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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO “PROYECTO para distribuir agua potable en conjuntos habitacionales utilizando tubo pvc (policloruro de vinilo)” TESIS PROFESIONAL Que para obtener el titulo de: Ingeniero mecánico Presenta: Daniel duran soto MEXICO D.F. OCTUBRE 2012 PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) INDICE Justificación 1 Introducción 2 Capítulo 1 Descripción de la problemática 8 1.1 Antecedentes 9 1.2 Captación de aguas 18 1.3 Hidráulica de los pozos 24 1.4 Conceptos técnicos que norman el criterio de abastecimiento de agua. 26 Capítulo 2 Historia del PVC 28 2.1 Breve Historia del PVC 29 2.2 Obtención del Poli-Cloruro de Vinilo 29 2.3 Procesos de Fabricación de la Tubería de PVC 31 2.4 Aseguramiento de la Calidad 34 2.5 Clasificación por Sistema de Dimensionamiento. 38 2.6 Clasificación por Clases, RD’s y Cédula 38 2.7 Clasificación por tipos de Unión 41 2.8 Resumen de los Diferentes Tipos de Tubería 44 Capítulo 3 Elaboración de Proyecto 46 3.1 Descripción General de los Elementos de un Sistema de Agua Potable 47 3.2 Datos Básicos de Proyecto 50 3.3 Aspectos Hidráulicos 60 3.4 Criterios para la Selección de Diámetros 62 3.5 Formulas para Cálculos de Perdidas de Carga en Tuberías 63 3.6 Calculo de Perdidas Locales 70 3.7 Golpe de Ariete 72 3.8 El Aire y el Vacío Dentro de las Tuberías 82 3.9. Redes de Distribución 88 Capítulo 4 Comportamiento Mecánico 114 4.1 Rigidez de la Tubería 115 4.2 Influencia del Suelo en Tubería Enterrada 116 4.3 Influencia del Tráfico Vehicular en la Tubería Enterrada 117 4.4 Formulas para el Cálculo de la Deflexión 119 4.5 Deflexión Longitudinal 128 Capítulo 5 Instalación y Manejo de la Tubería 134 5.1 Transporte, Manejo y Almacenamiento en Obra 135 5.2 Instalación 139 5.3 Atraques 153 5.4 Pruebas de Presión en Campo (Pruebas Hidrostáticas) 157 Conclusiones 163 Bibliografía 164 Glosario de términos 166 PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) AGRADECIMIENTOS: A Dios por haberme concedido la dicha de poder terminar un ciclo más en mi vida, tan importante como lo es el titularme. A MIS PADRES (MANUEL Y LUCÌA): Por darme la vida, los principios y bases para poder alcanzar tan gran logro, por dedicar cada momento de su vida a enseñar y aportar incondicionalmente su cariño y apoyo sin importar ni escatimar valor moral ni monetario, por eso y por mucho más GRACIAS. A MIS HERMANOS (RUBÈN Y MANUEL). Por apoyarme incondicionalmente a lo largo de estos años y enseñarme los valores del trabajo y el valor de las cosas, así como el cariño y su amor incondicional. A MI ESPOSA E HIJO (STEFANY Y SANTIAGO). Por darme tu confianza en todo lo que hago y por ayudarme a concluir este capítulo de mi vida, gracias por estar a mi lado. A ti Santiago por que tu eres mi mayor motivación eres por quién ahora yo doy mis grandes pasos ya que hoy no los doy solo los doy junto contigo gracias hijo. AL ING. GERARDO BARRERA LÒPEZ. Por apoyarme en todo y seguir brindándome tu amistad a lo largo de estos años muchas gracias por darme tu apoyo incondicional y tu orientación en este trabajo, siempre estarè en deuda contigo GRACIAS. AL M.I. HILARIO BAUTISTA MORALES. Por brindarme su orientación, amistad a lo largo de estos años es muy grato saber que cuento con apoyos como el tuyo GRACIAS. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 1 JUSTIFICACION Desde tiempos pasados el ser humano siempre ha buscado la forma de vivir sin tener que recurrir a tanto sacrificio lo que nos dice que está en constante búsqueda del confort. Y en esta búsqueda queda claro que para los tiempos actuales es de suma importancia la reducción de costos para obtener dicho confort por eso es que en base a las necesidades que ha tenido que solventar el ser humano queda mas que claro que en esta situación por la necesidad de encontrar nuevos materiales más eficientes pero a su vez mas baratos a logrado encontrar un material para el sustento de su mayor necesidad el agua y este producto es el que ha revolucionado la historia de la conducción no solo de agua si no de mas fluidos ya que su aplicación es muy extensa esto debido a su bajo costo. El PVC viene siendo empleado por mas de medio siglo, constituyéndose en uno de los principales plásticos después de la segunda guerra mundial, al reemplazar poco a poco muchos de los productos, primordialmente los flexibles basados en elastómeros, como eran el caucho natural, SBR, acetato de celulosa, fibras sintéticas y cuero. En la medida en que sus formulaciones han sido perfeccionadas, surge entonces un rápido crecimiento del PVC rígido, siendo este utilizado en otros usos tales como: cercas metálicas, ventanería, envases de vidrio, molduras de madera y varios tipos de tubería. Basados en su cada vez mayor conveniencia y posibilidades, cuenta con las siguientes ventajas: • Menores costos del producto. • Mejores propiedades térmicas (Aislante), reemplazando ventajosamente en muchas aplicaciones a los metales (aluminio, acero, etc.), evitando pérdidas que se traducen en menores costos del diseño en sí y de su funcionamiento (menor consumo de energía), cuando se aplica en partes para equipos de refrigeración y en ventanería. • Alta resistencia a condiciones del clima tropical (humedad y temperatura) que lo hace ideal para evitar la corrosión, evitando costosos mantenimiento y reemplazos, como en usos de ventanería. • Variada presentación y decoración, ya que permite la obtención de varios colores y terminados, como en el uso de la ventanería u otras aplicaciones. • Ingredientes de las formulaciones compatibles para uso de los productos en vecindad o en contacto con alimentos. • Excelente durabilidad y tiene aproximadamente una vida útil de 40 o más años. Hoy en día no solo hay que preocuparnos acerca de los costos operativos existe algo mas importante que es la protección al medio ambiente y otra de las grandes ventajas de este material es que sus desperdicios 100% Reciclables. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 2 INTRODUCCION En la actualidad, ante el aumento dramático de la población en nuestro país y en general en el mundo entero, los diferentes servicios y productos de que se dispone tienen que ser mejor administrados. La optimización de los recursos ha alcanzado todos los niveles de la vida humana. En el caso del agua, dicha optimización adquiere gran importancia, ya que la disponibilidad del líquido disminuye cada vez más y por lo tanto su obtención se dificulta y encarece de manera importante. Durante muchos años la Ingeniería Sanitaria solo se dedico a resolver los problemas de agua potable; más recientemente amplio su campo de acción a la recolección, transporte y disposición final de la basura. En la actualidad, con el avance de la tecnología y el desarrollo socio-cultural del hombre se han hecho patentes otros problemas que influyen en su ambiente y que lo angustian y lo atormentan, siendo esto motivo para que la Ingeniería Sanitaria, con un campo mas amplio, se le denomine Saneamiento, Higiene del Medio, Ingeniería del Medio Ambiente, Sanidad Ambiental, con funciones mas amplias y variadas. La Ingeniería Sanitaria se define de diferentes maneras: “Es la aplicación de las Técnicas de la Ingeniería al saneamiento del medio”. “Es el arte de asegurar el control del hombre sobre su Medio Ambiente con vistas a favorecer su bienestarfísico, mental y social”. “Es el conjunto de conocimientos que nos capacitan para diseñar, construir y operar obras cuyo fin fundamental es preservar la salud del hombre”. El problema sanitario es de alta prioridad en nuestro país. La importancia del agua potable se aprecia cabalmente cuando se observa el mejoramiento de las estadísticas de morbilidad y la reducción de enfermedades transmitidas por medio del agua. La salubridad relaciona todos los factores y aspectos que conciernen al mejoramiento de las condiciones de vida de la población y al cuidado de la salud colectiva. Busca adaptar el ambiente físico que rodea al hombre, a las condiciones que le permitan vivir sano, sin molestias o incomodidades, a través de la aplicación de principios y normas sanitarias. La salubridad de un pueblo depende, entre otros factores, de la cantidad y calidad del agua suficiente para sus necesidades y constituyen el autentico cimiento del urbanismo moderno. En estos tiempos de notable crecimiento demográfico y de diversificación de actividades humanas que están deteriorando temerariamente el medio ambiente, como ingenieros, nos incumbe la obligación de aprovechar racionalmente los recursos naturales aplicando técnicas sanitarias con el fin de proteger la salud y buscar el bienestar del hombre. