Modelación y Diseño de Sistemas de Riego Usando WATERCAD V8 XM
Construcción de una Red de Riego incluyendo Reservorio y Válvulas Taller 1 Objetivo General
Usando el sistema hidráulico de distribución de agua de riego del proyecto La Zara Zarand nda a como como se mues muestr tra a en la fgur fgura a de abajo abajo,, cons constr trui uire remo mos s un modelo conteniendo un reservorio, una bomba y una válvula reductora de presión (VR!" Vamos amos a llevar llevar a cabo cabo dos simula simulacio ciones nes #ue nos permit permitirá irán n anali$a anali$arr el comportamiento del sistema hidráulico de distribución de agua de riego del proyecto La Zaranda, el primer escenario contará con la demanda de Todos los Turnos, y el segundo tendrá una demanda solo #ue solo corresponderá al Turno I" Las tuber%as del sistema son de V& y son prácticamente nuevas ya #ue estamos e'ectuando el diseo por lo cual lee asignaremos un coefciente de rugosidad & ()an$en*+illiams! ()an$en*+illiams! de -."
Objetivos Especícos del Taller
/espu0s de completar este taller, usted deberá ser capa$ de reali$ar en +ater&1/ •
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éA
2amiliari$arse con la inter'a$ de +ater&1/ "
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Modelación y Diseño de Sistemas de Riego Usando WATERCAD V8 XM
• • • •
3ra$ar 3ra$ar una red de riegos riegos e ingresar ingresar los datos de los elementos elementos &onfgurar prototipos de los elementos 4ngresar defnición de bomba y datos complementarios 5odelar válvula reductora de presión (VR!
Creación de un nuevo proyecto de !aterC"#
" 6n su escritor escritorio, io, haga /oble /oble clic7 clic7 en el icono de +ater&1/ V8i o +ate ater965 r965: : V8 V8ii o dir dir%jas %jase e al botón de icono ;programas;
e?" A" Una ve$ el nuevo nuevo proye proyecto cto haya sido sido crea creado do,, dir% dir%ja jase se al men@ men@ fle;:ave 1s" >ombre el proyecto como 3aller B;sus iniciales" +39 y haga clic7 en el botón :ave" Conguración de las propiedades del proyecto $Opcional%&
Un primer paso recomendable será ingresar las propiedades del proyecto" 1un# 1u n#ue ue esto esto no es obli obliga gato tori rio, o, siem siempr pre e es recom ecomen enda dabl ble e agr agregar egar in'ormación relativa y notas adicionales al modelo" " )aga
clic7
en
el
>enu
2ile;royect roperties" =" 6n el cuadro cuadro de dialogo dialogo ingrese ingrese una in'ormación más descriptiva del
t%tulo
proyecto, ingeniero
# ue del
tendrá
este
nombre
del
proyectista,
su
empr empres esa" a" 2inalme inalmente nte,, tiene tiene un camp campo o de >ota >otas s dond donde e pued puede e agregar
observacion iones
#ue
'acili 'aciliten ten la revis revisión ión del modelo modelo por
parte
de
una
tercera
pers person ona" a" )aga )aga clic clic7 7 en CDEF CDEF una ve$ complete la in'ormación"
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(
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#enición de Opciones del 'royecto&
1 continuación, será necesario defnir algunas opciones generales y de dibujo del proyecto antes de comen$ar el dibujo del sistema" " )aga clic7 en el 5?nu tolos; Dptions" =" 6n la pestaa GUnitsHvaya al men@ desplegable Reset /e'aults y seleccione sistema internacional, para asegurarse #ue este será el sistema de unidades #ue por de'ecto adoptara cada parámetro"
A" 6n este taller trabajaremos en 'orma es#uemática (es decir, la longitud en el dibujo no es la real, pero el es#uema es proporcional!":eleccione entonces la pestaa G/ra?ingH y defna el modo de dibujo (/ra?ing 5ode! como es#uemático (:chematic! y seleccione los multiplicadores de tamao de s%mbolos y anotaciones como .". tal y como se ilustraI
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)
