En la actualidad los ingenieros dedicados al diseño, construcción, operación y mantenimiento de conductos a presión que transportan agua no tienen muy claras las causas por las cuales puede entrar el aire a las tuberías, y los graves problemas que éste puede provocar. La presencia de aire en las conducciones es probablemente uno de los fenómenos menos analizados durante la etapa de proyecto, sus efectos muchas veces son subestimados o incluso ignorados. Como consecuencia, estos sistemas se hallan expuestos, durante su operación, a distintas solicitaciones y efectos no deseados, que pueden conducir no sólo a mayores costos operativos, sino que pueden desencadenar en el colapso de las tuberías. Asimismo, es importante mencionar que en México y en los países de habla hispana, no se cuenta con una guía que ayude a los ingenieros a reducir o evitar los problemas generados por el aire atrapado en las conducciones. Hoy en día no existe un método analítico completamente aceptado para analizar el movimiento de burbujas y bolsas de aire en sistemas de tuberías. Por lo tanto, el diseño de líneas de conducción de agua continúa haciéndose usando fórmulas empíricas. La desventaja es que las recomendaciones hechas por varios investigadores varia ampliamente y pueden no ser adecuadas para el análisis o diseño de algunos sistemas. Las causas probables de estas discrepancias quizá se deban a que las condiciones adoptadas por diferentes autores no son generales, además de que sus investigaciones fueron realizadas en dispositivos experimentales con tuberías de diámetros pequeños comparados con los diámetros de los conductos reales. Por todo lo anterior, el estudio del movimiento de burbujas y bolsas de aire es de gran importancia para el análisis y diseño de muchos sistemas que transportan agua, tales como acueductos, tuberías y túneles de las obras de toma de una presa, emisores de drenaje, entre otros. Desafortunadamente, no se han realizado las suficientes investigaciones para solucionar la problemática del aire atrapado en conductos a presión. Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo estudiar de forma teórica y experimental el comportamiento del aire en conductos que transportan agua limpia o residual, variando la temperatura para ambos casos con el propósito de modificar las propiedades de estos líquidos. En la primera etapa del proyecto se estudiaran las pequeñas burbujas de aire en la zona turbulenta del salto hidráulico al final de las bolsas de aire, ocupando una de las técnicas de medición no intrusiva más avanzadas que existen actualmente, conocida como velocimetría de imágenes de burbujas (BIV por sus siglas en inglés). Después, en la segunda fase de la investigación se analizará el movimiento de bolsas de aire que se mueven pegadas a la clave o techo de la tubería, para proponer una ecuación que pueda ser utilizada en el diseño de conductos a presión. Finalmente, en una tercera etapa se estudiará el comportamiento de grandes bolsas de aire con una longitud de varias veces el diámetro del conducto, que se acumulan en los puntos altos de los conductos a presión, para proponer criterios de diseño y evitar que éstas puedan incrementar el consumo de energía eléctrica, provocar corrosión a las paredes de los tubos en el caso de que el fluido que se esté transportando sea agua residual, así como para evitar rupturas de los tubos en acueductos a bombeo al generarse variaciones de presión, durante la ocurrencia del fenómeno conocido como golpe de ariete.

Los sistemas que transportan agua limpia o residual son de vital importancia para la población mundial. Por lo tanto, su eficiencia repercutirá en un buen servicio para las personas. En caso contrario, cuando existe aire atrapado en forma de bolsas o burbujas en conductos circulares estos sistemas pueden presentar problemas que pueden ir de leves a catastróficos. En las décadas pasadas han sido reportados varios accidentes, debido a la presencia del aire atrapado en tuberías. Aún hoy en día siguen ocurriendo problemas en sistemas de tuberías construidos recientemente, debido a la falta de criterios de diseño que hagan que los sistemas de tuberías funcionen más eficientemente. Esto aunado a que muchos ingenieros dedicados al diseño de acueductos no toman en cuenta o no conocen las causas que generan la entrada de aire a este tipo de sistemas, además de los efectos potenciales que puede producir el aire atrapado. Por lo antes mencionado, el estudio del movimiento de burbujas y bolsas de aire es de gran interés para el diseño y análisis de muchos de los conductos circulares que transportan agua, tales como acueductos, tuberías y túneles de las obras de toma de una presa, emisores de drenaje, entre otros. Sin embargo, no se han realizado los estudios suficientes para remediar los problemas relacionados con el flujo de dos componentes (agua-aire). Por lo tanto, en este proyecto se pretende estudiar de forma teórica y experimental el comportamiento del aire en agua limpia y residual, variando la temperatura en ambos casos con el objetivo de modificar las propiedades del líquido. En una primera etapa se estudiaran las pequeñas burbujas de aire en la zona turbulenta del salto hidráulico al final de la bolsas de gas, utilizando una de las técnicas de medición no intrusiva más avanzadas que existen en la actualidad, como es la velocimetría de imágenes de burbujas (BIV). Posteriormente, en una segunda fase de la investigación se estudiará el movimiento de bolsas de aire que se mueven pegadas a la clave o techo de la tubería, para proponer una ecuación que pueda ser utilizada en el diseño de conductos a presión. Finalmente, en una tercera etapa se analizara el comportamiento de grandes bolsas de gases con una longitud de varias veces el diámetro del conducto, que se acumulan en los puntos altos de los conductos a presión, para proponer criterios de diseño, para evitar que éstas puedan incrementar el consumo de energía eléctrica, provocar corrosión en las tuberías en el caso de que el fluido que se esté transportando sea agua residual, así como para evitar rupturas de los tubos en acueductos a bombeo al generarse variaciones de presión, durante la ocurrencia del fenómeno conocido como golpe de ariete. Esta investigación beneficiara a la sociedad, ya que se evitarán fallas en los sistemas de tuberías y los habitantes de una determinada ciudad sufrirán muchas menos interrupciones del suministro de agua potable, por daños en las tuberías. Asimismo, en el caso de que se trate de un sistema que transporta agua residual, se evitaran epidemias por consumo de agua potable contaminada en caso de que el agua sucia se fugue por una fractura en la tubería y se infiltre al sistema de agua potable. De igual forma, las autoridades que tienen a su cargo los acueductos, presas hidroeléctricas, centrales termoeléctricas y sistemas de drenaje pueden ahorrar una cantidad importante de dinero, debido a que no tendrán que gastar en reparaciones de tuberías, estructuras hidráulicas, así como en elementos mecánicos como turbinas, bombas y válvulas, que pueden ser dañados por el aire. La información obtenida durante la investigación será transmitida mediante artículos publicados en revistas de alto en impacto (ISI), así como en artículos de congreso. Una vez completada la investigación se pretende conjuntar todos los datos recabados en un manual dirigido a ingenieros, dedicados al diseño, análisis y construcción de conductos a presión.