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TEMA 4. IMPULSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN FUENTES. 4.1 Problemas prácticos de tubería recta. 4.2 Punto de operación de bombas. 4.3 Redes de tuberías.

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1 TEMA 4. IMPULSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN FUENTES. 4.1 Problemas prácticos de tubería recta. 4.2 Punto de operación de bombas. 4.3 Redes de tuberías en fuentes.

2 4.1 PROBLEMAS PRÁCTICOS DE TUBERÍA RECTA. 1. Determinación del material y clase (resistencia) de la tubería. 2. Determinación de las pérdidas de carga. 3. Determinación del caudal. 4. Determinación del diámetro. En tuberías a presión por bombeo En tuberías con flujo por gravedad

3 CAUDAL QUE DEBE CONDUCIR UNA TUBERÍA: En el caso de fuentes, la suma de los caudales de las boquillas para las condiciones deseadas de altura o alcance de los chorros. Depende de las expectativas que debe satisfacer la instalación.

4 CAUDAL QUE PUEDE CONDUCIR UNA TUBERÍA: Depende de: - Tipo de flujo (libre o a presión) - Longitud, diámetro y rugosidad de la tubería. -Accesorios de la tubería (codos, válvulas, etcétera). -Características y temperatura del fluido. -Carga disponible entre sus extremos. Q = [(g* 2 *D 5 * h ft )/ (8*f*L eq t.. )] 0,5

5 FLUJO LIBRE (POR GRAVEDAD) J f = h f / L Por ejemplo, según Manning- Strickler: Q = (1/ n)*A* (D/4) 0,5 *J f 0,5

6 El caudal está condicionado porque las pérdidas de carga están limitadas a z. Z1Z1 Z2Z2 Z Rasante de energía FLUJO A PRESIÓN POR GRAVEDAD Q = [(g* 2 *D 5 * Z )/ (8*f*L eq t.. )] 0,5

7 FLUJO A PRESIÓN POR PRESURIZACIÓN + GRAVEDAD El caudal corresponde al que permite establecer la carga total disponible. h ft = K Q = Z + p/ p1 / p2 / Z1 Z2. Q = [(g* 2 *D 5 *( Z + (p 2 – p 1 )/ )/ (8*f*L eq t.. )] 0,5

8 CÁLCULO AUTOMATIZADO DEL CAUDAL POR GRAVEDAD CON AUXILIO DE HOJA EXCEL

9 RESULTADOS

10 CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE UNA TUBERÍA A PRESIÓN POR BOMBEO. El costo de una tubería aumenta con el incremento de su diámetro. El costo del bombeo, por el contrario, se reduce. D Costos Costo tubería Costo bombeo Costo total Costo total mínimo Diámetro más económico

11 Cálculo aproximado del diámetro de una tubería a presión por bombeo. V económica 1 a 1,5 m/ s. V mínima > 0.4 m/s Excepcionalmente se adopta para la velocidad en una tubería los valores de 2 a 3 m/s. Definida la velocidad del flujo, el cálculo del diámetro de la tubería se obtiene de: D = [4 Q/ ( v) ]0.5 El diámetro definitivo de cada tramo será el valor comercial existente.

12 Otros factores a considerar en el cálculo del diámetro de una tubería a presión por bombeo. -Limitación de la velocidad del flujo para evitar sobre presiones excesivas en la tubería (golpe de ariete), en operaciones de cierre rápido de válvulas de control, etc. (Excepcionalmente se adopta para la velocidad en una tubería los valores de 2 a 3 m/s.) -La conveniencia de reducir la pendiente de la rasante de energía, entre boquillas y aspersores iguales, de una misma tubería, para minimizar las diferencias de funcionamiento. Bomba Z1Z1 Z2Z2

13 NOTA IMPORTANTE En sistemas a presión, se puede fijar la velocidad y hallar el diámetro según: D = [4 Q/ ( v) ] 0.5 ¡Sólo y siempre que las exigencias de carga (energía/ peso) del sistema sean satisfechas por la estación de bombeo!

14 Cálculo, con auxilio de Hoja Excel, del diámetro en tuberías con flujo por gravedad DATOS DE LOS ACCESORIOS DATOS DE ENTRADA DE LA INSTALACIÓN Y EL FLUIDO

15 RESULTADOS OTROS RESULTADOS

16 COMENTARIOS SOBRE PROBLEMAS RESUELTOS DEL TEXTO Problema 1. Cálculo del caudal en sistema presurizado + gravedad p1 / p2 / Z1 Z2. Q = ? ¿Sentido del flujo?