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-" 2inalmente, haga clic7 en D7 para aceptar los cambios reali$ados" (ota) 1l escoger la opción de dibujo como es#uemática, esto implicara #ue usted estará ingresando manualmente las longitudes de la tuber%a en lugar de usar longitud escaladas #ue ser%an calculadas automáticamente por el programa"
:iempre deberá tener en cuenta #ue al crear nuevos modelos es necesario en primera instancia defnir la confguración básica del proyecto" +ater&1/;965: tiene la capacidad de trabajar con varios Juidos a di'erentes temperaturas al igual #ue con di'erentes m0todos de 'riccion"
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ara defnir las operaciones de cálculo, abra el cuadro de dialogo #ue Calculation Options encuentra en el men@ "nalysis o presione K1ltAM"
:obre la categor%a :teady :tate;6: :olver (opciones de cálculo para r0gimen permanente! haga doble clic7 sobre Gbase &alculations DptionsH para desplegar la ventana de propiedades" 6n este caso aceptaremos las confguraciones por de'ecto" 6sto es la ecuación de )a$en N +illiams como m0todo de 'riccion, y como l%#uido agua a =. grados &" Los valores intr%nsecos del Juido proceden de las librer%as deingenieria previamente creadas en el programa, pero estas librer%a puede ser personali$adas por el usuario" &omo se ha notado, el programa o'rece la posibilidad determinar prototipos para cada uno de los elementos de ?ater&1/"
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+
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ara visuali$ar este cuadro de dialogo, vaya al men@ Vie? y seleccione rototypes 6n esta ventana usted puede determinar prototipos para cada uno de los elementos de +ater&1/;965: especifcando caracter%sticas #ue serán ingresadas por de'ecto cada ve$ #ue sea crear tantos prototipos como sea necesario" 6Opanda la categor%a ipe, haga clic7 en el botón >e? para crear el nuevo prototipo (escoja el nombre de sus pre'erencia! y a continuación confguraremos este prototipo en la ventana de propiedades" &omo primera medida en la tabla de propiedades del prototipo, elegiremos hierro 'undido (&ast 4ron! como el 5aterial" ara hacer esto seleccionaremos material en los parámetros '%sicos ( p*ysical! y haremos clic7 en el botón ellipsis ,y se desplegara esta nueva ventana con la librer%a de materiales #ue la eOpandir la lista nos mostrara el material )ierro 2undido"
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-
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ara seleccionar el material simplemente haga clic7 en el botón C:electF" >ote #ue la rugosidad original para las tuber%as de V& es de P. seg@n la librer%a de ingenier%a de +ater&1/" :in embargo dado #ue la tuber%a es casi nueva vamos a cambiar la rugosidad por -." 6sto se reali$a en el campo )a$en*+illiams &" ara defnir el d%ametro del rototipo de tuber%as defniremos .. mm, as% mismo defnimos como 2alsa la pregunta de si la longitud estará defnida por el usuario (+as user dened lengt,%- con ello establecemos #ue las longitudes se defnirán en la misma área de dibujo seg@n el mapa de 'ondo K.ac/groud 0ayersM" 6n el men@ desplegable principal 2ile selecciones :ave y /igite G3allerBLa$arandaH en el campo 2ile >ame para nombrar el archivo" Luego haga clic7 en :ave para guardar el archivo"
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8
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Construcción del odelo /ibuje el siguiente sistema de riego con las herramientas de dibujo"
istasI *
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6mpiece dibujando los nodos Q*, Q*= hasta Q*, luego nuevamente empiece nuevamente a dibujar los nodos Q*8, Q*S hasta Q*, as% sucesivamente dibuje todos los nodos, hasta el Q*--, tenga mucho cuidado en la numeración y ubicación de los nodos seg@n las parcelas o sub unidades de riego"
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.
