INSTITUTO TECNOLGICO DEL ALTIPLANO DE TLAXCALA

HIDRULICA

FLUJO DE AGUA EN TUBERAS

FACILITADOR: MC. JOSE LUIS MACIAS GARCIA

ALUMNO: BRANDON FLORES GONZALEZ

5C INGENIERA EN AGRONOMA

ContenidoIntroduccin3Definicin4Finalidad4Partes4Clasificacin5Tubera simple.5Tubera en serie.5Tubera equivalente.5Tubera con descarga ahogada.5Tubera con descarga libre6Sistemas de tuberas compuestas6Sistema de tuberas en paralelo6Sistemas de tuberas ramificadas6Sistemas de tuberas en parrilla7Golpe de ariete7Prdida de energa debido a la friccin8La ecuacin de Darcy Weisbach8Numero de Reynolds9Ecuacin Hanzen-Williams9Conclusin11Bibliografa12

Introduccin

El estudio del flujo en sistemas de tuberas es una de las aplicaciones ms comunes de la mecnica de fluidos, esto ya que en la mayora de las actividades humanas se ha hecho comn el uso de sistemas de tuberas. Por ejemplo la distribucin de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeracin, el flujo de aire por ductos de refrigeracin, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automviles, flujo de aceite en los sistemas hidrulicos de maquinarias, el flujo de de gas y petrleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayora de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean lquidos o gases. El transporte de estos fluidos requiere entonces de la elaboracin de redes de distribucin que pueden ser de varios tipos: Tuberas en serie. Tuberas en paralelo. Tuberas ramificadas. Redes de tuberas

Definicin

En la hidrulica se entiende por tubera cualquier conducto cerrado de desarrollo importante (como mnimo alrededor de 500 veces su dimetro, -10), que transporte agua sin superficie libre, es decir a presion, por lo que al insertar un piezmetro en cualquier punto de su recorrido el agua asciende en el a mayor nivel que la clave (parte superior) del entubamiento; por lo general son de seccin circular. Los conductos cerrados en que el agua circula con superficie libre (sin llenarlos completamente) se clasifican en su totalidad como canales, dentro de estos conductos estn las alcantarillas y tuberas de avenamiento

Finalidad

Segn Camargo y Salazar, las finalidades de tuberas son: Cientfica, en laboratorios hidrulicos las tuberas se utilizan para fines cientficos de investigacin. Prcticos, las finalidades prcticas de las tuberas son: la conduccin, distribucin y drenaje a presion de agua y lquido industriales. Se usan en abastecimiento y distribucin de agua potable o cruda, en riego por aspersin o goteo, en enfriamiento de mquinas, en drenajes de minas, en alumbrado de mantos petrolferos, etc.

Partes

Las partes de una tubera son: entrada, salida, tubos o tramos, juntas, piezas especiales o conexiones, vlvulas o llaves y medidores, principalmente.

Clasificacin Los sistemas de tuberas que distribuyen el agua en el campo, las ciudades o en grandes plantas industriales pueden ser extremadamente complicados. En esta clasificacin solo se consideran algunos casos bajo condiciones relativamente sencillas.Las tuberas pueden clasificarse en simples, en serie, equivalentes, con descarga libre y con descarga ahogada.Tubera simple.Una tubera es simple cuando en toda la longitud considerada se tiene el mismo dimetro, con las mismas caractersticas y sin ramificaciones.

Tubera en serie.Una tubera esta en serie cuando en la longitud considerada se tiene tramos de diferentes dimetros y caractersticas, acoplados una detrs de otro y sin ramificaciones.

Tubera equivalente.Una tubera es equivalente cuando se tiene otra que de la misma perdida de carga y el mismo gasto. Algunas veces las prdidas de carga localizadas se pueden expresar en longitudes de tuberas equivalentes.

Tubera con descarga ahogada.Una tubera es con descarga ahogada cuando el nivel del agua a l salida es mayor que el de la clave del tubo.

Tubera con descarga libreUna tubera es con descarga libre, cuando el nivel del agua a la salida es menor que el de la parte inferior del tubo.

Cuando las tuberas son ms de una conforman un sistema. Los sistemas de tuberas pueden clasificarse en: compuesto, en paralelo, ramificado o en parrilla.Sistemas de tuberas compuestas: un sistema de tuberas es compuesto cuando est constituido por varias tuberas en serie.Sistema de tuberas en paralelo: un sistema de tubera esta en paralelo cuando se constituye por dos o ms tuberas que partiendo de un punto vuelve a unirse en otro punto, aguas abajo del primero.

Sistemas de tuberas ramificadas: un sistema de tuberas es ramificado cuando est constituido por dos o ms tuberas que se dividen en cierto punto y no vuelve a unirse aguas abajo.

Sistemas de tuberas en parrilla: se dice que un sistema de tuberas est en parrillas cuando forma una red constituida por tuberas interconectadas entre s, formando circuitos, de tal manera que el gasto que se tiene a travs de determinada salida puede provenir de varios circuitos, tal es el caso de los sistemas de abastecimiento de agua potable en los centros urbanos.

Golpe de ariete

El fenmeno del golpe de ariete, tambin denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubera, es decir, bsicamente es una variacin de presin, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.El valor de la sobrepresin debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar las tuberas, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresin no es importante, ms an si los dimetros son pequeos. No obstante, si el valor de la depresin iguala a la tensin de vapor del lquido se producir cavitacin, y al llegar la fase de sobrepresin estas cavidades de vapor se destruirn bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente, de que el valor de la sobrepresin producida rebase a la de clculo, con el consiguiente riesgo de rotura. Los principales elementos protectores en este caso seran las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente. Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberas, ya que un clculo errneo puede conducir a: Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalacin se encarece de forma innecesaria.

