1. Tuberías Simples 1. Tuberías Simples

1. TUBERÍAS SIMPLES

HIDRÁULICA 1- TUBERÍAS SIMPLES

Ing. Lisandro Núñez Galeano

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1. TUBERÍAS SIMPLES Tipos de Problemas en Hidráulica de Conductos a Presión Se clasifican de acuerdo con la variable desconocida en el problema. Las variables que interactúan en un problema de tuberías son: • Variables relacionadas con la Tubería en si: d, l, k s. • Variables relacionadas con el Fluido: ,

k ,H















1. TUBERÍAS SIMPLES Tipos de Problemas en Hidráulica de Conductos a Presión •

COMPROBACIÓN DE DISEÑO: La tubería ya existe (material, diámetro, accesorios) y la potencia motora se conoce (gravedad o bomba). La incógnita es el caudal que pasa por la tubería. Este tipo de problema es el típico en el diseño de redes en el cual se predimensionan los diámetros.















1. TUBERÍAS SIMPLES Tipos de Problemas en Hidráulica de Conductos a Presión a)

CÁLCU CÁLCULO LO DE LA POTEN POTENCIA CIA REQUE REQUERID RIDA: A: Se conoce el caudal demandado y se tiene una tubería conocida (material, diámetro, longitud, accesorios). Se desea calcular la potencia necesaria (bomba o diferencia de nivel) para mover el caudal.















1. TUBERÍAS SIMPLES Tipos de Problemas en Hidráulica de Conductos a Presión

a) DISE DISEÑO ÑO EN SÍ DE LA TUBE TUBERÍ RÍA: A: Se conoce el caudal demandado, la potencia disponible y algunas características de la tubería (longitud, accesorios). Se desconoce el diámetro necesario. En cuanto al material de la tubería usualmente se tienen sólo 2 o 3 alternativas.















1. TUBERÍAS SIMPLES Tipos de Problemas en Hidráulica de Conductos a Presión a) CALI ALIBRAC BRACIÓ IÓN N DE LA TUBE TUBERÍ RÍA A: Se conoce el caudal demandado, la caída en la altura piezométrica que ocurre entre la entrada y la salida de la tubería, algunas de las características de la tubería tubería y las propiedades propiedades del fluido. fluido. Se desconoce desconoce la rugosidad rugosidad absolut absolutaa de la tubería que produce esa caída en la presión piezométrica para el caudal medido. En campo el caudal usualmente se mide a través de caudalímetros acústicos y la caída de presión utilizando transductores transductores de presión.

V i bl

id

I ó i

















1. TUBERÍAS SIMPLES Ecuaciones para el Diseño de Tuberías Simples 1. Ecua Ecuació ciónn de Fricci Fricción ón:: Utilizando la ecuación de Colebrook-White en conjunto con la ecuación















1. TUBERÍAS SIMPLES 2. Ecuación de Conservación de la Energía Si se plantea una ecuación de energía entre un embalse (bomba) y un punto en la tubería se obtendrá lo siguiente:















1. TUBERÍAS SIMPLES Luego:

h1 + z 1 =

v

22

2g

+ z 2 +

p2

+ h f + ρ g

h

m















1. TUBERÍAS SIMPLES De la última expresión se puede obtener la siguiente si guiente ecuación, la cual describe las pérdidas por fricción en función de las otras variables:

h = H z

 k

v

22

(2.1)















1. TUBERÍAS SIMPLES Utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach Ecuación (1.38), que también predice las pérdidas por fricción, se puede despejar el factor de fricción f:

2

h = f

l v

f

h f  d  2g


























































































































































































































































Una vez se pueda calcular el valor del factor de fricción de Darcy f en en la ecuación de Colebrook-W Colebrook-White hite el cálculo de la potencia requerida es bastante sencillo. En el Diagrama de Flujo No.3 se esquematiza dicho procedimiento de cálculo.















INICIO 1. TUBERÍAS SIMPLES Calcular H total Leer Q, d, k s, k m, , , , l, z 2 Calcul Calcular ar V = Q/A Q/A

Calcular hm

Calcular Re y k s/d

Pot =

1 η

ρ Qg H

Imprima Pot FIN
















Ejemplo 2 En un sistema de riego localizado de alta frecuencia para un cultivo de cítricos es necesario mover un caudal de agua de 42 L/s desde el sitio de tom toma a la plan lanta de fert fertir irri riggació ación. n. Estos stos dos pu punt ntoos se en encu cuen entr tran an separados por una distancia de 970 metros, estando la planta 16 metros por encima de la toma. Si existe una tubería de PVC de 150mm de diámetro nominal, con un coeficiente global de pérdidas menores de 9.4, ¿cuál es la altura que debe ser suministrada por la bomba en el sitio de toma?. ¿Cuál es la potencia?















1. TUBERÍAS SIMPLES Para una tubería de PVC de 150mm de diámetro el área es: A = 1.77x10-2m2 Siguiendo el diagrama de flujo de No. 3 se obtienen los siguientes resultados: • Cálcul Cálculoo de la veloci velocidad dad media: media:

Q v = v = = 2 .377 m / s A

h = k 

v2

=2.706m















1. TUBERÍAS SIMPLES • Cálculo del factor de fricción mediante el método de Newton (Diagrama de flujo No. 2a): f

x

g ( x x )

f

0,00100

31,6228

7,1818

0,01939

0,01939

7,1818

8,4387

0,01404

0,01404

8,4387

8,3044

0,01450

0,01450

8,3044

8,3178

0,01445

















1. TUBERÍAS SIMPLES Cálculo de las pérdidas por fricción utilizando la ecuación de DarcyWeisbach:

h = f f

l v 2

= 26.92 m
















c) Diseño de Tuberías Simples El proceso de diseño es bastante simple porque la ecuación (2.3) es















1. TUBERÍAS SIMPLES Para que el diagrama de flujo No. 4 converja, se debe cumplir la siguiente ecuación:















1. TUBERÍASINICIO SIMPLES Leer Qd, k s, d ,

z2 E L, k m, ,

Suponer h f = H – z2 Suponer d i “pequeño”

iseño Diagrama de flujo 4:D de tuberías simples
















Ejemplo 3 La tube tuberí ríaa de desc descar arga ga de la plan planta ta de trat tratam amie ient ntoo de agua aguass resi residu dual ales es del del municipio de Ubaté tiene una longitud de 150 m y por ella debe pasar un caudal





























































































































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