17 Problema 3. Cálculo de pérdidas de carga y uso de Bernoulli. 0,00 0,65 m 1 2 ¿Longitud equivalente? ¿Pérdida de carga total? ¿Presión en la descarga de la bomba?

18 Problema 4. Determinación de diámetro en flujo por bombeo. p/ h f total V 2 / 2g Bomba

19 El caudal depende de la curva H b vs. Q de la bomba Z 1 Z 2 h f B-2 H b B h f 1- B Q No deben excederse los valores de presión máx. para evitar roturas en la tubería. 4.2 Punto de operación de bombas. H b vs. Q H Sistema vs. Q h f Z 2 – Z 1 H Q Q HbHb

20 Ecuación de Benoulli en fluidos reales con bomba z 0 + p 0 / g + v 0 2 / 2g + H bomba = z 1 + p 1 / g + v 1 2 / 2g + h f 0- 1 Reordenando: H bomba = (z 0 - z 1 )+ [(p 0 - p 1 )/ g ]+ [(v v 1 2 )/ 2g ] + h f 0- 1 Esta es la carga que requiere el sistema

21 H bomba = (z 0 - z 1 )+ [(p 0 - p 1 )/ g ]+ [(v v 1 2 )/ 2g ] + h f 0- 1 H Sistema = CE + CP + CV + h f 0- 1 CE + CP H Sistema Q h ft = K Q 2

22 4.3 Redes de tuberías en fuentes. Tubería simple o sencilla Sistema de tuberías en serie Tubería ATubería B

23 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS (Cont.) Sistema de tuberías en paralelo Sistema de tuberías mixto C A B Ejemplo de las figuras: H 1A = H 2A H 1B = H 2B Ejemplo de la figura: -Tuberías entre A y B en paralelo. -Tuberías A-B en serie con tubería BC. A A B B

24 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS (Cont.) Sistema de tuberías en red abierta o ramificada Sistema de tuberías en red cerrada

25 SISTEMAS DE TUBERÍAS EN SERIE Q A = Q B =…. Q i = constante A B D C h f total = h f A-B + h f B-C +…. h f (i-1)-i

26 SISTEMAS DE TUBERÍAS EN PARALELO Q TOTAL = Q 1 + Q 2 +…. Q i h f total 1 = h f total 2 =….= h f total i A B 2 1 3

27 REDES RAMIFICADAS. La relación entre el número de nudos (N) y el número de caminos, líneas o tuberías (T) es: T = N – 1 Nudo: punto de bifurcación de la tubería o punto de entrada o salida de caudal. El sentido de circulación queda definido por el nudo de entrada. Se debe cumplir, en cada nudo, que Q = 0. Convenio: Caudal entrante al nudo positivo (+); caudal saliente (-). Q1Q1 Q2Q2 Q 1 – Q 2 = 0 Q 1 – Q 2 – q = 0 Q1Q1 Q2Q2 q Q 1 – Q 2 + Q 3 – q = 0 Q1Q1 Q3Q3 Q2Q2 q

28 Los diámetros de cada tubería (Di) se obtienen a partir de fijar el valor máximo de velocidad permisible y del caudal que circula por cada una. D i = [ (4 Q)/ ( v perm )] 0.5 …….. (1) Las pérdidas de carga totales en cada camino ( hf) se pueden obtener a partir de las características de sus tuberías y accesorios (K tramo ) y del caudal Q i. hf A-I = hf A-B + hf B-C +... hf HI = K tramo Q i n …..(2) La carga a presión, en cada nudo, (p/ )i, se puede obtener, directamente, con la aplicación de la ecuación de Bernoulli entre dos nudos consecutivos o, entre el nudo inicial, y aquel cuya carga a presión se desea conocer. A B C D E F G H

29 Ejemplo de red cerrada con EPANET

30 Bibliografía básica TEMA 4 IMPULSIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN FUENTES 1.González, J. E. (2011): Hidráulica de fuentes ornamentales e instalaciones acuáticas, páginas 103 a 132, 258 a 282, España. 2.González, J. E. (2010): Selección de temas de Hidráulica, 2da. Edición, páginas , Servicio de Publicaciones/ Universidad de La Laguna, S/ C de Tenerife, I. Canarias, España.

31 PRÓXIMA ACTIVIDAD En la próxima actividad se estudiará el Tema 5 Fuentes con escorrentía superficial Exteriores de Hotel de Disney World/ Orlando/ Florida


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