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 3 El agua puede ser buena o puede ser mala, pues lo mismo puede llevar enfermedades, muerte, destrucción y penas, que salud, vida y felicidad. Todo depende del conocimiento que se tenga tanto de su influencia sobre la vida y los bienes, como las leyes que rigen su comportamiento. Para valorar debidamente un sistema de abastecimiento de agua potable es necesario dejar asentadas las siguientes definiciones con relación a la salubridad: Enfermedades Transmisibles: Son las que se propagan por cualquier medio, de una persona a otra, de un animal a una persona, ya sea de manera directa o indirecta. Las enfermedades de origen hídrico o los efectos adversos del agua sobre la salud humana pueden dividirse en cuatro categorías: • Enfermedades transmitidas por el agua • Enfermedades con base ú originadas en el agua • Enfermedades de origen vectorial relacionadas con el agua • Enfermedades vinculadas a la escasez de agua Enfermedades transmitidas por el agua.- Son aquellas causadas por el agua contaminada por desechos humanos, animales o químicos. (cólera, fiebre tifoidea, shigella, poliomielitis, meningitis, hepatitis, diarrea).En general, la mayoría se puede prevenir con un tratamiento adecuado del agua, antes de consumirla. Las enfermedades con base ú originadas en el agua .- Son causadas por organismos acuáticos que pasan una parte de su ciclo vital en el agua y otra parte como parásitos de animales como por ejemplo la esquistosomiasis. Los causantes de estas enfermedades son una variedad de gusanos trematodos, tenias, lombrices intestinales y nematodos del tejido, denominados colectivamente helmintos que infectan al hombre. Aunque estas enfermedades normalmente no son mortales, impiden a las personas llevar una vida normal y merman su capacidad para trabajar. Describiendo algunas de las enfermedades mas comunes que son causadas por el agua contaminada. A. CÓLERA: Aunque es una enfermedad extraña, ha sido el azote de muchas ciudades europeas, a las que ha llegado por vía terrestre, marítima y ahora también aérea. Las epidemias y pandemias que ha producido han causado grandes desastres, pero han sido también la causa determinante para progresar en abastecimiento y depuración del agua. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 4 B. TIFOIDEA O TIFUS ABDOMINAL: Es una enfermedad exclusiva del hombre, pues los animales, en general, no lo sufren. Ello explica por que el ganado no corre peligro de adquirirla aun bebiendo aguas contaminadas con el bacilo. Los síntomas de la infección que tienen carácter general, aunque se localiza en el intestino, son: dolores de cabeza, perdida de apetito, manchas rojas dolorosas en el abdomen, diarrea intensa y debilidad muscular, elevación de la temperatura, duración por ciclos de siete días. C. DISENTERÍA: Infección intestinal cuyas características son las descargas diarreicas frecuentes y abundantes. Puede ser producido por: Protozoos: Amibas disentericas Bacterias. D. TENIA Y OTRAS LOMBRICES INTESTINALES: Aunque mas raras, son también transmisibles por las aguas. E. ANQUILIOSTOMASIS: El anquilostoma tiene de 1 a 1.5 cm. de largo, y el grueso de un alfiler. Vive adherido a las paredes intestinales por medio de sus mandíbulas que causan heridas a dichas paredes, con perdida de sangre que provoca precisamente anemia. F. HEPATITIS INFECCIOSA: Este virus causal esta presente en la sangre y excretas de las personas infectadas. Es transmitida por el uso de una jeringa contaminada con sangre de una persona infectada. Enfermedades de origen vectorial relacionadas con e l agua .- Son aquellas enfermedades transmitidas por vectores como los mosquitos, que se crían y viven cerca de aguas contaminadas y no contaminadas. Millones de personas padecen infecciones transmitidas por estos vectores que infectan al hombre con malaria, fiebre amarilla, dengue, filariasis etc. La incidencia de estas enfermedades parece estar aumentando. Hay muchas razones para ello: la gente está desarrollando resistencia a los medicamentos que ayudan a combatir la malaria; los mosquitos están desarrollando resistencia a los insecticidas; los cambios medioambientales están creando nuevos lugares de cría. Por otra parte la migración, el cambio climático y la creación de nuevos hábitats provocan que menos gente desarrolle una inmunidad natural a estas enfermedades. Enfermedades vinculadas a la escasez de agua.- Se propagan en condiciones de escasez de agua dulce y saneamiento deficiente (tracoma, dermatitis de contacto, etc.). Estas enfermedades están teniendo un gran avance a través del mundo, pero pueden controlarse fácilmente con una mejor higiene, para lo cual es imprescindible disponer de suministros adecuados de agua potable. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 5 Todos los agentes anteriores pueden llegar a generarse sobre una comunidad, pueblo, país, comunidad etc., esto dependiendo de que tanto se haya propagado una crisis infecciosa a causa del mal manejo del agua potable. EPIDEMIA (del griego epi, por sobre y demos, pueblo), es una descripción en la salud comunitaria que ocurre cuando una enfermedad afecta a un número de individuos superior al esperado en una población durante un tiempo determinado. Para evitar el sensacionalismo que conlleva esta palabra en ocasiones se utiliza el sinónimo de brote epidémico o brote. ENDEMIA (del griego Eνδηµία, "en una población") es un proceso patológico que se mantiene a lo largo de mucho tiempo en una población o zona geográfica determinada. Generalmente se trata de patologías infecciosas. La enfermedad se mantiene a lo largo del tiempo en un nivel estable, incluyendo variaciones estacionales. Por tanto, es una enfermedad localizada en un lugar determinado y con un alto número de personas afectadas. Un ejemplo puede ser el caso de la malaria en ciertos países tropicales o cálidos de África, América o el Sudeste asiático. Por orden de importancia en cuanto al grado de extensión de una enfermedad o el número de personas afectadas se habla de endemia, epidemia y pandemia (esta última cuando afecta a más de un continente). PANDEMIA. Del griego pandêmon nosêma, de παν (pan = todo) + δήµος (demos = pueblo) + nosêma (= enfermedad), expresión que significa enfermedad de todo un pueblo es la afectación de una enfermedadinfecciosa de los humanos a lo largo de un área geográficamente extensa. Etimológicamente hablando debería cubrir el mundo entero y afectar a todos. La participación de la Ingeniería en obras que tienen como fin preservar la salud del hombre ha hecho que los índices de mortalidad y morbilidad desciendan considerablemente, pues gracias a la técnica aplicada en la purificación del agua y su distribución, en la eliminación de los desechos humanos e industriales, en la recolección, tratamiento y disposición de basura, etc., se ha logrado evitar casi totalmente las epidemias de muchas enfermedades que hasta el primer cuarto de este siglo azotaban a la humanidad. El promedio de vida que en el mexicano hasta hace poco era de 45 años, conjuntamente con la medicina preventiva y otras ciencias ha logrado que este promedio se eleve a 67 gracias a la obtención de saludables condiciones ambientales. Como se ve, la importancia de los sistemas de abastecimientos de agua salta a la vista. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 6 Es básico para el desarrollo económico y social de los pueblos; reduce considerablemente la posibilidad de transmitir enfermedades causadas por gérmenes que la usan como hábitat o como vehiculo; fomenta hábitos higiénicos en los habitantes integrándolos mas a la civilización y a la cultura. Contribuye pues a brindar las condiciones ambientales adecuadas para lograr el bienestar del hombre. Un uso eficiente del agua implica la utilización de mejores sistemas de extracción, conducción y almacenamiento de agua; además del cambio de la forma de pensar de los usuarios del recurso. Dentro de los sistemas de conducción, en el mercado existen tuberías fabricadas con gran diversidad de materiales, que dependiendo de las condiciones de operación se comportan de manera satisfactoria o no. La tubería de Policloruro de vinilo (PVC) ofrece, entre otras características, las siguientes ventajas: ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS • Buenas propiedades eléctricas y de aislamiento sobre un amplio rango de temperaturas. • Excelente durabilidad y tiene aproximadamente una vida útil de 40 o más años. • Características de procesamiento fáciles para obtener las especificaciones deseadas del producto final. • Resistente a ambientes agresivos. CONSTRUCCIÓN • Fuerte y ligero.