Prdida de energa debido a la friccin

La cantidad que ms se calcula en flujos de tuberas tal vez sea la prdida de energa. Estas son debidas a la friccin interna en el fluido. Como se indica en la ecuacin general de energa, tales prdidas traen como resultado la disminucin de presin entre dos puntos del sistema de flujo.

La ecuacin de Darcy Weisbach Si planteamos la ecuacin de energa entre dos puntos de una corriente de fluido se tiene.

Definicin de los siguientes trminosV1 y V2 =Velocidades promedios en las secciones 1 y 2 respectivamente1 y 2 = Factores de correccin de energa cintica en tuberas circulares, con flujo laminar con perfil parablico de velocidades =2 y en flujo turbulento el perfil es casi uniforme 1.05, en general tomaremos =1.hA = Energa aadida o agregada al fluido mediante un dispositivo mecnico, como puede ser una bomba.hR = Energa removida o retirada del fluido mediante un dispositivo mecnico, como podra ser una turbina.hL = Perdida de energa la cual se compone en general de las prdidas por friccin y perdidas menores:hL = h f + hm hf = Prdida de energa debido a la friccin en los conductos.hm = Prdida local de energa debida a la presencia de vlvulas y conectores.Las prdidas de energa debido a la friccin las podemos expresar por la ecuacin de Darcy Weisbach.En la que: L: Longitud del tramo de tubera. (m) D: Distancia del conducto (m) V: Velocidad promedio del flujo (m/s) g: Gravedad (m/s2) f: Factores de friccin (adimensional)Numero de ReynoldsReynolds (1874) estudi las caractersticas de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un lquido que flua por una tubera. A velocidades bajas del lquido, el trazador se mueve linealmente en la direccin axial. Sin embargo a mayores velocidades, las lneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rpidamente despus de su inyeccin en el lquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errtico obtenido a mayores velocidades del lquido se denomina Turbulento.Las caractersticas que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del lquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo msico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la friccin o fuerzas viscosas dentro del lquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las caractersticas del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluy que las fuerzas del momento son funcin de la densidad, del dimetro de la tubera y de la velocidad media. Adems, la friccin o fuerza viscosa depende de la viscosidad del lquido. Segn dicho anlisis, el Nmero de Reynolds se defini como la relacin existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

Ecuacin Hanzen-Williams

El mtodo de Hazen-Williams es vlido solamente para el agua que fluye en las temperaturas ordinarias (5 C - 25 C). La frmula es sencilla y su clculo es simple debido a que el coeficiente de rugosidad "C" no es funcin de la velocidad ni del dimetro de la tubera. Es til en el clculo de prdidas de carga en tuberas para redes de distribucin de diversos materiales, especialmente de fundicin y acero:

En donde: h: prdida de carga o de energa (m) Q: caudal (m3/s) C: coeficiente de rugosidad (adimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) L: longitud de la tubera (m)Siendo n el coeficiente de rugosidad de la tubera, cuyo valor depende del tipo de material Material, clase y estado del tuboc

Tuberas de plstico nuevas 150

Tuberas muy pulidas (fibrocemento) 140

Tuberas de hierro nuevas y pulidas 130

Tuberas de hormign armado 128

Tuberas de acero nuevas 120

Tuberas de palastro roblonado nuevas 114

Tuberas de acero usadas 110

Tuberas de fundicin nuevas 100

Tuberas de palastro roblonado usadas 97

Tuberas de fundicin usadas 90-80

Material de la tuberaK

Fibrocemento. PVC. Aluminio con acoples cada 9 m y aspersores de 4", 5", 6" 0,32

Aluminio con acoples cada 9 m y aspersores de 3" 0,33

Aluminio con acoples cada 9 m y aspersores de 2" 0,34

Acero soldado en tubera de transporte 0,36

Aluminio con acoples en tubera de transporte 0,40

Acero galvanizado con acoples en tubera de transporte 0,42

Materialn

Plstico (PE) 0.006 - 0.007

Plstico (PVC) 0.007 - 0.009

Acero 0.008 - 0.011

Fibrocemento 0.010 - 0.012

Fundicin 0.012 - 0.013

Hormign 0.013 - 0.015

Plstico corrugado 0.016 - 0.018

En funcin del material de la tubera, las frmulas ms adecuadas son,:MaterialFrmula

PVC Veronesse - Datei

PE Blasius

Fibrocemento Scimeni

Aluminio Scobey

Fundicin AceroHazen - Williams

Conclusin El conocer acerca del comportamiento de los fluidos en tuberas es de suma importancia, con base a estos conocimientos es posible transportar el agua desde su origen hasta el lugar donde se requiere, de igual manera con ayuda de este conocimiento se es posible disear diferente sistemas de tubera, de esta manera poder trasporta el agua a diferentes puntos , ayudando hacer ms eficiente el uso del agua en su transporte y evitando perdidas ya que en estos se puede regular la presion y el gasto que se transporta

Bibliografa

R. Arteaga Tovar Eduardo, 2009. Hidrulica Elemental. Universidad Autnoma de Chapingo. Mxico-Texcoco. Nmero Reynolds. Laboratorio de Operaciones Unitarias. Primavera 2008 Mxico D.F., 12 de marzo de 2008. Universidad Iberoamericana de Mxico. Saldarriaga, juan 2007 hidrulica de tuberas abastecimiento de agua, redes, riegos. Alfa omega Bogot Sotelo vila Gilberto, hidrulica general vol.1 Balderas 95 Mxico D.F http://es.slideshare.net/jesusfbf/flujo-tuberias-cap-3-y-4 Levi, Enzo. Mecnica de Fluidos. Universidad Nacional Autnoma de Mxico. 1965.

3