En muchos de los problemas de la hidráulica de tuberías se requiere para su resolución de la aplicación de ciertos criterios que no necesariamente coinciden con la respuesta algebraica de las ecuaciones matemáticas. Sin perder de vista el rigor científico es necesario tener presente la visión práctica de la realidad. Bajo esta perspectiva citaremos el criterio del diámetro económico. Este criterio empírico proporcionado por la CONAGUA (Comision Nacional del Agua, antes CNA), establece que para las conducciones en tuberías la velocidad de las partículas de líquido tendrá un valor de entre 1.2 y 1.8 m/s, utilizando comúnmente el promedio de ambos. Al mantener fija la velocidad en este rango se obtiene entre los diámetros, la opción más económica de los diámetros posibles. Esto es, considerando los costos directos de la construcción del sistema y los de la operación durante su vida útil. Si el diámetro es menor, los costos de construcción son menores pero los de operación son mayores al requerir más energía para mover el agua, mientras que si los diámetros son mayores, se tienen altos costos de construcción pero poco consumo de energía y por lo tanto bajos costos de operación. 1
Una variante en este criterio es proporcionado por el Departamento del Distrito Federal, el cual fija para las velocidades en tuberías en edificios un rango entre 0.6 y 3.0 m/s. El valor superior se escoge como límite para evitar el ruido en las tuberías de los edificios. CRITERIO DEL DIÁMETRO COMERCIAL EXISTENTE Este criterio obliga a emplear el diámetro comercial existente en el mercado, los cuales se proporcionan en pulgadas : ( ½, ¾, 1, 1 ¼, 1 ½, *1 ¾ , 2, *2 ½ , 3, 4, *5, 6, 8,10,12,14, 16, 18, 20, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60), los marcados con asterisco no son comunes. Es probable que al utilizar el diámetro existente en el mercado, este no coincida con el valor matemático de las ecuaciones algebraicas y estará ligeramente por encima o por debajo del valor que estas ecuaciones proporcionan. En todo caso, la diferencia que surja al aplicar estos criterios y la aplicación estricta de la ecuación de la energía, prevalecerá esta última para hacer viable el valor del diámetro propuesto. Para diseñar un sistema de tuberías que cumpla con el criterio de diámetro económico de la CONAGUA y los diámetros comerciales, pueden emplearse las siguientes ecuaciones:
D
1.147 Q
……(1)
Para una V=velocidad igual a 1.5 m/s Donde D es el diámetro en pulg, y Q gasto en lps.
2
V
1.9735
Q D
2
Donde : V= vel. en m/s,
………(2)
D
Q gasto en lps.
diámetro en pulg.
1.- Se calcula el diámetro ideal con la ecuación ( 1 ) en la que se transporte el gasto de diseño con una velocidad de 1.5 m/s, es decir la velocidad óptima;
D
1.147 Q
2.- Se selecciona el diámetro comercial más cercano y con él y el gasto de diseño, se calcula la verdadera velocidad del flujo. V
1.9735
Q D
2
Es pertinente mencionar que hay algunos gastos para los cuales no existe un diámetro comercial que permita cumplir con el criterio del diámetro económico, como por ejemplo 30 lps.
3
REDES ABIERTAS (TUBERÍAS RAMIFICADAS) PROB. 40 PG. 385 La red de tubos que se observa en la figura, sirve a una instalación de riego. Los rociadores están conectados en los puntos D, E, F y cada uno debe proporcionar un gasto de 5.6 lps con una presión equivalente a 20 m de columna de agua. Los tubos son de fofo N =30 (Kozeny). Calcular la potencia necesaria de la bomba en el punto 0 para abastecer a la red ( η=84% ) así como los diámetros de los tubos elegidos entre los comerciales: 51, 76, 89, 102, 127, y 152 mm. La geometría del sistema es la siguiente: L1 = 160 m
L2 = 40 m L3 = 80 m
L4 = 50 m
L5 = 120 m
PD /γ = 20 m L5 = 120 m
Q5 = 5.6 lts/s Q3 = 5.6 lts/s
Q1 = 16.8 lts/s
L3 = 80 m
L1 = 160 m L2 = 40m Q2 = 11.2 lts/s
PE /γ = 20 m
L4 = 50 m Q4 = 5.6 lts/s
PF /γ = 20 m
PCV
QH
75
4
TABLA DE EQUIVALENCIAS DIÁMETROS ECONÓMICOS
mm
pulg
m
51
2
0.051
76
3
0.076
89
3½
0.089
102
4
0.102
127
5
0.127
152
6
0.152
CRITERIO DEL DIÁMETRO ECONÓMICO : V = 1.2 a 1.8 m/s ……………………..considerando el promedio
D
1.147 Q
V = 1.5 m/s
D = diámetro en pulgadas……………Q= gasto en litros por segundo 5