- la resistencia del PVC a la abrasión, su ligereza y su buena resistencia y fuerza mecánica son la clave de su uso en la construcción. • Resistencia al fuego.- el PVC difícilmente se incendia, además si llegara a quemarse, se detendrá en el momento en que la fuente de calor sea removida. Esto lo hace conveniente para usarse en ventanas, puertas y vestiduras. • Durabilidad.- el PVC es resistente al ambiente, a la acción de químicos, corrosión, shock y abrasión. Por ello se le elige para muchas aplicaciones en donde se requiera una larga vida útil del material. • Costos.- los componentes del PVC usados en la construcción ofrecen excelentes ventajas de costo. • Versatilidad.- las propiedades físicas del PVC permiten diseños de alto grado de libertad cuando se diseñan nuevos productos. • Reciclable.- todos los materiales de PVC usados en la construcción son reciclables. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 7 JUGUETES •Es resistente y con mucha durabilidad •Es un material muy versátil y las formulaciones pueden ser ajustadas para dar el comportamiento exacto y los requisitos de calidad para cada tipo de juguete. •Tiene un bajo costo, permitiendo buena calidad, juguetes de un precio razonable. •Es muy adecuado en juguetes que necesiten ser producidos en masa. VEHÍCULOS • El PVC hace que los carros duren más (El promedio de vida útil de un vehículo de camino moderno fue: en 1970 duraba 11½ años, ahora dura 17 años) • El PVC conserva los combustibles fósiles, ya que consume muy poca energía. • Reduce el ruido de los ocupantes del auto. • Hace más costeables a los coches. • Ayuda a salvar vidas (El PVC es importante en los componentes absorbentes del shock en caso de impacto). • Aumenta la libertad del diseño. La presente tesis está dirigido a todas aquellas personas que se dedican a diseñar, instalar y/o manejar sistemas de conducción ó redes de agua potable y desean aplicar la tubería de PVC; para los profesionistas en desarrollo que desconocen los productos existentes en el mercado, ventajas y limitaciones; dimensiones comerciales y principales propiedades para aplicarlo a su trabajo diario. La tesis pretende proporcionar los criterios generales que se utilizan en el diseño de sistemas de conducción y redes de agua potable sin llegar a ser un manual de diseño. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 8 PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 9 1.1 ANTECEDENTES 1.1.1 DEFINICION. El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos. El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. Puede ser encontrada, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas. Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales al causar precipitaciones de 119.000 km³ cada año. Se estima que aproximadamente el 70% del agua dulce es usada para agricultura. El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial, empleándose en tareas de refrigeración, transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe el 10% restante. El agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la humana. El acceso al agua potable se ha incrementado durante las últimas décadas en la superficie terrestre. Sin embargo estudios de la FAO, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes de 2030; en esos países es vital un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 10 1.1.2 PROPIEDADES FÌSCAS Y QUÌMICAS DEL AGUA. El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno. Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultadosde dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O). Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son: • El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora. • El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía. • Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficial del agua. • La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura. También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar. • La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles. • Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 11 • El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g. • El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua —como las sales, azúcares, ácidos, álcalis, y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono, mediante carbonación)— son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua —como lípidos y grasas— se denominan sustancias hidrofóbicas. Todos los componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en agua. Puede formar un azeótropo con muchos otros disolventes. • El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire. • El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio. • El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica —sólo por detrás del amoníaco— así como una elevada entalpía de vaporización (40,65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía. • La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro. Esa temperatura (3,8 °C) representa un punto de inflexión y es cuando alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0 °C disminuye hasta 0,9 999 kg/litro. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca d isminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/l a 0,917 kg/l. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 12 • El agua puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. • Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno —o un compuesto conteniendo hidrógeno— se quema o reacciona con oxígeno —o un compuesto de oxígeno—. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores, no sea una fuente de energía eficaz. • Los elementos que tienen mayor electropositividad que el hidrógeno — como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio— desplazan el hidrógeno del agua, formando hidróxidos. Dada su naturaleza de gas inflamable, el hidrógeno liberado es peligroso y la reacción del agua combinada con los más electropositivos de estos elementos es una violenta explosión. Actualmente se sigue investigando sobre la naturaleza de este compuesto y sus propiedades, a veces traspasando los límites de la ciencia convencional. En este sentido, el investigador John Emsley, divulgador científico, dijo en cierta ocasión del agua que "(Es una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menos entendida)". Los elementos minerales más importantes que se encuentran en el agua natural y que producen alcalinidad, dureza y calidad salina pueden subdividirse en cuatro grupos: Grupo 1. Producen solamente alcalinidad: Carbonato de potasio (K2CO3); Bicarbonato de potasio (KHCO3); Bicarbonato de sodio (NaHCO3); Carbonato de sodio (Na2CO3). Grupo 2. Producen dureza carbonatada y alcalinidad: Carbonato de calcio (CaCO3); Carbonato de magnesio (MgCO3); Bicarbonato de calcio de [Ca(HCO3)2]; Bicarbonato de magnesio [Mg(HCO3)2]. Grupo 3. Producen calidad salina y dureza no carbonatada: Sulfato de calcio (CaSO4); Cloruro de calcio (CaCI2); Nitrato de calcio [Ca(NO3)2]; Sulfato, de magnesia (MgSO4); Cloruro de magnesio (MgCI2); Nitrato de magnesio Mg(NO3)2. Grupo 4. Producen calidad salina, pero no dureza: Sulfato de potasio (K2SO4); Cloruro de potasio (KCI); Nitrato de potasio (KNO3); Sulfato de sodio (Na2SO4); Cloruro de sodio (NaCI); Nitrato de sodio (NaNO3). PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 13 Las sustancias que producen acidez y que son usadas con frecuencia en el tratamiento de las aguas, son: Ácido sulfúrico (H2SO4); Sulfato ferroso (FeSO4); Sulfato de aluminio [AI2(SO4)3]. 