Redes de Distribución
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La aplicación de las ecuaciones estudiadas en los cápitulos anteriores para el cálculo de tuberías es muy frecuente en Ingeniería, no solo en el cálculo de las redes de suministro urbano de agua y gas, y en los proyectos de viviendas; sino también en los conductos de refrigeración y aire acondicionado, en los proyectos de plantas industriales, refinerías, proyectos de los diferentes sistemas de fluido que llevan los aviones modernos: aire, agua, gasolina, aceite proyectos de transmisiones y controles hidráulicos, máquinas herramientas, etc
Objetivos: Identificar Analizar
los sistemas de tuberías.
las diferencias entre los sistemas de
tuberías. Establecer
las relaciones generales de caudal y pérdidas de carga.
Calcular
el caudal, el diámetro del conducto y las pérdidas de carga que se presentan a lo largo del sistema.
Los Sistemas de Tuberías se Clasifican en:
1.- Sistema de Tuberías en Serie. 2.- Sistema de Tuberías en Paralelo. 3.- Sistema de Tuberías Ramificadas.
1.- Sistemas de Tuberías en Serie: Si un sistema de tubería se dispone de tal forma que el fluido corra en una línea continua, sin ramificaciones se le llama sistema en serie.
2
Z2
1
Q=cte Z1
Z=0
EN ESTE CASO APLICAMOS LAS FORMULAS:
ECUACION BERNOULLI
Tuberías en Serie: Se habla de tuberías en serie cuando se quiere llevar el fluido de un punto a otro punto por un solo camino. En este caso se cumplen las siguientes leyes: El
caudal que circula por los tramos 1, 2, 3 … de diámetros D1 , D2 , D3 ,… es el mismo para cada uno de los tramos de tubería: Q = Q1 = Q2 =…= Qi
La pérdida total es igual a la suma de las pérdidas parciales Hr = Hr1 + Hr2 + Hr3 +…
Se
cumple la ecuación de continuidad:
D
2
D
2
D
2
Tuberías en Serie: Con las fórmulas aquí descritas junto con las ecuaciones estudiadas en los capítulos anteriores para las pérdidas primarias y secundarias se resuelven diversos tipos de problemas, los más comunes son el cálculo del caudal en un sistema de tuberías dado, el cálculo del tamaño requerido de tubería para manejar un caudal dado y el cálculo de la potencia necesaria de una bomba o altura piezométrica requerida para manejar un caudal dado en una tubería dada. Estos tres tipos de problemas se representan en la tabla siguiente::
Problema Datos
Incógnita
1
Q, D, k, v
Hr
2
D, Hr k, v
Q
3
Q, Hr k, v
D
Problema #1 Tuberías en Serie •
•
Dos tanques están conectados por una tubería que tiene 6” de diámetro en los primeros 6m. y 9” en los 15. Restantes. La embocadura es con bordes agudos y el cambio de sección es brusco.
La diferencia de nivel entre las superficies libres de ambos estanques es de 6m. La tubería es de fierro fundido, nuevo. La temperatura del agua es de 20°C. Calcular el gasto. Calcular cada una de las perdidas de carga.
Problema: •
Por el sistema de la figura deben circular 0.002 m3/s de agua a 10°C. La tubería tiene un largo total de 20 m con una rugosidad absoluta de k = 0.26mm. Los codos son todos iguales y tienen un coeficiente de pérdida = 1.5 cada uno. El coeficiente de pérdida de la entrada y la salida de la tubería es 0.5 y 1.0 respectivamente. Se pide determinar el diámetro D del tubo. Se supone que los tanques son suficientemente grandes como para que el nivel de la superficie se mantenga constante.
Sistema de Tuberías en
Paralelo :
Varias tuberías están conectadas en paralelo si el flujo original se ramifica en dos o mas tuberías que vuelven a unirse aguas abajo.
Q e A
Q 1
B
Q s
Q 2 Hr1 = Hr2
Se deben tener en cuenta los siguientes principios:
1.- Qentrante = Qsaliente = Q 1 + Q 2 + …..Q i
2.- Hr AB = Hr 1 = Hr 2 = Hr i
(Caudales)
(Perdida de cargas entre A y B)
Tuberías en Paralelo: Se habla de tuberías paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar el fluido de un punto a otro.. En efecto:
El caudal total Q se reparte entre todas las tuberias.
La Presión PA y al final PB de cada rama es la misma para todas las ramas, luego la caída de altura de presión (diferencia de lecturas en los tubos piezométricos de la figura), Hr será también igual en
todas las ramas. Los problemas que puede presentarse son de 2 tipos:
P Datos Incógnitas 1 Hr
Q1 , Q2 , Q3 , .Q
2 Q
Q1 , Q2 , Q3 , . Hr
…
…
Tuberías en Paralelo:
Tuberías en Paralelo:
Problema #2 Tuberías en Paralelo •
Para un sistema de dos tuberías en paralelo se dispone de los siguientes datos: L1 = 1000 m L2 = 750m D1 = 16 plg D2 = 12 plg f 1 = 0.018 f 2 = 0.018
El gasto total es de 100 litros/segundo. Calcular el gasto en cada una de las tuberías.
Sistema de Tuberías Ramificadas: 1
Z1
2
J
3
Z3
Pj Vj Zj
SE DEBEN TENER EN CUENTA QUE EN EL PUNTO “J”:
Z2
K Pk
Vk Zk
Z=0
Tuberías Ramificadas:
Problema de tuberías Ramificadas: •
Calcular los caudales de Agua a 15°c y con los siguientes datos para las tuberías y alturas de los depósitos:
L1 = 3000 m
L2 = 600 m
L3 = 1200 m
D1 = 1m
D2 = 0.5 m
D3 = 0.75 m
K/D1=0.0002
K/D2=0.002
K/D3=0.001
Z1 = 30 m
Z2 = 18 m
Z3 = 9 m
