ADUCTIUNI

ADUCTIUNI

1. Tipuri de aductiuni

Aductiunea reprezinta totalitatea constructiilor si instalatiilor cu ajutorul carora apa este transportata, in conditiile cerute de la captare la rezervoarele de inmagazinare.

Aductiunile pot fi:

- aductiuni gravitationale

sub presiune

cu nivel liber

- aductiuni sub presiune functionand prin pompare

1.1. Aductiuni gravitationale sub presiune

Se adopta acest tip de aductiuni in cazul in care cota la care este amplasata captarea este mai ridicata decat cota rezervorului, debitul transportat Q_aductiune (5÷6) m³/s, relieful terenului pe traseul aductiunii este accidentat, iar apa transportata este de buna calitate.

1.2. Aductiuni gravitationale functionand cu nivel liber

Se adopta in situatia in care cota captarii este mai ridicata decat cota rezervorului, terenul are o panta relativ uniforma, calitatea apei este indiferenta consumatorului, siguranta in functionare in perioada de iarna satisface beneficiarul, iar debitul transportat este mare. In cazul in care este necesar sa se pastreze calitatea apei, sa existe o siguranta in functionare ridicata sau daca terenul prezinta denivelari importante se utilizeaza aductiuni inchise (canal sau galerie) functionand cu nivel liber.

1. Aductiuni sub presiune functionand prin pompare

Acest tip de aductiune se adopta in situatia in care, captarea se afla la o cota mai mica decat cota rezervorului. Se poate realiza acest tip de aductiune cu pomparea realizata intr-o singura treapta sau daca este cazul, mai multe trepte.

Fig.1. Aductiune gravitationala sub presiune

Fig.2. Aductiune gravitationala cu nivel liber

a,b - deschisa; c,d - inchisa

Fig. Aductiune sub presiune functionand prin pompare

2. Proiectarea aductiunilor

Aductiunea fiind unul dintre obiectele sistemului de alimentare cu apa din cele mai dezvoltate, este important ca solutia aleasa sa ofere cele mai bune posibilitati de executie si exploatare.

2.1. Stabilirea traseului aductiunii

Traseul aductiunii se alege astfel incat:

sa aiba lungimea cea mai mica;

sa se gaseasca in apropiere de caile de comunicare;

sa nu fie afectate de constructiile executate ulterior in zona;

sa se evite zonele de teren instabil, inundabil;

sa nu existe zone de poluare subterana sau de suprafata.

2.2. Stabilirea schemei de functionare a aductiunii

In cazul alimentarii cu apa pentru centrele populate transportul apei se realizeaza prin aductiuni inchise.

Pentru aductiunile gravitationale:

traseul este mai lung;

sectiunea este mai mare;

costul mai redus intrucat se poate utiliza un material mai putin pretentios intrucat presiunea de lucru este mai mica.

Pentru aductiunile prin pompare:

traseul este mai scurt;

sectiunea este mai mica;

apar o constructie suplimentara - statia de pompare si alte constructii accesorii;

apar cheltuielile cu energia consumata si exploatarea statiei de pompare;

necesita material mai pretentios intrucat functionarea este sub presiune.

2. Debitele de dimensionare

Aductiunile se dimensioneaza la:

Q_{I d} = Q_{s zi max}

Daca se are in vedere sporul de crestere al populatiei se poate alege una din posibilitatile:

- se executa aductiunea pentru debitul de perspectiva;

- se executa aductiunea la o dimensiune data de debitul pentru prima etapa si se extinde prin dublare, triplare, in perspectiva.

Calculul hidraulic al aductiunilor gravitationale sub presiune

Determinarea diametrului conductei se face cu relatia:

(1.)

in care: w - sectiunea conductei;

R - raza hidraulica;

C - Coeficientul Chèzy;

J - panta hidraulica.

Sectiunile la acest tip de aductiune sunt circulare, ceea ce duce la:

(2.)

()

in care: n - coeficientul de rugozitate exprimat sub forma K = 1/n

Tabelul 1.

Panta hidraulica J este panta hidraulica disponibila datorita diferentei de nivel DH:

(4.)

Dimensionarea se poate face prin calcul analitic sau folosind diagramele din fig.4., 5., 6. care sunt ilustrarea grafica a relatiilor prezentate anterior.

Fig.4. Diagrama pentru dimensionarea conductelor (canalelor) din tuburi din beton, prefabricate, dupa formula lui Manning (1/n = 74)

Fig.5. Diagrama pentru dimensionarea hidraulica a conductelor din metal, beton precomprimat, dupa formula lui Manning (1/n = 83)

Fig.6. Diagrama pentru dimensionarea hidraulica a conductelor din azbociment, dupa formula lui Manning (1/n = 90)

4. Calculul hidraulic al aductiunilor gravitationale cu nivel liber

In cazul acestor aductiuni calculul este mai laborios intrucat forma sectiunii aductiunii poate fi mult mai variata.

