INTRODUCCIONEl envejecimiento de una tubería de agua es el conjunto de procesos naturales físicos, químicos y biológicos que ocurren con el paso del tiempo. Los procesos físicos, químicos y biológicos que forman parte del concepto de envejecimiento de un pozo de agua son oxidación-corrosión y desgaste mecánico por fricción de la tubería. La regeneración de las tuberías comprende todas las medidas posibles de prevención, mantenimiento y corrección en busca de mantener o volver a sus condiciones iniciales en miras de optimizar el aprovechamiento del recurso. ENVEJECIEMIENTO DE TUBERIAS Mecánica de fluidos - Ing. Sagastegui Plascencia Fidel Página Mecánica de fluidos - Ing. o también denominada corrosión bimetálica. Si estos productos se forman en contacto directo con el metal. por lo tanto. La pasividad es un estado del metal en que no se produce corrosión. CORROSIÓN BIÓLOGICA. La acción galvánica se produce cuando un metal es conectado a otro en presencia de un electrólito y. Diagramas de Pourbaix (Potencial Redox) El potencial Redox (Eh) desarrollado en las reacciones electroquímicas es función del pH del medio acuoso. impidiendo la corrosión dependiendo de que sea poroso o no.1. Sagastegui Plascencia Fidel Página . Series galvánicas. por lo que el metal tiende a transformarse en otra sustancia. Estos diagramas permiten conocer la estabilidad mineralógica y predecir la posible corrosión. El potencial de un metal en solución está relacionado a la energía que libera cuando el metal se corroe. pasivan al metal. Los diagramas de Pourbaix proporcionan la relación de Eh y pH. Pasividad. o permita el paso o no según sus características de adherencia y taponamiento. 1. se produce corrosión electroquímica denominada corrosión galvánica. aunque su forma metálica no sea termodinámicamente estable. y si la concentración de oxidrilos es mayor. es alcalina. Mecánica de fluidos - Ing.El pH óptimo para las bacterias se encuentra alrededor de la neutralidad. las alteraciones de la superficie o cualquier deterioro por mínimo que sea. Los principales factores son: Características físicas del material. EFECTOS DEL TIEMPO EN LA RUGOSIDAD DE LAS TUBERÍA. es neutra. En la práctica toda tubería tiene imperfecciones.La corrosión bacteriana o biológica es todo fenómeno de destrucción. También influyen condiciones como la estructura. ya sean visibles y fácilmente detectables. Hay esporas que resisten diversas variaciones de temperaturas. El pH favorece o impide el desarrollo de las bacterias. Así es que una solución con un valor de pH menor a 7 es ácida. Cada microorganismo tiene una temperatura óptima para su desarrollo. si el valor es 7. Estas irregularidades inciden en el inicio del proceso de corrosión y son condicionantes para que se desarrolle la corrosión biológica. Sagastegui Plascencia Fidel Página . Una temperatura general oscila entre 25° a 30° C. aunque hay excepciones como el Thiobacilus. dará por resultado una reacción alcalina. El valor del pH depende de la concentración relativa de los iones hodrógeno y oxidrilos que posee la solución. 1. La presencia de mayor cantidad relativa de iones hidrógeno dará por resultado una solución con reacción ácida. El pH es una medida de la acidez o la alcalinidad de una solución en una escala que va de 0 a 14. o simplemente imperceptibles.2. desempeñan un papel importante al acelerar un proceso ya establecido. ya sea que actúen directamente o por medio de las instancias provenientes de su metabolismo. y si es mayor que 7. que puede adaptarse hasta pH muy bajos de 1 ó 2. en el cual estos microorganismos. Temperatura. o al crear las condiciones favorables para que se produzca dicho fenómeno. PH. Han evolucionado los procesos de revestimiento y aún con la producción de tubos más largos se redujeron el número de uniones. la distancia entre dos irregularidades vecinas. Darcy. como un promedio obtenido del resultado de un cálculo con las características del flujo. 