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* *
Luego dibuje las tuber%as *, *=, *A, iniciando del nodo Q*T, luego al Q*P al Q* y fnalmente al Q*" Respectivamente" 2inalmente dibuje el o$o como R*, la
6levación /emanda 6levación /emanda (m! (L;s! (odo (6levation! 2lo?! >odo (6levation! 2lo?! Q* .".. P"= Q*=A P"P. 8"= Q*= .".. A"S Q*=A"P. 8" Q*A ."P. P"= Q*=P A".. 8"T8 Q*."P. A"S Q*=T ="P. -"=T Q*P ."P. P"= Q*= -".. P"S Q*T ."P. A"S Q*=8 -"P. P"PA Q* ."P A"S Q*=S ="P. P"= Q*8 .".. "- Q*A. ="P. A" Q*S ."=P 8"= Q*A ."=P -"= Q*. ."P. 8"= Q*A= "P. T" Q* ".. 8"= Q*AA ="P. 8"PP Q*= ."P. "P Q*AA".. .". Q*A ."P. "P Q*AP "=P "T8 Q*."P "P Q*AT "P. " Q*P "P "P Q*A "P " Q*T "P. "T Q*A8 ."P. T"- Q* "P -" Q*AS ."P. A"P Q*8 "P -" Q*-. ."P. A"-P Q*S "P. -"A Q*- ."P. A"AS Q*=. "P. -"A8 Q*-= ."P. ="== Q*= "P. A"A Q*-A ."P. -"T Q*== "P. "8 Q*-."P. A"P 6jecute el &entro de &ontrol de /emandas ( #eand Control Center !, #ue se encuentra como botón en la barra de herramientas o como opción en el Tools" Luego, bajo el men@ desplegable del botón (e2, seleccione Initiali3e #eands 4or "ll Eleents& ara ingresar los valores de demanda nos aseguramos #ue las unidades están en litros por segundo" ara tal fn, haga clic7 con el botón derecho en la columna de demanda (.ase 5lo2! y seleccione 6nits and 5oratting7 :eleccione del men@ (l;s! como la unidad de demanda con = decimales de presión" )aga clic7 en O/&
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$/
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2inalmente introdu$ca los valores de demanda dados tal como se indica en la fgura"
)aga clic7 en el icono de reportes tabulares del men@ desplegable y seleccione el reporte de nodos ( 8unction Table!" 6n dicho reporte, ingrese las elevaciones para cada nodo" 1seg@rese #ue los nombres de los nodos (Q* , Q*=,etc"! coincidan con los indicados en las tablas, as% tambi0n como el orden de los mismos" aro ordenar la lista de nodos simplemente haga clic7 derecho en la columna 0abel, y escoja la opción ordenar ( 9ort!
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Luego de introducir las elevaciones, la tabla de uniones debiera visuali$arse de la siguiente maneraI
&ierre esta tabla" Vuelva a seleccionar el botón de los reportes tabulares, pero esta ve$ seleccione ipe 3able y presione DE" 6n estas tablas ingresara los valores para las tuber%as" #atos para las Tuberías
Tub o * *= *A **P
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#iáe tro #iae ter $% T. T. T. -. -.
"
Tub o *A **P *T *
#iáe tro #iae ter $% -. . S. -. -.
Tub o *=P *=T *= *=8 *=S
#iáetr o #iaete r $% . S. . S. S.
Tub o *A *A8 *AS *-. *-
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#iáetr o #iaete r $% . S. S. S. -.
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$(
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*T * *8 *S *. * *=
-. . S. S. -. . S.
*8 *S *=. *= *== *=A *=-
-. -. -. -. T. T. -.
*A. *A *A= *AA *A*AP *AT
-. . -. S. P P -.
*-= *-A *-*-P *-T
. S. T. T. T.
:i las tuber%as aparecen en un orden di'erente al mostrado en la tabla anterior, debe organi$arlas para no cometer errores" ara esto, haga clic7 derecho en la columna 0abel& Luego seleccione 9ort y "scending& 6sta es la tabla #ue Ud" /eber%a ver si ha ingresado los datos correctamenteI
ara ingresar los valores de las válvulas reductoras de presión, utilice tambi0n los reportes tabulares, en este caso seleccionando 'RV Report& #atos para la válvula reductora de presión
/iámetro $#iaet 6levación $Elevation% er% $% $%
Válvula RV*
"P
T.
+ydraulic Grade 9etting $Initial% (m!