1.1.3 CICLO DEL AGUA. Conocido científicamente como el ciclo hidrológico se denomina al continuo intercambiode agua dentro de la hidrosfera, entre la atmósfera, el agua superficial y subterránea y los organismos vivos. El agua cambia constantemente su posición de una a otra parte del ciclo de agua, implicando básicamente los siguientes procesos físicos: • evaporación de los océanos y otras masas de agua y transpiración de los seres vivos (animales y plantas) hacia la atmósfera, • precipitación, originada por la condensación de vapor de agua, y que puede adaptar múltiples formas, • escorrentía, o movimiento de las aguas superficiales hacia los océanos. La energía del sol calienta la tierra, generando corrientes de aire que hacen que el agua se evapore, ascienda por el aire y se condense en altas altitudes, para luego caer en forma de lluvia. La mayor parte del vapor de agua que se desprende de los océanos vuelve a los mismos, pero el viento desplaza masas de vapor hacia la tierra firme, en la misma proporción en que el agua se precipita de nuevo desde la tierra hacia los mares (unos 45.000 km³ anuales). PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 14 Ya en tierra firme, la evaporación de cuerpos acuáticos y la transpiración de seres vivos contribuye a incrementar el total de vapor de agua en otros 74.000 km³ anuales. Las precipitaciones sobre tierra firme —con un valor medio de 119.000 km³ anuales— pueden volver a la superficie en forma de líquido —como lluvia—, sólido —nieve o granizo—, o de gas, formando nieblas o brumas. El agua condensada presente en el aire es también la causa de la formación del arco iris: La refracción de la luz solar en las minúsculas partículas de vapor, que actúan como múltiples y pequeños prismas. El agua de escorrentía suele formar cuencas, y los cursos de agua más pequeños suelen unirse formando ríos. El desplazamiento constante de masas de agua sobre diferentes terrenos geológicos es un factor muy importante en la conformación del relieve. Además, al arrastrar minerales durante su desplazamiento, los ríos cumplen un papel muy importante en el enriquecimiento del suelo. Parte de las aguas de esos ríos se desvían para su aprovechamiento agrícola. Los ríos desembocan en el mar, depositando los sedimentos arrastrados durante su curso, formando deltas. El terreno de estos deltas es muy fértil, gracias a la riqueza de los minerales concentrados por la acción del curso de agua. El agua puede ocupar la tierra firme con consecuencias desastrosas: Las inundaciones se producen cuando una masa de agua rebasa sus márgenes habituales o cuando comunican con una masa mayor —como el mar— de forma irregular. Por otra parte, y aunque la falta de precipitaciones es un obstáculo importante para la vida, es natural que periódicamente algunas regiones sufran sequías. Cuando la sequedad no es transitoria, la vegetación desaparece, al tiempo que se acelera la erosión del terreno. Este proceso se denomina desertización y muchos países adoptan políticas para frenar su avance. En 2007, la ONU declaró el 17 de junio como el Día mundial de lucha contra la desertización y la sequía". PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 15 1.1.4 FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. Según su lugar de procedencia se puede clasificar en diferentes incisos pero para razón de este trabajo solo utilizaremos la siguiente clasificación: • SEGÙN SUS PROPIEDADES PARA EL CONSUMO. • SEGÙN EL CONTENIDO DE MINERALES. • SEGÙN SU PROCEDENCIA. SEGÚN SUS PROPIEDADES PARA EL CONSUMO.- Dentro de esta clasificación tenemos lo siguiente: • NO POTABLES: Son la que no son aptas para el consumo humano y su grado de toxicidad es muy elevado de acuerdo a los componentes químicos que contiene, estos pueden haber sido recogidos durante su camino o en su defecto agregados intencionalmente por el ser humano. • POTABLES: Son la que son aptas para el consumo humano y que no contienen materias disueltas perjudiciales para la salud tales como microorganismos o substancias en suspensión. SEGÙN SU CONTENIDO DE MINERALES.- Esta clasificación se considera o se le llama también aguas potables ya que esta dentro de las aguas potables a su vez esta se clasifican en lo siguiente: • DURAS.-son las que tienen muchos minerales como el calcio y el magnesio. Esta agua se caracteriza porque produce muy poca espuma cuando se junta con el jabón. Otra de las características de las aguas duras son la cantidad de residuos que dejan en el vaso cuando el agua se evapora o en los cacharros después de hervirla. Estos mismos residuos se incrustan en los lavavajillas o lavadoras y las estropean más que las aguas blandas. Las aguas duras suelen proceden de fuentes subterráneas en las que el agua ha tenido que atravesar diferentes capas de minerales. La disolución y arrastre de estos minerales es lo que le proporciona la dureza. • BLANDAS .- Son las que tienen muy pocos minerales. Producen mucha espuma cuando se les mezcla con el jabón. Las aguas de pozo o aquellas que proceden de aguas superficiales suelen ser aguas blandas. El agua más blanda es el agua destilada que no posee ningún mineral. El agua destilada no es apta para el consumo humano. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 16 SEGÙN SU PROCEDENCIA.- De acuerdo a su procedencia se dividen en: Meteóricas (lluvia, nieve, granizo, rocío); Aguas superficiales (ríos, arroyos, lagos, embalses) y aguas subterráneas (manantiales, pozos, galerías). METEORIOCAS.- Pueden encontrarse en estado de vapor, cómo liquido suspendido en nubes o cayendo en forma de lluvia, granizo, nieve. Es prácticamente pura, se caracteriza por su carencia de sales minerales, es blanda, saturada de oxigeno con alto contenido de CO2 y por consiguiente corrosiva. AGUAS SUPERFICIALES.- Son las proceden de los ríos, los lagos, los pantanos o el mar. Estas aguas, para que resulten potables, deben someterse a un tratamiento que elimina los elementos no deseados, tanto las partículas en suspensión como los microorganismos patógenos. Estas partículas son fundamentalmente arcillas que el río arrastra y restos de plantas o animales que flotan en ella. A todo ello hay que sumar los vertidos que realizan las fábricas y las poblaciones. Para eliminar las impurezas físicas se utilizan fundamentalmente procedimientos de decantación que las hacen precipitar al fondo. Las bacterias son eliminadas por procedimientos químicos o biológicos. • LLUVIA.- La lluvia (del lat. pluvĭa) es un fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes. Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial,y el IDEAM (Colombia) la lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua, de diámetro mayor de 0,5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas. Si no alcanza la superficie terrestre, no sería lluvia si no virga y si el diámetro es menor sería llovizna. La lluvia se mide en milímetros al año, menos de 200 son pocos, entre 200 y 500 son escasos, entre 500 y 1.000 son normales, entre 1.000 y 2.000 son abundantes y más de 2.000 son muchas. • LAGOS Y LAGUNAS.- Cuando se utilice como fuente de aprovechamiento un lago o laguna, se localizara la obra de toma lo mas alejado posible de la orilla, y en un punto donde pueda obtenerse agua de la mejor calidad. Dicho sitio debe estar alejado de las desembocaduras de corrientes y sedimentos que ya previamente se habrá determinado en estudios de campo. La profundidad a que de be estar la bocatoma será tal que no permita la entrada de azolves ni resienta los efectos del oleaje; efectos que experimentalmente se sabe están entre 4 y 6 m. de profundidad en lagos o lagunas de regular extensión. De todos modos, la bocatoma siempre debe estar abajo del nivel deaguas mínimas. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 17 La obra de captación en muchos de estos casos esta constituida por una estructura de acceso o puente, una torre que funciona como cárcamo en cuyo interior están los equipos y juegos de compuerta, los que se operan desde un puente de maniobras instalado sobre la misma torre; de esta torre misma sale a la profundidad conveniente, el o los tubos de toma cuyo extremo constituye la bocatoma, que debe estar protegida con rejilla como se indica en las obras de toma de ríos y arroyos. • EMBALSES Cuando como obra de captación de las corrientes se recurre a las presas de almacenamiento, se provoca un embalse contenido por una cortina o muro que puede ser de los tipos y formas que nos enseñan las obras hidráulicas. La capacidad de esta obra esta en función de la demanda de la población y de la aportación de la corriente en intervalos de tiempo más o menos definido y que se conoce cuando se dispone de la historia hidrográfica de la corriente. Una presa esta constituida por obra de toma, cortina y obra de excedencias; mismas que a su vez constan de otras partes. La elección de la obra de toma depende del tipo de cortina, del gasto por extraer, de la carga hidráulica, de la topografía, geología, volumen y tipos de azolves, etc. La captación se lleva a cabo generalmente por medio de una torre que se localiza cerca del pie de la cortina en la parte de aguas arriba disponiéndose entradas a diferentes niveles. En cada una de estas bocatomas se instalara una válvula cuyo mecanismo de operación se coloca en la parte superior de la torre. La válvula de servicio se puede instalar al pie de la torre, la que esta ligada a la corona de la presa o a una de las laderas de la boquilla. La toma puede también estar constituida por una tubería que se ahoga dentro de la cortina colocándole a la entrada una rejilla. En el lado de aguas abajo de la cortina se instalan las válvulas de emergencia y de servicio. La rejilla se forma con barras de acero soportadas por un marco de acero o de concreto. La separación de las barras varia de 5 a 7.5 cm. centro a centro. La velocidad con que el agua debe pasar por la rejilla debe ser menor de 60 cm. por segundo. EI área total A' de la rejilla debe ser igual a 1.25 A, siendo A el área de paso de la rejilla. AGUAS SUBTERRANEAS.