1. la variación de la altura efectiva respecto de la altura media. el fenómeno de la corrosión vino a conocerse mejor y ya se controla la agresividad de las aguas. Colebrook. Material empleado en la fabricación de los tubos. esto es la relación /D que se conoce como (rugosidad relativa). en el caso de tubos de acero galvanizado. en cada conducción. La irregularidad puede expresarse por la altura media de las asperezas (rugosidad absoluta ). Cuando la superficie de la pared de un conducto se amplifica. pues depende de factores como la altura media de las irregularidades de la superficie. mas no propiamente por el obtenido como la media de las alturas determinadas físicamente de la pared. Mecánica de fluidos - Ing. Sagastegui Plascencia Fidel Página . Dicha y con característica distribución es irregular difícil de o definir científicamente. Existen tubos. ya que estudios han demostrado que la rugosidad aumenta con el tiempo en tuberías expuesta a corrosión. la forma y distribución geométrica.La industria de los materiales y la técnica de fabricación de los tubos han evolucionado notoriamente. La determinación de la rugosidad absoluta de las tuberías que conducen a líquidos es de suma importancia por cuanto esta característica de la tubería se encuentra involucrada en las ecuaciones que comúnmente se utilizan para el diseño de tuberías como la de Nikuradse. la superficie interna de los tubos se presenta más homogénea y más favorable al flujo. cuya rugosidad es de forma ondulada y que se comportan hidráulicamente como si fueran tubos lisos (vidrio o plástico). como los de asbesto-cemento. se definen mejor las características de las aguas que van a circular. Es más importante la relación que la rugosidad absoluta guarda con el diámetro del tubo. observamos que está formada por irregularidades o asperezas de diferentes alturas aleatoria. etc. NATURALEZA DE LAS PAREDES DE LOS TUBOS: RUGOSIDAD Analizándose la naturaleza o rugosidad de las paredes deben considerarse: a. Por otro lado. Técnica de asentamiento. c. los tubos de fierro fundido por ejemplo. un tubo de vidrio evidentemente es más liso y ofrece condiciones más favorables al flujo que un tubo de fierro fundido. Por otro lado. Así por ejemplo. Una tubería de acero remachado opone mayor resistencia al flujo que una tubería de acero soldado. Estado de conservación de las paredes de los tubos. Con el uso. Fig 1b INFLUENCIA DEL ENVEJECIMIENTO DE LOS TUBOS Mecánica de fluidos - Ing. f. Modernamente han sido empleados revestimientos internos especiales con el objeto de eliminar o aminorar los inconvenientes de la corrosión. Extensión de los tubos y número de juntas. se oxidan y en la superficie pueden surgir “tubérculos” (fenómeno de corrosión). Sagastegui Plascencia Fidel Página . esos tubos se obstruyen. Otro fenómeno que puede ocurrir en las tuberías es la disposición progresiva de sustancias contenidas en las aguas y la formación de capas adherentes – incrustaciones – que reducen el diámetro útil de los tubos y aceleran la rugosidad (Fig1b) Fig 1a 1.3. cuando nuevos ofrecen menor resistencia al escurrimiento que cuando han sido usados. e. g. Proceso de fabricación de los tubos. Estas condiciones se agravan con el tiempo (Fig1a). d. Existencia de revestimientos especiales.b. Empleo de medidas protectoras durante el funcionamiento. Por su parte Freeman determinó que para tuberías muy viejas se tenía valores de rugosidad de 20 a 60 veces que los obtenidos por Nikuradse en una tubería nueva. muy mohoso.Con el correr del tiempo. Poco después este valor cae a 130 y con el correr del tiempo pasa a valores cada vez más bajos. de 4 pulgadas 0. ligeramente mohoso.000042 De hierro dulce y viejo. de 3 0. Sagastegui Plascencia Fidel Página . Mecánica de fluidos - Ing. quien por observaciones hechas en tuberías de acero galvanizado.00094 pulgadas Nuevo de