-=".P
/irección de 2lujo $#o2nstre a 'ipe% *-P **F * -T
ressure :etting (4nitial! (m )=D! A."P
1 continuación la tabla personali$ada de válvula con los datos completos"
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$)
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6s posible, #ue debe hacer clic7 en el botón Edit , el cual le permite personali$ar su tabla y agregar columnas adicionales" 6n este caso debemos ingresar el gradiente hidráulico de confguración de la válvula $+ydraulic Grande 9etting%& 'regunte al instructor si tiene dudas sobre coo editar los reportes tabulares&
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$*
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ara corregir los sentidos de Jujo de las válvulas, ingrese a la ventana de propiedades de cada una haciendo clic7 en las mismas sobre el dibujo" revise donde
se
defne
la
tuber%a
aguas abajo $#o2nstrea%& 6ste
parámetro
encontrar
en
lo la
podrá
categor%a
:General;
Las
válvulas
tienen
sentido
desde el nodo Upstream hacia el nodo downstream. :i
la
dirección
adecuada
no
seg@n
la
es
la
tabla
anterior, cámbiela con la opción Reverse #ue aparecen en las
men@ desplegable" 1 continuación deberemos ingresar los datos de la bomba y el reservorio" 6n el caso de la bomba, la curva caracter%stica dada por el 'abricante es la siguienteI #atos para la boba
6levación (m!
*=P"..
&urva caudal N presión #escarg Carga a $l
ara curva de efciencia #escarg Ecienci a $l
ara ingresar los datos de la bomba se re#uiere primero defnir las caracter%sticas de la misma en el administrador general" /esde el men@ principal desplegable Coponents, seleccione 'up #enitions& )aga clic7 en el botón >e? y nombre a la nueva defnición de bomba como G#enicion .oba 1> 6n la ventana derecha, seleccione el tipo de defnición ( 'up #enition Type! en el men@ desplegable como una defnición de curva de tres puntos N 9tandard $? 'oint% e ingrese los datos indicados en la tabla" 6l siguiente es el es#uema y grafco #ue debe observarse en el cuadro de dialogo 'up #enitions luego de haber ingresado la in'ormaciónI J
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$+
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/ir%jase a la pestaa G6WciencyH y defna en este caso una efciencia de m@ltiples puntos (5ultiple 6Wciency oints! ingresado la in'ormación como se muestra a continuaciónI
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$,
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)aga clic7 en Close"
)abiendo creado la #enición .oba
cuadro
1,
de
debemos
propiedades '@'A1
elemento
ir
y
en
al del el
parámetro G'up #enitionH seleccionamos la confguración B#enición .oba 1>& I@'ORT"(TE)
asignar
la
>o
elevación
olvide de
la
bomba, #ue seg@n los datos del modelo es de *=P m"
J
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$-
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ara
reali$ar
hidráulica, ingresar
la
solo la
Reservorio,
simulación nos
resta
defnición con
base
del
en
la
siguiente in'ormaciónI #atos para el Reservorio (odo R*
Elevación $% *=P"..
ara ingresar
los
datos del
reservorio haga &lic7 en el s%mbolo del mismo e incluya en la ventana de propiedades del valor
de
*=P".
m
como
la
elevación #ue tiene la lámina o espejo
de
agua
en
dicho
reservorio"
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$8
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9iulación 1 #eanda de todos los turnos a la ve3 1hora estamos listos para ejecutar las simulaciones" /ir%jase al centro de control de escenarios 5en@ "nalysis< 9cenarios" &omo primera medida vamos a renombrar el escenario eOiste (.ase! con el nombre GTodos los TurnosH" 6ste escenario tendrá la alternativa de demanda Todos los Turnos, para esto cargamos la ventana de alternativas con 5en@ "nalysis< "lternatives " ara el escenario GTodos los Turnos> creado, verifcamos en las opciones de cálculo (Calculations Options! para r0gimen permanente, #ue se trata de un cálculo hidráulico básico (+ydraulics Only! y #ue el tipo de análisis ( Tie "nalysis Type ! es en 6stado 6stático" )aga Clic/ en los botones Validate y Copute respectivamente, revise y compare los resultados para esta simulación" 6n la ventana Calculation 9uary podrá observar si se presentó alg@n error en el cálculo"
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(ota) 1l verifcar resultados, recuerde #ue los reportes tabulares son personali$ables, y pueden agregarse los parámetros de entrada y resultados de su pre'erencia"
