.

Un punto cualquiera del trazado de la conducción contará con una energía potencial, siempre constante, y que es la diferencia entre la curva negra del trazado y la línea marrón del cero relativo. En color azul con flechas.

La máxima presión interna del fluido en ese punto resultará la diferencia entre la curva negra del trazado y la línea piezométrica estática del sistema en color naranja. Se representa en línea roja con flechas. De modo que la presión más alta se localiza en los puntos de menor cota geométrica.

¿Por qué es importante el timbraje en sistemas de gravedad?

• Seguridad: Un timbraje adecuado garantiza que las tuberías no se rompan, evitando fugas y posibles daños a estructuras o personas.
• Durabilidad: Al seleccionar tuberías con un timbraje superior a las presiones esperadas, se aumenta significativamente su vida útil.
• Eficiencia: Un sistema bien diseñado, con tuberías de un timbraje adecuado, funcionará de manera más eficiente, minimizando pérdidas de agua y energía.

Factores que afectan el timbraje de una tubería:

• Material: El material de la tubería (PVC, hierro fundido, acero, etc.) determina su resistencia a la presión.
• Espesor de la pared: Cuanto mayor sea el espesor de la pared, mayor será el timbraje.
• Diámetro de la tubería: El diámetro también influye en la resistencia a la presión.
• Condiciones de operación: La temperatura, la corrosión y otros factores ambientales pueden afectar el timbraje de una tubería a lo largo del tiempo.

¿Cómo se determina el timbraje adecuado?

Para determinar el timbraje adecuado de una tubería en un sistema de gravedad, se deben considerar los siguientes factores:

• Presión máxima esperada: Se calcula en función de la altura de la columna de agua, las pérdidas de carga y otros factores hidráulicos.
• Factor de seguridad: Se aplica un factor de seguridad para garantizar que la tubería pueda resistir presiones mayores a las calculadas, y así tener un margen de seguridad.
• Normativas locales: Las normativas locales pueden establecer requisitos mínimos de timbraje para diferentes tipos de instalaciones.

Autor: Begoña Labalde Martínez. Docente de Eadic