hierro dulce de 4 pulgadas 0. de 3 0. Por otra parte estudios han demostrado que la rugosidad aumenta con el tiempo en tuberías expuesta a corrosión.factores primordiales de la corrosión – son responsables por la formación de tubérculos en la superficie interna de los tubos. el coeficiente C para la ecuación de Hazen Williams. de la reducción de sección y del aumento de rugosidad resulta la disminución de la capacidad de transporte y el decrecimiento de C.0029 Ensayos y verificaciones hechas en líneas de fierro fundido. de 2 pulgadas 0.0009 Nuevo de hierro dulce. encontró que el valor de era el doble después de 3 años como resultado de un uso moderado. en el caso de tubos de acero galvanizado.000046 De hierro dulce. de hierro dulce. mohoso.000049 Viejo. Tabla Rugosidad de los tubos Tipo de tubo en metros Nuevo de hierro dulce. muy bien ejecutadas y en las cuales fueron empleados tubos de buena calidad. mostraron que para el inicio del funcionamiento. la capacidad de transporte de agua de las tuberías de fierro fundido y acero (sin revestimientos especiales) va disminuyendo. Tal fue el reporte hecho por Ippen. adquiere valores alrededor de 140. La tendencia del fierro para entrar en solución y la presencia de oxígeno disuelto en el agua. de 3 pulgadas 0.00013 pulgadas Viejo. de 2 pulgadas 0. de hierro dulce. el suelo que rodea el tubo. acero galvanizado.Tabla valor del coeficiente Material Valor del coeficiente C Acero corrugado 60 Acero con uniones 130 Acero galvanizado ( nuevos y en uso ) 125 Acero remachado ( nuevos ) 110 Acero remachado. hormigón o metal (por ejemplo. Tubos de plástico y hormigón tienden a ser resistentes a la corrosión. Sagastegui Plascencia Fidel Página . CAUSAS DE LA CORROSIÓN EN LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE AGUA Tuberías para distribuir el agua potable son de plástico. Mecánica de fluidos - Ing. en uso 90 Vidrio 140 Plástico 140 1. nuevos 130 Fierro fundido. Tubos de metal a la corrosión es un proceso continuo y variable de la liberación de iones de la tubería en el agua. hierro dúctil. las cañerías de metal pueden corroerse basado en las propiedades de la tubería. cobre o aluminio). Bajo ciertas condiciones ambientales.4. buena terminación 130 Concreto terminación común 120 Fierro fundidos. en uso 85 Acero soldado con revestimiento especial 130 Plomo 130 Asbesto-cemento 140 Cobre 130 Concreto. acero. Una celda electroquímica se puede considerar como una batería.5. desarrollado por Mody. De corrosión de las tuberías de agua de metal que se produzca. El potencial eléctrico corrosivo se crea normalmente por las diferencias en los tipos de productos químicos en el suelo o la superficie de la tubería de metal. con una corriente eléctrica entre un potencial positivo (ánodo) y un potencial negativo (cátodo). en base a las experiencias de Nikuradse y ampliando el rango de validez a cañerías existentes y comerciales. una celda electroquímica debe estar presente. Sagastegui Plascencia Fidel Página . el cual grafico la ecuación de Colebrook – White. ∆p = p₁ p₂ − γ γ Existe un método alternativo para encontrar f (fricción). Cuando se produce la corrosión de tubos de metal.las propiedades del agua y las corrientes de fuga de electricidad. Mecánica de fluidos - Ing. las influencias iónica de soluciones tampón acuáticos. La fórmula general tiene la siguiente expresión: Hf =J∗L Donde: (m) Hf = Pérdida de energía o carga producto de la fricción J = Pérdidas de carga por cada metro de tubería (m/m) L = Longitud de la cañería de conducción (m) Las pérdidas de carga se identifican con la perdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de una conducción. que es el resultado del intercambio de electrones electroquímicas como resultado de las propiedades diferenciales galvánica entre los metales. 