- El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de km² (como el acuífero guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial , pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 18 Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular. Se distinguen dos tipos de estas aguas: agua freática y agua artesiana . EL AGUA FREÁTICA.- es la que esta contenida entre la superficie de la tierra y la primera capa o estrato impermeable; se encuentra en un lecho permeable en donde se mueve libremente y a la presión atmosférica; esta formada por dos zonas: una superficial llamada zona de aguas vadosas o zona de aeración y otra zona que continua hasta el estrato impermeable que se llama zona de saturación. EI AGUA ARTESIANA.- es la que esta contenida entre dos estratos impermeables, no se mueve libremente, esta confinada y tiene una presión diferente a la atmosférica. Esta agua subterránea puede aflorar formando manantiales o alimentando cursos de agua o lagos. AI escurrir por las diferentes capas de terreno entra en contacto con sustancias orgánicas e inorgánicas, algunas de ellas muy solubles. Por la descomposición de materia orgánica puede contener nitratos o nitritos. Tiene bajo contenido de oxigeno disuelto y alto de CO2 por lo que disuelve el fierro y el manganeso, sustancias características de estas aguas. Estas aguas pueden dar servicio de agua potable desde viviendas aisladas hasta poblaciones con consumos importantes. Aunque por filtrado se reduce la flora bacteriana, esta sujeta a contaminación. Por lo general es clara, sin olor y más dura que la superficial. Desde el punta de vista bacteriológico, son inocuas si no han recibido recarga de agua contaminada. De todos modos nunca deben ingerirse estas aguas sin previo análisis. 1.2 CAPTACIÒN DE AGUAS. Es importante resumir y entender claramente que para que exista una aplicación de un producto (PVC) tenemos que entender también los medios por los cuales se capta o se cosecha el agua de las diversas formas de obtención de la misma ya que esto no ayudara a comprender mejor como reciclar y almacenar así como recuperar tan codiciado líquido. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 19 1.2.1 POZOS A CIELO ABIERTO O POZOS EXCAVADOS . Cuando se recurra a pozos a cielo abierto o someros se recomienda tengan un diámetro mínimo de 1.50 m., si es circular y si es rectangular debe tener también 1.50 m., en el lado menor. Estos pozos tienen una profundidad generalmente comprendida entre 10 y 20 m, y raras veces podrá ir más allá de los 25 m. Si la pared del pozo es de concreto, la parte situada en el estrato permeable debe Ilevar perforaciones de acuerdo con un previo estudio granulométrico, pero si no se dispone de estos datos, se recomienda que el diámetro de las perforaciones sea de 2.5 a 5 cm colocadas en trebolillo (también llamada 5 de oros) a una distancia de 15 a 25 cm centro a centro. Para pozos con ademe de mampostería de piedra o tabique, se dejaran espacios sin juntear en el estrato permeable, procurando apegarse a la consideración anterior. Para estos pozos excavados o a cielo abierto existe el procedimiento tipo "Indio" por tener su origen en la India. En estos pozos la cimbra se forma previamente en el exterior y en el sitio de la construcción, se arma el refuerzo y se va colando el ademe o pared, mismo que por su propio peso y con el auxilio de la excavación se va hundiendo a medida que se profundiza el pozo. EI ademe se forma en anillos de 1.00 m a 1.50 m de altura, con el diámetro requerido y espesor mínimo de 0.30 m dependiendo este ultimo del peso que debe tener el anillo para vencer la fricción entre concreto y suelo. La parte que va frente al acuífero lleva orificios distribuidos en la forma indicada. EI primer anillo va provisto de una zapata biselada para concentrar la carga del peso o del lastre que se coloca encima, en casos necesarios, para lograr el hundimiento del citado ademe. Esta clase de pozos esta indicada cuando se trata de captar un acuífero freático somero, de fuerte espesor y constituido por materiales fragmentarios no cementados o inconsistentes, como las capas de origen aluvial que se encuentran en las márgenes de los ríos o en el fondo de los valles. Como estas aguas son superficiales, la calidad bacteriológica es deficiente ya que no reciben una buena filtración,si a esto agregamos que por lo general las corrientes subterráneas siguen la pendiente topográfica del terreno, para no empeorar su calidad deben tomarse precauciones para que no entre agua que no se haya filtrado por lo menos a través de 4.00 m de tierra. EI brocal del pozo debe tener como mínimo 50 cm. sobre el nivel del terreno y la tapa debe ser de concreto armada con una saliente perimetral de 50 cm. Si el pozo es de mampostería o tabique debe colocarse una capa impermeable de concreto o de arcilla compactada de 15 a 20 cm de espesor en la periferia de la pared hasta una profundidad de 4.00 m. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 20 Si se encuentra dentro o cerca de zona poblada, debe localizarse en un punto alto con respecto a los de contaminación y alejado de ellos a una distancia mínima de 25.00 m. Generalmente estos pozos son de bajo e incierto rendimiento por la alimentación de la fuente misma (por lo general no más de 25 I.p.s. y cuando son hechos en los cauces de los ríos no más de 40 l.p.s. excediéndose en raras ocasiones. 1.2.2 CAPTACIÓN POR GALERÍAS FILTRANTES Cuando el agua subterránea esta a profundidad moderada, se capta mediante galerías filtrantes. Estas obras, en lo general, deben proyectarse de acuerdo con la posición y forma del acuífero, con el corte geológico y con las curvas de nivel del terreno y de la superficie exterior del nivel freático, a fin de orientar la galería con la dirección de la mayor pendiente de la superficie formada por el nivel de saturación. Esta obra de captación esta formada por una tubería perforada en su parte superior, colocada sin juntear, que se instala en el fondo de una zanja o tajo de sección trapecial hecha a propósito, con la pendiente adecuada, en donde para evitar que a través de las perforaciones entre arena o tierra del relleno de la zanja y para lograr filtrar el agua al mismo tiempo, se coloca sobre el tubo como material de relleno, grava clasificada generalmente en tres capas o espesores que varían (40 a 70 cm) según la profundidad del tajo. Esta zona filtrante estará constituida por material pétreo lavado con una granulometría adecuada a la del terreno natural del acuífero. La última capa estará formada por material producto de la excavación. En ningún caso el diámetro del conducto será menor de 30 cm y la zanja, de preferencia, de sección trapecial. La profundidad máxima de estas obras no debe exceder de 6.00 m salvo casos especiales, como cuando la tubería tiene un diámetro de alrededor de 2.50 m EI ancho del fondo se recomienda sea de 2 a 3 veces el diámetro. La capacidad de una galería filtrante se puede determinar teóricamente con la expresión matemática siguiente: Q = Gasto en m3 p.s. K = Coeficiente de permeabilidad que depende de la finura y porosidad del material permeable, en m.p.s. R = Radio del circulo de influencia en m. H = Carga estática o distancia vertical del nivel estático al estrato impermeable, en m. L = Longitud de la galería en m. h' = Abatimiento observado. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 21 Generalmente en lugar de un fondo horizontal se tiene cierta pendiente “S”. En este caso puede calcularse previamente el gasto que escurre por el manto acuífero antes de la construcción de la galería. Q = KSHL Las galerías filtrantes se emplean también en la captación de manantiales cuando se presentan en las laderas o cuando afloran en una superficie y no en un punto definido. Se emplea también en la captación de aguas subálveas. La posición de la galería en un río puede ser transversal a la corriente o paralela a ella dentro o fuera del cauce, de acuerdo con la distribución y la circulación del agua freática o subálvea, que se determinaran por la observación de los pozos de exploración. Las perforaciones de los conductos deben ser en forma de ranuras en vez de círculos por presentar mas dificultad a la obturación. Si las perforaciones se hacen circulares, su dimensión y espaciamiento será el indicado en el caso de los pozos excavados o a cielo abierto. 