UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL TUBERÍAS Y CANALES
TALLER DE TUBERÍAS SIMPLE Y PERDIDAS MENORES 1. Una tubería de acero de 15 cm de diámetro y rugosidad absoluta de 0,3 mm conecta un tanque elevado con una piscina. El tanque produce una altura de 12m por encima de la piscina, en donde el flujo sale como un chorro libre, es decir, a presión atmosférica. La longitud total de la tubería es de 126m y tiene un coeficiente global de perdidas menores de 9,6. Calcule el caudal de agua que fluye por la tubería.
2. Resuelva el problema anterior si el fluido es agua a 80ºC con las siguientes características físicas: = 971,8 / = 3,54 3,54 × 10−. = 0,3 0,364 64 × 10−/
3. En la instalación de producción PF4 de Occidental de Colombia en el campo petrolero de Caño Limón es necesario evacuar las aguas de producción desde las lagunas de enfriamiento hasta el Rio Arauca. El caudal que se necesita mover es de 4,3 / de agua a 30ºC para la cual: = 996 / = 0,7 0,799 99 × 10− . = 0,8 0,802 02 × 10−/
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La altura disponible es de 4m y la l a distancia entre los dos sitios es de 390m. Por razones estratégicas se decide colocar tres tuberías de concreto ( = 0,5 ). Suponga un coeficiente global de 12,3 para cada tubería. ¿Cuál es el diámetro de las tuberías? Resuelva el problema anterior si la altura disponible aumenta 22,7m. Se desea diseñar una tubería para mover agua a 20ºC a través de una longitud de 365m con una diferencia de altura favorable de 33,2m. Si el material que se debe utilizar es PVC ( = 0,0000015 ) y se puede suponer un coeficiente global de pérdidas de 7,4 ¿Cuál es el diámetro requerido para mover un caudal de 270l/s? En una prueba realizada con una tubería de 15cm de diámetro se ha medido una diferencia manométrica de 350mm, en un manómetro de agua mercurio conectado a dos anillos piezométricos, separados 50m. El gasto es de 3000 /. ¿Calcule el factor de fricción? Calcule el diámetro de una tubería nueva, de fierro fundido, necesaria para transportar 300 / de agua a 25ºC, a un kilómetro de longitud y con una pérdida de 1,2m.
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8. En una bocatoma para el acueducto de un municipio situado al nivel del mar se localiza una bomba de 3m por encima del nivel de la toma y 7m hacia la derecha de rio fuente. Para que la operación de la bomba sea satisfactoria es necesario que la altura manométrica a su entrada sea al menos de -6,5m de agua. Calcule el menor diámetro comercial en hierro galvanizado ( = 0,15 ) que debe colocarse. Suponga que el coeficiente global de perdidas menores es de 1,3. El caudal es de 190 l/s.
9. En una planta de tratamiento de agua para consumo es necesario diseñar una tubería corta que conecta el tanque floculador con el tanque sedimentador. La diferencia de altura entre estos dos tanque es de 1,2m y el caudal es de 137 l/s. La longitud total de la tubería es de 3,2m y si coeficiente global de perdidas menores es de 2,8. ¿Cuál es el diámetro de hierro galvanizado ( = 0,15 ) que debe colocarse?
10. Calcular el caudal de agua que fluye a través de una tubería de PVC; la tubería tiene un diámetro nominal de 300mm. El fluido debe ser transportado a lo largo de 730m para conectar dos tanques. El tanque A se encuentra a 2045msnm y el tanque B a 2001,5 msnm. El diámetro real de la tubería es de 293mm. La sumatoria de los coeficientes de perdidas menores por accesorios es de 11,8. 11. La tubería de descarga del sistema de enfriamiento de una planta de generación termoeléctrica mueve agua con una temperatura de 50ºC con las siguientes características físicas: = 988 / = 5,47 5,47 × 10−. = 0,5 0,533 33 × 10−/
La tubería tiene un diámetro de 450mm y el caudal es 630 l/s. En un tramo de 60m se mide una caída en la presión piezométrica de 6,2m y un coeficiente global de perdidas menores de 2,4. Calcule la rugosidad absoluta de la tubería.
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12. Desde el tanque A al tanque B deben fluir 112 l/s. Si la tubería 1-2 es de PVC ( = 0,0015 ) y la tubería 2-3 es de hierro fundido asfaltado ( = 0,12 ). ¿Cuál debe ser el diámetro de la tubería 1-2? Utilice los coeficientes de perdidas mostrados.
13. En la figura se presenta el esquema de una planta de generación hidroeléctrica. ¿Cuál debe ser el diámetro de una tubería en PVC si el caudal es de 500 l/s y se espera generar 500Kw? La longitud total de la tubería, desde el embalse hasta la casa de máquinas, es de 2880m. El coeficiente global de perdidas menores causado por los accesorios localizados aguas arriba de la turbina es de 9,8. Presentar el diámetro en mm. La cota en la superficie del tanque es de 2500 msnm, y en la salida de la tubería es de 2250msnm.
14. Resuelva el problema anterior si la longitud total de la tubería cambia a 4286m. Compare los resultados de los dos problemas. 15. En un poliducto la tubería tiene un diámetro de 200mm y el material es acero. A lo l argo de una longitud de 1730m se mide una caída en la presión piezométrica de 79,4m, cuando el fluido es queroseno con las siguientes características físicas. = 804 / = 1,92 1,92 × 10−. = 2,3 2,388 88 × 10−/
Calcule la rugosidad absoluta de la tubería si en ese tramo el coeficiente global de perdidas menores es de 8,1 y el caudal es 69,9 l/s. 16. Determine la pérdida de energía debido a la expansión súbita de un tubo de 50mm a otro de 100mm, cuando la velocidad del flujo es de 3m/s en el tubo pequeño. 17. Determine la perdida de energía debido a la expansión súbita de una tubería estándar de 1” SCH 80, a otra de 3/2” SCH 80, cuando el flujo volumétrico es de 0,1 /. WRMM
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18. Determine la pérdida de energía para la contracción co ntracción gradual de una tubería de acero de 5” SCH 80 a otra de 2” SCH 80 para un flujo volumétrico de 5 00l/min. El Angulo del cono
para la construcción es de 105º. 19. Determine la perdida de energía que ocurriría si fluyera agua desde un deposito hasta un tubo a una velocidad de 3 m/s, si la configuración de la tubería fuera: a. Un tubo que se proyectara hacia adentro (K=1). b. Una entrada de orillas cuadradas con co n aristas afiladas. c. Una entrada biselada. d. Una abertura bien redondeada. 20. Calcule la perdida de energía en una vuelta a 90º de un tubo de acero que se utiliza para un sistema de potencia de fluido. El tubo tiene un diámetro exterior de 1/2” y un espesor de pared de 0,065”. El radio medio de la vuelta es de 2”. El flujo volumétrico del aceite
hidráulico es de 3,5gal/min.
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