1. No confundir la perdida de carga por fricción con la caída de presión. por efecto del rozamiento. o el pH de la solución. PÉRDIDAS POR FRICCIÓN La pérdida por fricción se define como la pérdida de energía producto de la resistencia que la cañería opone al paso del agua. 354 C H D 0. V =75 D5 /7 J 4 /7 b) HAZEN – WILLIAMS..- Obtuvo para tuberías de pared lisa (aluminio. cemento asbesto).63 J 0.f Hay otras formas experimentales para calcular las pérdidas por fricción dos de ellas son: a) BLASIUS. vidrio. V =0.Obtuvo para tuberías con pared transicional.54 Donde: Mecánica de fluidos - Ing. Sagastegui Plascencia Fidel Página . TIPO DE MATERIAL DE LAS TUBERIAS Mecánica de fluidos - Ing. en la que se verifica la expresión: K 1 D =−2. Para las tuberías comerciales se utiliza la fórmula de Colebrook – White. por lo que: f= 64 ℜ . f=f(K/D). cuya ecuación es: 1 2. régimen turbulento liso. b) Re >4000. ℜ√f K =200 D Dividiendo por √8 se obtiene: ℜ √ f K 200 = 8 D √8 De manera que (Re) → r>>70. Valores de f según el funcionamiento. k ) D . régimen laminar. Sagastegui Plascencia Fidel Página . 2. K 1 2. log ( + ) √f ℜ √ f 3. función de la rugosidad de la tubería. log ( ) √f 3. En la práctica. log ( ) √f ℜ √f c) Zona de transición del régimen turbulento. para (Re) → r>30 se puede considerara el flujo como turbulento rugoso.71 En la que f es independiente de Re.51 D =−2. a) Re <2000.CH = Coeficiente de Hazen Williams. en la que f =f (ℜ .71 d) Zona de flujo turbulento rugoso.51 =−2. que tiene mayor versatilidad en su uso.F. expuesto por G. (1982). Generalmente. T. la capacidad de transporte del agua de las tuberías va disminuyendo. Sotelo A. W. 1992).1.. Sagastegui Plascencia Fidel Página . Con el transcurrir del tiempo y a consecuencia de diferentes causas. parece ser el más efectivo para modificar la rugosidad absoluta del tubo nuevo. lo que permite utilizar una sola clase de tubería en Mecánica de fluidos - Ing. TUBERIAS DE HIERRO FUNDIDO (HF) Es un material de gran durabilidad.1 ENVEJECIMIENTO DE TUBERÍAS DE HIERRO Y ACERO Envejecimiento en tuberías (Fox R. en el diseño con esta clase de tubería se usa un valor de C=100 para obtener el coeficiente rugosidad de la expresión de HAZEN WILLIAMS. al poder ser utilizado tanto enterrado como superficialmente.2TUBERIAS DE HIERRO FUNDIDO DUCTIL Es un material menos frágil que le H. 3. usando la siguiente ecuación: Tiempo de reflexión de la onda de sobrepresión o período de la tubería.. 3. y McDonald A.2.1. El criterio de Genijew. el caso de diseño de líneas de aducción en terrenos rocosos y terrenos blandos. Mediante el proceso de galvanizado se da un recubrimiento de zinc tanto interior como exteriormente. 3. Gutierres Morales pág. colocación y transporte son mayores (7 a 10 por 100). es un material inerte a la corrosión. Sagastegui Plascencia Fidel Página . lo cual resulta ventajoso respecto a las otras clases de tuberías mencionadas.F. las perdidas por rotura durante la carga. Por su fragilidad. Ofrece ventajas en cuanto a capacidad de transporte en base a coeficientes de rugosidad menores (C= 140). 146) Mecánica de fluidos - Ing. TABLA Nª 01: Velocidades máximas recomendadas para el escurrimiento del agua en los distintos tipos de tubería Fuente: Abastecimiento de Agua Potable (Enrique cesar Valdez y Luis A. su resistencia a la oxidación y a la corrosión es menor. descarga.4TUBERIAS DE ASBESTO – CEMENTO A PRESIÓN (ACP) La tubería de asbesto-cemento es unja tubería más frágil que la de H.5TUBERIAS DE MATERIAL PLÁSTICO (PVC) Es un material inerte a la corrosión. 3. por lo cual su utilización no se ve afectada por la calidad del agua. 3..3TUBERIAS DE HIERRO GALVANIZADO (HG) También llamado Acero Galvanizado.F. En razón de su contenido de carbón es menor que el de H. para darle protección contra la corrosión. . y McDonald A. Mecánica de fluidos - Ing. 1992). Gutierres Morales pág. W. Sagastegui Plascencia Fidel Página .BIBLIOGRAFIA: Enrique cesar Valdez y Luis A. T. 146 Envejecimiento en tuberías (Fox R.