1.2.3 POZOS RADIALES O RANNEY Los pozos radiales, de los que el tipo mas característico es el Ranney, consisten en un pozo central armado, de un diámetro interior mínimo de 4.00 m, con paredes de 0.45 m cuyo fondo esta cerrado por una solera fuerte de concreto armada. A 1.20 m del fondo del pozo y en orificios previamente dejados en las paredes del mismo, se introducen horizontalmente unos tubos perforados con longitud de 30 a 80 m cada tubo. Estos tubos se introducen con ayuda de gatos. Los tubos llevan los siguientes accesorios: Una punta patentada para la extremidad externa, que facilitan su penetraciòn en el terreno. Unos anillos que sirven de guía al tubo y un cople o manguito impermeable. La extremidad interior de cada tubo esta provista de una compuerta plana que acciona desde la casa de maquinas, emplazada sobre el pozo central. Estos pozos están fundados en los principios siguientes: a) Filtración de una gran superficie de capa acuífera. b) Extracción artificial de la arena de la misma capa acuífera. c) Control del gasto o caudal del pozo cerrando los tubos convenientes. d) Impermeabilidad de las paredes del pozo, pues actúa como cárcamo o recolector de las aguas. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 22 Los tubos son de lámina de acero de 8 mm. de espesor con diámetro exterior de 216 mm. y sus ranuras son de 9 x 37.5 mm (15 a 20% de la superficie total). Su longitud es de 2.50 m cada tramo. La punta esta taladrada de ranuras más grandes para permitir el paso de las arenas y gravas pequeñas. La velocidad del paso del agua por los agujeros debe estar entre 6 y 12 mm. por segundo y en el tubo mismo de 1 a 2 m. por seg. La zona de captación que se forma alrededor de cada tubo en servicio tiene una anchura comprendida entre 1.50 y 2.50 m según sea la composición de la capa filtrante subálvea. La capacidad de captación en régimen normal de servicio la da la formula: 15 2 K rhQ oπ= En la que: Q = Gasto en m3 por segundo. r = Radio del pozo en m. h0= Altura del agua sobre la solera en régimen normal. K= Coeficiente de permeabilidad en m/s. EI caudal pues, depende del radio “r” y de la altura “ho” y como poco se puede hacer para aumentar dicha altura, debe actuarse sobre el radio, que puede ser grande. Al ser la velocidad de infiltración en estos pozos hasta 30 veces inferior a la de los ordinarios (0,1 mm. contra 3 mm por seg.) el arrastre de arenas y elementos finos es menor y se reduce el peligro de asolvamiento de los tubos. Para regular esta velocidad de infiltración se maniobran las compuertas. AI ser menor la velocidad de evacuación y mayor la velocidad de captación de aguas, el descenso de la capa acuífera es menor que la de los pozos ordinarios. EI rendimiento hidráulico de la capa acuífera Ilega en estos pozos a 70 o 90% contra 25 a 30% de un pozo ordinario, pudiendo Ilegar, en capas freáticas, de 200 a 400 l.p.s. Si los pozos están próximos a un río, pueden dar de 750 a 1,150 l.p.s. La filtración que produce la captación no es totalmente segura, pues aunque pequeño, suele haber arrastre de arenas, y la gravilla que queda en el lecho no asegura la acción bacteriológica de una adecuada filtración, por lo que, si a veces puede evitarse la turbiedad, no suele evitarse la desinfección. La velocidad de construcción de un pozo puede ser de 5 a 7 m por semana para el pozo central o cárcamo. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 23 1.2.4 SISTEMA DE PUYONES (Well point) También se puede captar el agua freáticapor un sistema llamado de puyones, cuando el medio permeable es arenoso y superficial. Este sistema consiste en hincar en el terreno una serie de tubos de pequeño diámetro (1" a 2") y de 4 o5 m. de longitud. Estos tubos se perforan y se hincan a distancias que fluctúan entre 30 y 60 m. una de otra y se conectan todas a un tubo múltiple, que a su vez esta conectado a la succión de una bomba. Estos tubos perforados se protegen en toda su longitud con una malla, que sirve de colador con el fin de evitar la obturación de las perforaciones y de proteger la bomba de la acción abrasiva de la arena. Con este sistema se captan pequeñas cantidades de agua, pues cada puyon en estas condiciones no capta más de 1 l.p.s. 1.2.5 POZOS PROFUNDOS. Ya hemos visto que el agua artesiana esta a presión diferente de la atmosférica por estar confinada entre dos capas de terreno impermeable. De las aguas subterráneas esta es la fuente que mas agua proporciona y a la que se recurre cuando se abastece a poblaciones de fuerte concentración demográfica. Estas aguas presentan la ventaja de que por su remoto origen mantienen casi constante su nivel piezometrico que se traduce en: rendimiento constante y uniforme. Estas aguas se captan mediante pozos profundos, que son de diámetro insignificante comparado con la profundidad. EI diámetro de perforaciones de estos pozos varia de 350 a 750 mm. (14" a 30") y sus profundidades fluctúan entre 30 y 650 m. y a veces más. EI diámetro de ademe, que es de tubo de acero, varia desde 250 a 600 mm. (10" a 24"). Muchas veces el diámetro de ademe no es constante desde la superficie de la tierra hasta la capa acuífera, sino que va disminuyendo a medida que se profundiza. Se hace el diámetro de perforación unos 100 o 150 mm. (4" a 6") mas grande que el diámetro del tubo de ademe con el objeto de colocar en el espacio entre los diámetros, una capa de grava. Se ranura el tubo de ademe en el tramo que estará en contacto con el manto acuífero. EI sitio elegido para la perforación estará de acuerdo con los estudios geohidrologicos y/o geofísicos. EI proyecto de entubación dependerá del corte geológico del pozo ya perforado y del registro eléctrico que se hará posterior a la perforación. Este registro eléctrico nos dará la profundidad del acuífero. EI diámetro del ademe estará en función del diámetro de los tazones del equipo de bombeo que asegura el gasto de explotación. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 24 Terminada la construcción del pozo, se procede al desarrollo y limpieza, es decir, se pone a funcionar la bomba de aforo para extraerle el barro y otros materiales caídos durante la construcción, y limpiar, por la succión de la bomba, los caminos que ha de seguir el agua en su reconocimiento al pozo. Una vez hecho el desarrollo y limpia, se efectuara el aforo mediante un bombeo continuado de por lo menos 72 h. Los resultados se registraran y tabularan y con ellos se formara una grafica Ilamada de "gastos-abatimiento" con la que se determina el gasto de explotación. Se llama de "gastos-abatimiento" por que en uno de los ejes (el horizontal) se indican los gastos, y en el otro (el vertical) lo que baja el nivel del agua dentro del pozo a medida que se va aumentando el gasto de extracción. El nivel que tiene el agua en el pozo cuando no se le extrae agua después de un tiempo se llama ”nivel estático”, al nivel que tiene cuando la bomba esta funcionando se llama “nivel dinámico”. 1.3 HIDRÁULICA DE LOS POZOS. Conceptos Generales Cuando se construye un pozo en un acuífero y se extrae agua por medio de un bombeo, se producirá un descenso o abatimiento del nivel del agua o de la superficie piezométrica según se trate de acuíferos libres o confinados respectivamente. EI descenso o abatimiento producido en un punta cualquiera del acuífero es la distancia entre el nivel original de agua y el nivel que alcanza durante la extracción. Si unimos todos los puntos correspondientes al abatimiento producido que se encuentran contenidos en un mismo plano, se obtendrá una curva Ilamada curva de depresión. Si consideramos el fenómeno en tres dimensiones resultara una superficie cónica, engendrada por la rotación de la curva de depresión alrededor del eje del pozo y que se denomina cono depresión. El límite exterior del cono de depresión define la zona de influencia del pozo. De esta forma el agua escurre a través de la formación del acuífero desde todas las direcciones hacia el pozo. A medida que el agua se mueve en zonas cada vez más cercanas al pozo, deberá atravesar secciones cilíndricas de área cada vez más pequeña. Como consecuencia de este hecho, la velocidad del agua debe incrementarse al aproximarse al pozo. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 25 De acuerdo con las experiencias realizadas por Darcy para el estudio del escurrimiento del agua en medios porosos, se tiene que el caudal es proporcional a la perdida de carga e inversamente proporcional a la longitud de la trayectoria del escurrimiento, por lo tanto: Q=AK L h ∆ ∆ En la que: Q = gasto o caudal h = perdida de carga L = longitud de la trayectoria K = constante de proporcionalidad, Ilamada permeabilidad A = área de la sección considerada La ley de Darcy tiene aplicación en los escurrimientos laminares, los que se verifican en la mayoría de los escurrimientos en medios porosos, como son los que entran en nuestro estudio. De acuerdo con esta ley el gradiente hidráulico varía directamente con la velocidad. Esto significa que a medida que el agua se acerca al pozo el gradiente hidráulico aumenta, lo cual es causa de que la superficie del agua tenga una pendiente descendente continua hacia el pozo, dando origen a la formación del ya definido cono de depresión. En consecuencia el bombeo de un pozo construido en un acuífero libre se manifiesta por un descenso de nivel en el pozo, que origina un gradiente y el agua de las zonas próximas va escurriendo hacia el pozo. Luego la influencia del bombeo se extiende hacia áreas más alejadas formándose el cono de depresión. EI bombeo de un pozo construido en un acuífero confinado, presenta un fenómeno análogo al caso anterior, con la diferencia que el cono de depresión no es una superficie física real sino una imaginaria. La forma de los conos en ambos casos es similar. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 26 Para el análisis del comportamiento hidráulico de los pozos se definen, los siguientes términos de uso común: Nivel estático . Es el nivel que toma el agua en un pozo cuando este no es bombeado o bien no es afectado por el bombeo de otros pozos. EI nivel estático puede variar debido a fuertes precipitaciones, sequías, cambios de presión barométrica, etc. Abatimiento. EI abatimiento en un pozo es la distancia que mide entre el nivel estático del agua y el nivel de esta durante el bombeo. Radio de influencia. EI radio de influencia es definido como la distancia que mide desde el centro del pozo hasta el límite del cono de depresión. Es mayor para conos de depresión formados alrededor de pozos artesianos que para pozos freáticos. Es también mayor cuanto mayor es la permeabilidad del acuífero. 1.4 CONCEPTOS TÉCNICOS QUE NORMAN EL CRITERIO EN LA PLANEACIÓN Y PROYECTOS DE OBRAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Una población se abastece de agua con varios propósitos: para beber y cocinar, para baño, lavado de ropa y utensilios, para Ios sistemas de calefacción y acondicionamiento de aire, para riego de prados y jardines, para ornato en fuentes y cascadas, para fines industriales, para eliminar Ios desechos industriales y domésticos,para la protección de la vida y la propiedad usándola contra el fuego y para muchos otros usos. Un sistema de abastecimiento de agua potable consta fundamentalmente de las siguientes partes: obra de captación, línea de conducción, tanque de regulación o de almacenamiento, línea de alimentación y red de distribución. Eventualmente se incluye planta potabilizadora y la planta de bombeo. Un buen servicio de agua potable debe suministrar agua de buena calidad, en cantidad suficiente, a la presión necesaria, a toda hora y en todos los puntos de la población. Para estos fines se Ilevan a cabo actividades que norman el criterio del ingeniero con relación al media en que va a operar. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 27 ACTIVIDADES Preliminares • Categoría política (Datos Históricos). • Coordenadas Geográficas (Ubicación). • Estudio Socioeconómico. • Estudio de Factibilidad. Estudio de Campo • Geohidrológicos (Topográficos). • Climatológicos. • Aforos y toma de muestras de agua. • Sondeos. • Características de la energía eléctrica. • Punto de toma de corriente. • Estudio de resistividad (Zonas de crecimiento futuro, Materiales y mano de obra disponibles, Fletes y pasaje, Obtención del plano predial, de pavimentos, de instalación de agua potable si hay, de alcantarillado si hay, de instalaciones eléctricas, telefónicas, de gas, topográficas, etc. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 28 PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 29 2. PROCESOS DE FABRICACIÓN DE LA TUBERÍA DE PVC El presente capitulo describe los procesos de fabricación de la tubería de PVC desde los elementos esenciales para la elaboración del monómero hasta la extrusión e inyección de la tubería y conexiones. 2.1. Breve historia del PVC El descubrimiento del PVC se remonta a finales del siglo diecinueve al descubrirse que un nuevo compuesto orgánico llamado cloruro de vinilo reaccionaba fuertemente a la luz solar formando una acumulación de material sólido blanco en la parte baja de los tubos de prueba, esta reacción es la polimerización simple del PVC. El nuevo plástico fue olvidado debido a que en esa época no se le encontraron aplicaciones. Para los años veintes se retomaron las investigaciones acerca del PVC principalmente en Alemania, produciendo perfiles de PVC rígido. Para los años treintas los científicos e ingenieros alemanes desarrollaron y produjeron cantidades limitadas de tubo de PVC. Se puede decir que la Industria de la tubería de PVC es producto de la segunda guerra mundial, ya que los sistemas de agua y alcantarillado fueron destruidos en su mayoría por los bombardeos en Alemania, debido a esto los científicos e ingenieros alemanes desarrollaron la industria de la tubería de PVC. Las primeras instalaciones hidráulicas con tubería de PVC en México (con campana y anillo de hule) inician en 1964. 2.2. Obtención del Poli-Cloruro de Vinilo ( PVC ) La American Society for Testing and Materials (ASTM) define el termino plástico como "Un material que contiene esencialmente moléculas orgánicas de muy alto peso molecular, sólido en su estado final y en alguna etapa de fabricación es formado por flujo a su forma final". (AMITUP) Para entender mejor el proceso se presentan las siguientes definiciones: Termoplástico.- Propiedad que le permite a un mater ial ser moldeable repetidamente por un incremento de temperatura y en durecido por un decremento de la misma. Polímero.- Material orgánico que contiene un alto n úmero de configuraciones químicas repetidas enlazadas entre si como eslabones de una cadena. Estas cadenas son de alto peso molec ular. Monómero.- Es una molécula pequeña, simple, de la c ual se forma la cadena. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 30 Polimerización.- Es la reacción que une a los monóm eros en una gran estructura como un polímero. El poli (cloruro de vinilo) (PVC) es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo (VCM), es una resina plástica lineal, volátil, incolora y dulce al olfato. Las fórmulas químicas se pueden observar en la figura 2.1. Fig. 2.1. Fórmulas moleculares del VCM y el PVC El VCM es un gas incoloro que se almacena a presión (2-5 kg/cm2) para convertirlo en líquido y hacerlo más manejable, es volátil, incolora y dulce al olfato. La figura 2.2. muestra el proceso de obtención del PVC. Fig. 2.2. Obtención de PVC (Pirolisis: Proceso fisicoquímico mediante el cual separan las moléculas de un compuesto utilizando calor) En la industria del plástico, la palabra resina se refiere al polímero básico usado como materia prima, mientras que compuesto se le llama a la mezcla homogénea de resina y varios aditivos. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 31 Como muestra la figura anterior (Fig 2.2), el producto final de este proceso es la resina de PVC, a partir de esta resina y dependiendo del uso que se le va a dar al producto, se requiere agregar algunos aditivos con la finalidad de adecuar las propiedades físicas y químicas de la resina original. El compuesto de PVC que se usa para producir la tubería es Tipo 1, Grado 1 cuyas características son esfuerzo de diseño de 140 kg/cm2 (2,000 PSI) para agua a 23 ºC (73.4 ºF), designado como PVC 12454-B (NMX-E-31/1994, ASTM D1784-78). Esta clasificación se describe en la siguiente figura. Fig. 2.3. Código de Clasificación del Compuesto de PVC Tipo 1, Grado 1(NMX-E-31/94, ASTM D1784 - 78) Otras característica son: Densidad = 1.3 a 1.58 gr/cm3; Flamabilidad = auto extinguible; Dilatación térmica = 8 x 10-4 m/m ºC. 2.3. Procesos de fabricación de la tubería de PVC. Los procesos de comunes en la fabricación de tubería de PVC, son extrusión, inyección y formación manual de piezas. El compuesto de PVC, esta formado en su mayorìa por Policloruro de vinilo, el resto por elementos como estabilizadores, pigmentos, lubricantes, auxiliares de proceso y rellenos. Las característica determinantes se deben al Poli (cloruro de vinilo) por ser el elemento predominante en el compuesto, los ingredientes complementarios tienen por objeto facilitar el proceso o mejorar las propiedades particulares de la resina de PVC. 2.3.1. Extrusión. Después de pasar por una adecuada inspección y prueba de control de calidad, los fabricantes de resina de PVC embarcan ésta en forma de polvo a los productores de tubo. Al llegar a la planta es transportada por medio neumático desde los camiones que la transportar hasta los silos de almacenamiento. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 32 Una vez en la planta la resina se sujeta nuevamente a otra inspección por parte del departamento de aseguramiento de calidad. Obtenida su aprobación, las materias primas son transportadas a la operación de mezclado en donde los ingredientes son combinados en una proporción de peso exacta y así formar un compuesto homogéneo. A esta operación se le conoce como "Dry-Blend" (mezclado en seco). Al término de este intenso mezclado a elevadas temperaturas por un determinado tiempo, la preparación de un lote de compuesto de PVC esta terminada. Dependiendo de la demanda, el compuesto es neumáticamente transportado a la operación de extrusión, este es colocado en el interior de una tolva para alimentar al extrusor. Los extrusores para fabricación de productos de PVC son en su gran mayoría de Multi-tornillo,al caer de la tolva, el compuesto de PVC en forma de polvo pasa por una garganta hacia el barril de extrusión dentro de este el compuesto es recibido por tornillos giratorios. El material es entonces transportado por una acción de bombeo a través de los espacios entre el tornillo y el barril por todo el extrusor, conforme el material avanza a una temperatura y presión perfectamente controlada, este se convierte de un polvo seco en una masa viscosa de plástico. Para la obtención de un producto final con las características requeridas el proceso debe ser cuidadosamente monitoreado y controlado en forma precisa. Cuando el proceso de plastificado es concluido y los elementos volátiles han sido eliminados del plástico fundido, el material es preparado para su formación final. La masa visco-elástica de plástico es empujada dentro de un dado de formado bajo una alta presión 140 - 350 kg/cm² (2,000-5,000 PSI), entonces el plástico caliente es moldeado en un perfil de forma cilíndrica. Al salir de este dado el material esta extremadamente caliente aproximadamente a 200°C (400 °F ), flexible y deformable. En este punto el plástico caliente es formado con precisión en un producto final con las dimensiones requeridas y después enfriado para solidificarlo. El control dimensional del diámetro exterior se logra al forzar el paso del plástico caliente a través de una camisa dimensionadora al mismo tiempo que es jalado fuera del extrusor por un equipo conocido como jalón. El espesor de pared es controlado por la correcta sincronización entre el Jalón y la velocidad de extrusión. Hasta que es obtenida la forma definitiva, el tubo de PVC extruido es jalado fuera del extrusor dentro de los tanques de enfriamiento en donde es enfriado por agua templada. Concluida esta operación, pasa al marcado, al corte a la longitud exacta y formado del chaflán. En este punto el tubo terminado es transferido a la operación de acampanado. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 33 Fig. 2.4. Diagrama de flujo del proceso de extrusió n del tubo de PVC 2.3.2. Inyección. La formulación de compuestos de PVC para moldeado de piezas por inyección es similar a la de los compuestos utilizados para extrusión, de igual manera el proceso de mezclado se realiza mediante "Dry-Blend" (mezclado en seco). Debido a que las máquinas de inyección están diseñadas para recibir "pellets" (granos), los fabricantes prefieren utilizar estos para la alimentación de las inyectoras, con el manejo del material en pellets el beneficio obtenido es la eliminación de los volátiles durante el proceso de obtención de los pellets y no durante el proceso de inyección. El tipo más común de inyectoras de PVC rígido es el de tornillo oscilante, en estas el tornillo rotatorio se mueve hacia adelante y hacia atrás dentro de un cilindro caliente. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 34 En el ciclo de moldeo, mientras el tornillo gira, el PVC rígido, ya sea en pellets o en polvo, es tomado por las espiras del tornillo en la zona de alimentación y forzada hacia la esprea frontal. En cuanto el material alcanza la punta del tornillo, esta gira hacia atrás para permitir que PVC rígido se acumule en la esprea, en el momento apropiado, el tornillo retorna hacia el frente actuando como un émbolo empujando al PVC rígido derretido bajo una gran presión a través de la esprea y dentro del molde. El tamaño de la carga o disparo puede ser regulado con la carrera de regreso del tornillo, la cual puede ser controlada con un interruptor de límite. Debido a que el molde es llenado a una alta presión, la cavidad entera del molde es enteramente reproducida. Después de pasado el suficiente tiempo para que la pieza se enfríe y solidifique, el molde es abierto y la pieza es sacada. La secuencia de una operación automática de inyección es la siguiente: 1. Cerrar y asegurar el molde bajo presión. 2. Inyección de PVC rígido. 3. Mantener el molde bajo presión mientras la pieza se enfría. La mayoría de los moldes son enfriados por agua para acelerar el proceso. 4. El tornillo giratorio regresa a recuperarse para el siguiente disparo. 5. Abrir el molde y sacar la pieza. Algunas piezas gruesas pueden ser sumergidas en agua para continuar con el enfriamiento. 2.4. Aseguramiento de Calidad. Las pruebas de aseguramiento de calidad se pueden clasificar en tres categorías generales: • Pruebas de Calificación. Pruebas a las que son sometidos las tuberías y materiales de los cuales están fabricados para asegurar que los productos finales puedan cumplir sin excepción los requerimientos de las especificaciones aplicables. Las pruebas de calificación comúnmente usados en la fabricación de tubo de PVC son aplicadas para evaluar las siguientes propiedades de diseño: Prueba de Clasificación de la Celda del Compuesto d e PVC para Extrusión. Se realiza de acuerdo a la norma NMX-E-31-1993-SCFI, para determinar las propiedades mecánicas y químicas de la materia prima con la cual se fabrican los productos finales de PVC. PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 35 Prueba Toxicológica ( NMX-AA-51-1981 ), ( NMX-E-28-1991 ) Realizadas para verificar la ausencia de químicos, las cuales pueden ser razonablemente llamadas tóxicas o cancerígenas en cantidades que puedan ser causa de daños fisiológicos al hombre cuando ingieren sustancias que son transportadas por tubería. Prueba Química/Organoléptica ( Olor y sabor ) ( NMX-E-28-1991 ) Tiene como objetivo evaluar la extracción química, sabor u olor que pudieran producir los productos fabricados de PVC que transportan fluidos que serán consumidos por el hombre. Por ejemplo tubería para conducción de agua potable. Prueba de Esfuerzo de Diseño Hidrostático a largo p lazo Se realiza para determinar el Esfuerzo a la Tensión máximo permisible soportado por la pared del tubo en sentido radial (hoop stress) provocado por la presión interna aplicada continuamente, con un alto grado de certidumbre de que no se presentará una falla. Prueba de comportamiento del Sistema de Unión ( NMX-E-129-1990 ) En condiciones de laboratorio se verifican que los diseños de los sistemas de unión no presenten fugas. • Inspecciones y Pruebas de Control de Calidad. Las pruebas de control de calidad son aplicadas rutinariamente Inspección de acabado ( NMX-E-143-1994 Métrico ),( NMX-E-145-1994 Inglés ) Tiene como objetivo asegurar que las piezas de PVC son totalmente homogéneas, por lo tanto, estará libre de burbujas, fracturas, inclusiones o de otros defectos, inclusive de color, densidad y las demás características físicas uniformes. Inspección Dimensional ( NMX-E-21-1993 ) La medición de las dimensiones críticas en forma regular y sistemática es fundamental, las dimensiones críticas comúnmente requeridas son: - Diámetro del tubo - Espesor de pared del tubo - Ovalidad PROYECTO PARA DISTRIBUIR AGUA POTABLE EN CONJUNTOS HABITACIONALES UTILIZANDO TUBO PVC (POLICLORURO DE VINILO) 36 - Dimensiones de la campana de unión - Longitud Inspección de Marcación (NMX-E-143-1994 Métrico),(NMX-E-145-1994 Inglés ) Verifica la marcación correcta del producto conforme a los requerimientos de la especificación aplicable, normalmente esta marcación incluye: - Nombre, razón social, marca registrada o símbolo del fabricante. - Material de que está fabricado el tubo (PVC). - Clase o RD - Diámetro nominal - Serie métrica (Sm) o Serie inglesa (Si) - Presión máxima de trabajo - Uso (Agua a presión) - La leyenda "HECHO EN MEXICO" o símbolo o país de origen. - Fecha de fabricación ( DIA / MES / AÑO) Inspección del Empacado de la tubería El empacado final de la tubería así como
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