Dimensionarea se face utilizand relatia 1. cu coeficientul de rugozitate n apreciat in functie de modul de captusire al canalului. Viteza apei in canal trebuie sa fie mai mare decat viteza la care pot avea loc depuneri si mai mica decat viteza la care exista pericolul eroziunii materialului de captusire.

In rezolvarea problemei se impune "b" latimea la fund a canalului aleasa in functie de forma sectiunii, latimea minima de executie, latimea utilajului de sapare. Se reprezinta grafic Q = f(h) pentru b ales, iar pentru debitul la care se dimensioneaza aductiunea se determina h din acest grafic.

Pentru sectiunile cu profil de curba continua se utilizeaza diagramele din fig. 7.,8.,9., verificandu-se viteza si debitul la inaltimea h si la sectiune plina.

5. Dimensionarea aductiunilor functionand cu pompare

Dimensionarea hidraulica a acestui tip de aductiune se face cu relatia 1. si diagramele de la aductiunile gravitationale sub presiune. In cazul acestor aductiuni, deoarece sunt doua necunoscute, D si J se adopta la dimensionare un criteriu tehnico-economic: exista un diametru pentru care cheltuielile totale anuale sunt minime. Acest diametru este denumit diametru optim economic.

Cheltuielile totale anuale cu aductiunea pot fi exprimate:

(5.)

in care: z - cheltuielile totale anuale de calcul;

I - investitia in aductiune;

T_r - timpul de recuperare a investitiei in aductiune;

C_e - costul anual al energiei electrice consumate cu pomparea apei pe aductiune.

Fig.7. Diagrame pentru calculul canalelor circulare din beton

Fig.8. Diagrame pentru calculul canalelor ovoide din beton

Fig.9. Diagrame pentru calculul canalelor clopot din beton

Diametrul optim economic rezulta in punctul in care functia z = z_min.

Cele doua componente ale cheltuielilor totale anuale pot fi exprimate in functie de diametru.

Investitia totala in aductiune este:

(6.)

in care: I_u - investitia unitara USD/m (fig.10.);

L - lungimea aductiunii

10. Investitia unitara in conducte metalice (1996)

Cheltuielile cu energia rezulta:

(7.)

in care: p_e - pretul energiei electrice USD/kWh;

E_c - energia electrica consumata intr-un an kWh/an

Energia electrica consumata cu pomparea pe aductiune intr-un an:

(8.)

in care: Q_Id - debitul pentru care se dimensioneaza aductiunea;

H_p = H_g + Sh_r - sarcina pompelor;

h_p - randamentul pompelor;

T - timpul de functionare intr-un an al aductiunii ( se considera pompare continua T = 8760 ore/an).

Aplicatia 1.

Sa se dimensioneze aductiunea al carui profil tehnologic este dat in fig.11. Debitul transportat este 43,5 l/s.

La = 6000 m

Fig.11.

Rezolvare:

Conducta functioneaza gravitational:

Pentru o conducta din tuburi PREMO, din diagrama Manning, pentru Q = 43,5 l/s si J = 0,006 rezulta D = 250 mm cu v = 1,0 m/s.

Aplicatia 2.

Sa se dimensioneze sectiunea canalului de aductiune pentru alimentarea cu apa a unei industrii pentru care Q = 8 m³/s, iar J = 0,005.

a) Canal trapezoidal deschis

Se impune b = 1,0 m si considerand canalul protejat cu beton (K = 74):

Fig.12. Profil canal aductiune

Tabelul 2.

Fig.1 Cheie limnimetrica Q = f(h)

b) Canal circular partial plin, ingropat

Pentru J = 0,005 din diagrama 7. D_n = 2,00 m, rezulta Q_plin = 10 m³/s, v_plin = 3,30 m/s.

Se calculeaza:

Din diagrama 7. pentru a = 0,8 rezulta:

Rezulta v_efectiv = 1,10 v_plin = 1,10 3,3 = 3,63 m/s, ceea ce duce la concluzia ca se pot utiliza tuburi prefabricate din beton.

Inaltimea apei in canal este h = 0,70 D = 1,40 .

Aplicatia

Sa se determine valoarea diametrului colectorului de refulare al unei captari subterane cunoscand:

- Q = 9,81 l/s;

- timpul de recuperare a investitiei T_r = 20 ani;

- se adopta conducta metalica;

- costul energiei P_e = 0,05 USD/kWh

- randamentul agregatelor de pompare h_a

- timpul de functionare T_f = 8760 ore/an

- pretul mediu al conductei

- inaltimea geodezica H_g = 22 m, iar h_{r loc.} = 2 m

- lungimea conductei L_aductiune = 1200 m

Calculul este prezentat in tabelul 4.

Tabelul 4.

Calculul diametrului optim economic

Fig.14. Reprezentarea grafica a cheltuielilor totale anuale functie de diametru

Fig.15. Plan de situatie aductiune - model

Fig.16. Profil longitudinal aductiune - model