9iulación D #eanda en el Turnos A 1 1hora e'ectuaremos la simulación hidráulica solo para el G Turno A 1H, por lo cual la demanda solo se considera en los nodos Q*, Q*=, Q*A, Q*-, Q*P, Q*T y Q*, con los valores ya ingresados, para el resto de los nodos es decir desde Q*8 hasta Q*-- se considerará como cero" /efniremos una alternativa de demanda di'erente para crear un nuevo escenario para esta simulación" ara crear una nueva alternativa, vaya a la ventana de administración de alternativas haciendo &lic7 en el botón en el men@ principal "nalysis "
o seleccionando "lternatives
:eleccione y eOpanda la "lternativa de #eanda (#eand "llternative ! en el árbol de alternativas tal y como lo indica esta pantalla" 1l eOpandir las alternativas de demanda observará la los eOistente GTodos Turnos>, :eleccionando esta alternativa hacemos clic7 en el botón derecho del mouse y seleccione (e2 y luego "dd C*ild una ve$ creada la nueva alternativa la renombraremos haciendo clic7 derecho como GTurno A IH
La nueva alternativa aparece en la jerar#u%a como GhijoH de la anterior y ha heredado todos los valores de demanda de sus GpadreH" 6sto puede identifcarse por#ue la nueva alternativa se encuentra Gdespla3adaH hacia la derecha" 1hora simplemente haga
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(/
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doble clic7 en la "lternativa #eanda de BTurnoAI>, y edite la demanda de los nodos Q*8 hasta Q*-- como cero y deje las demandas de los nodos Q* hasta Q*" La tabla de demanda en las uniones, debiera aparecer de la siguiente 'ormaI
)aga clic7 en el botón Close para cerrar esta ventana"
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1hora cree un nuevo escenario hijo para incorporar esta alternativa de demanda" :eleccione 9cenarios del men@ principal desplegable "nalysis, o simplemente haga clic7 en el botón de la barra de herramientas" :eleccionando el escenario Todos los Turnos- haga clic7 en el botón derecho de sus 5ouse, y seleccione (e2
>ombre el nuevo escenario como BTurno I> para describir su simulación" /e momento, este nuevo escenario ha heredado las alternativas #ue con'ormaban al escenario padre" ara modifcar esta confguración y asignar di'erente (s! tipos de alternativas, simplemente debemos hacer clic7 en el escenario Turno I e ir a la ventana de ropiedades #ue nos indica las alternativas vigentes para este escenario"
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((
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ara modifcar alternativas en un escenario determinado debe seleccionar la categor%a correspondiente a la i$#uierda del cuadro de dialogo" 6n este caso seleccionamos la 1lternativa de /emanda y seleccionamos del men@ desplegable Turno I& 3odas las demás alternativas serán las mismas #ue para la primera simulación" Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para ejecutar la simulación de este nuevo escenario"
)aga clic7 en el men@ desplegable del botón Copute y seleccione .atc* Run7 del conjunto de opciones desplegadas" &on esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los escenarios simultáneamente" 6n este caso solo vamos a correr este nuevo y ultimo escenario #ue hemos creado" 1ctive la caja para el escenario TurnoAI y haga clic7 en .atc*& :e le presentara con un mensage de confrmación, haga clic7 en es" Luego obtendrá un mensaje de fnali$ación" )aga clic7 en O/&
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Revise los resultados para esta simulación" 1seg@rese #ue el nuevo escenario BTurno I> se encuentra activo" ara esto simplemente debe en la ventana de escenarios seleccionar el escenario Turno I y hacer clic7 en el botón
$@a/e Current%& Tabla de Reporte de (odos
Tabla de Reporte de Tuberías
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(*
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Resultados 9iulación Escenario 9radiente )idráulico Q* (m! $Calculated +ydraulic Grade% 9radiente )idráulico Q* (m! $Calculated +ydraulic Grade% 9radiente )idráulico Q* T (m! $Calculated +ydraulic Grade% resión de /escarga 5 * 'ressure #isc*ange $ +DO%
1 Todos los Turnos
D Turno I
#iscusión Xor #u0 es importante el uso de la válvula RV* , #ue 'unción o elemento se simula en este modelo y en #u0 condiciones iniciales podr%a estarY"
Xu0 cantidad de Jujo bombea por la bomba 5* en las simulaciones y = respectivamenteY"
Xu0 nodos presentan la mayor y menor presión en las simulaciones y = respectivamenteY"
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(,
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Xu0 tuber%a presenta las mayores p0rdidas por 'ricción m;7m en el 3urno 4Y"
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