Hidráulica

Temas Pérdida de carga Flujo laminar y flujo turbulento Como repartir el agua igualmente entre varios senderos Diseño hidráulico de una planta

Nomenclatura he [L] pérdida de carga debido a una expansión K [] Coeficiente de presión o de pérdida V [L/t] velocidad promedio g [L/t] aceleración de gravedad hf [L] pérdida de carga debido a la fuerza cortante f [] factor de fricción L [L] largo de la tubería D [L] diámetro de la tubería

Nomenclatura Q [L3/T] caudal volumétrico A [L2] área perpendicular a la dirección de flujo o área de la sección transversal n [L2/T] viscosidad cinemática (el agua tiene una viscosidad cinemática de 1 x 10-6 m2/s Cp [] el coeficiente total de perdida de carga incluyendo perdidas de expansiones y de la fuerza cortante (menores y mayores)

Viscosidad Cinemática de Agua 2 1.5E-06 1.0E-06 Viscosidad Cinemática (m 5.0E-07 0.0E+00 20 40 60 80 100 Temperatura (C)

Pérdida de carga Caudal Pérdidas a causa de una expansión Pérdidas a causa de la fuerza cortante Pérdidas totales

Diagrama de Moody 0.10 0.08 0.06 0.05 0.04 factor de fricción 0.03 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 factor de fricción 0.03 0.004 laminar 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0004 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 smooth 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08 Re

Swamee-Jain limitaciones Fácil programar en computadora o calculadora /D < 2 x 10-2 Re >3 x 103 Fácil programar en computadora o calculadora  es el rugosidad aquí (no la tasa de disipación de energía)

Los Retos de los Tubos Recolectoras y Distribuidoras Como podemos distribuir el agua uniformemente en el fondo del tanque de sedimentación y Recoger agua tratada uniformemente desde encima de las placas de sedimentación y Sacar el lodillo desde el fondo 1 2 n-1 n

Como lograr que el agua escoge igualmente entre distintos senderos? Dibuja una a colectora que piensas que dará caudal igual en cada puerto Dibuja una a colectora que piensas que dará caudal variable en cada puerto Que es importante?

Sera igual el caudal? NO! Dh Largo Corto K=1 K=1 K=1 K=0.5 Corto K=1 K=0.2 La peridida de carga tiene que ser igual para cada sendero Q del sendero largo< Q del sendero corto 11

Cambray

Perdida de Carga en una Planta de AguaClara ¿Porqué no hay mucha pérdida de carga entre el floculador y la entrada al tubo de recolección en la camera de sedimentación? Como podemos asegurar que el caudal de cada camera de sedimentación es igual? 10 50 L/s

Punto Crítico de Control: los Tubos de Recolección Usamos 5 cm de pérdida total entre los orificios y el tubo perforado de recolección para asegurarnos de que el caudal de cada camera de sedimentación es igual El diseño es un poquito complicado… Usamos el concepto de la proporción del caudal entre los orificios de los extremos del tubo perforado de salida

Diámetro de los Tubos Perforados de Recolección Omitiendo el afecto de las pérdidas debido a la fuerza cortante En este ecuación la perdida de carga es el total incluyendo la perdida que resulta por pasar por los orificios

Ejemplo: Tubos de Recolección ¿Cuál es el diámetro mínimo dado un caudal de 50 L/s dividido entre 9 tubos si usamos 5 cm de pérdida de carga? Para una solución aproximada puede omitir el efecto de las pérdidas debido a la fuerza cortante. Puede usar un valor de 0.8 para el proporción de caudal entre el ultimo y el primero orificio

Ejemplo: tubo perforado ¿Cuál es el efecto de la fuerza cortante? ¿Cómo vamos a estimar la longitud del tubo perforado? Puede suponer que las cámaras de sedimentación tienen un ancho de 1 m. ¿Cuál es la longitud del tanque de sedimentación? V↑ = 0.8 mm/s

Ejemplo: tubo perforado n es el número de orificios. Si tenemos un orificio cada 10 cm cuántos hay? 69 Para valores grandes de n 1.42

Solución más exacta… ¿Qué tamaño de tubo recolectora van a recomendar? 6 pulgadas

El Diámetro de los Orificios En nuestro algoritmo calculamos la pérdida de carga en el tubo perforado y luego diseñamos los orificios para que tengan una pérdida de carga complementaria para tener una pérdida de carga total de 5 cm Aquí solamente voy a mostrar la ecuación para calcular el diámetro del orificio dada una pérdida de carga

Orificios… ¿Cuál es el caudal de un orificio? Alrededor de 55 orificios en cada tubo 1 tubo en cada cámara 3 cámaras en cada tanque de sedimentación 3 tanques de sedimentación Cantidad total de orificios = 55*1*3*3=495

Diámetro aproximado del orificio

Porque un tubo tan grande? (50L/s /9) tubo de 6 pulgadas Calculando la perdida de carga en el tubo de salida seria fácil pensar que podrían usar un tubo de tamaño menor Porque es necesario un tubo tan grande? Porque no solamente un orificio en la pared entre el tanque de sedimentación y el canal de salida?

Tamaño del canal de salida Con plantas pequeñas el tamaño de los canales tiene que tener suficiente espacio para colocar el tapón en los tubos perforados Con plantas más grandes el diseño hidráulico es más importante

Vertedero para controlar el nivel de la planta (salida hacia el tanque de distribución) Con un H de 5 cm quiere decir que el nivel del agua en el tanque de sedimentación cambiaría un total de 10 cm! (Los tubos de recolección tienen una pérdida de carga de 5 cm también)

Una gira por la planta…

Niveles de Agua

Pasos para determinar los niveles de Agua Tanque de sedimentación Salida del tanque de floculación Entrada del tanque de floculación Pérdidas de la mezcla rápida (orificio) Controlador de dosis Orificio para controlar el caudal Orificio en la válvula flotadora Tanque de abastecimiento de sulfato de aluminio

Conclusiones Empezamos el diseño con el tanque de sedimentación Las únicas perdidas significativas en el tanque de sedimentación están en los orificios del tubo perforado De allí el nivel de agua va subiendo agregando las pérdidas de carga hasta llegar a las pilas de sulfato de aluminio Hay que revisar los niveles tanto como el caudal máximo como el caudal de cero