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F
atiga
del
material
en
los
transitorios
hidráulicos
el número de ciclos de variación de la presión (esfuerzo). Si es muy alto, la tubería puede
estar sujeta a la fatiga. Como se muestra en la siguiente sección, si la tubería interrumpe
su operación con frecuencia, este número puede ser lo suficientemente grande para que la
fatiga pueda ocurrir.
Las tuberías de hierro dúctil diseñadas siguiendo la práctica actual, son un poco mas resis-
tentes a la fatiga, sin emabrgo también tienen una vida finita. El esfuerzo de cedencia y la
resistencia a ruptura del hierro dúctil son de 42,000 psi (289.6 MPa) y 60,000 psi (413.7 MPa),
respectivamente, con un límite de fatiga de 28,000 psi (193.1 Mpa). De acuerdo con el Manual
AWWA M41 (AWWA 2003), las tuberías de hierro ductil a presion son diseñadas para resis-
tir la presión de operación normal más una sobrepresión por transitorios con un factor de
seguridad de 2 basado en el esfuerzo de cedencia. Esto da un esfuerzo de diseño máximo
de 21,000 psi (144.8 MPa), por debajo de su límite de fatiga, así que a tuberías de hierro ductil
tienen una vida infinita bajo un esfuerzo variable con media igual a cero. Teniendo en cuenta
el esfuerzo medio, sin embargo, resultan ser de una vida finita para esfuerzos medios por
encima de 0.25 veces su resistencia a la ruptura, como se puede demostrar por el siguiente
razonamiento. Del diagrama de Goodman, un esfuerzo medio de 0.25 veces la resistencia
a ruptura corresponde a un límite de fatiga de 0.75 veces el límite de fatiga bajo el esfuerzo
completamente alterno, el cual para el hierro dúctil es igual a 0.75 x 28,000 = 21,000 psi (144.8
MPa).
5.2.4 N
úmero
de
ciclos
de
presión
(
esfuerzo
)
Con el fin de evaluar el riesgo de fatiga, se necesita estimar el número de veces que se paran
y arrancan las bombas o la operación de las válvulas, junto con el número de los ciclos de
variación de presión y la magnitud de las variaciones en cada ciclo. El número de los ciclos
de variación de presión y su magnitud puede obtenerse, en principio, por la observación di-
recta de la presión transitoria (en conducciones existentes), por un modelo numérico de flujo
transitorio, o por modelos aproximados. En el último caso, el método de Brunone (Brunone
et al
. 1995) o métodos similares pueden ser utilizados. Dada la naturaleza de la evaluación
aproximada de riesgo de fatiga, el último de estos 3 tipos de métodos se puede considerar
como suficiente, al menos para tuberías individuales sin separación de la columna durante
los transitorios. El paro de bombas y el cierre de válvulas normalmente producen muchos
más ciclos de presión transitoria, en comparación con el arranque de bombas y la apertura de
válvulas. Según Brunone
et al
. (1995), en una tubería de conduccion que permanece llena de
agua, la sobrepresión (subpresión) transitoria se va atenuando según la siguiente ecuación:
H
H
k
1
1
I
i
1
2
D
D
= +
-
a
k
5.2.3
donde
k
esta entre 0.03 y 0.10. Posteriormente, Pezzinga (2000) generalizó el concepto
y presentó gráficas para
k
en función de un parámetro característico de la tubería de
conduccion, el número de Reynolds y la rugosidad relativa. En dichas gráficas el valor de
k
se
lee de aproximadamente 0.003 a 0.06. Otros autores, citados por Pezzinga (2000), encontraron
