mecanica de fluidos 2 ejemplos

HIDRAULICA DE TUBERIAS

2010 HIDRAULICA DE TUBERIAS


Determinación de presiones en los nodos de la red de distribución

En las redes de tuberías a presión, así como en tuberías de redes abierta, con las cotas topográficas de los nodos conocidas se puede determinar las alturas piezométricas en cualquier nodo en la red si se conocen por lo menos una altura piezométricas de los nodos que constituyen la tubería que se conoce las pérdidas de energía, como se representa en la grafica.

El valor de la altura de presión o de carga de presión en los nodos en la red, es importante desde el punto de vista energético, la cual expresa la variación dinámica de la presión en la red de distribución y da una pauta en la determinación de la elevación mínima de loa fuente de captación, la cual deberá suministrar la presión mínima requerida establecida por la norma.

Ejemplo

Determínese los caudales en cada tubería de la red cerrada de la fig. Despreciando las perdidas locales y considerando que c=95 para todas las tuberías. Los caudales

concentrados de salida en los nodos están expresados en Ls.calculese también las

cargas a presión en los nodos, si el punto 1 es igual a 70mca .

TUBERIA 12 23 34 65 54 16 25

L(m) 600 600 200 600 600 200 200

D(cm) 25 25 10 15 15 20 10


NODO 1 2 3 4 5 6

COTA(m) 30 25 20 20 22 25

ITERACION 1

CIRCUITOTUB

.L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m) 1.852(HP/Q) Qcorreg. Q(l/s)

I

12 600 25 1190 0.13 27.2 387.5 0.13616 136.1625 200 10 34391 0.015 14.41 1778.8 0.02116 21.1656 600 15 14322 -0.05 -55.78 2066.2 -0.04384 -43.8416 200 20 1176 -0.09 -13.6 280 -0.08384 -83.84

DQ= 0.00616 SUM -27.78 4512.47

CIRCUITO TUB. L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m) 1.852(HP/Q) Qcorreg. Q(l/s)

II

23 600 25 1190 0.055 5.53 186.2 0.05761 57.61

34 200 10 34391 0.015 14.41 1778.8 0.01761 17.61

24 600 15 14322 -0.015 -6 740.8 -0.01239 -12.69

25 200 20 1176 -0.0212 -27.24 2384.3 -0.01854 -18.54

DQ= 0.00261 SUM -13.3 5090

ITERACION 2

CIRCUITOTUB

.L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m) 1.852(HP/Q) Qcorreg. Q(l/s)


I

12 600 25 1190 0.13616 29.64 403.1 0.13717 137.1725* 200 10 34391 0.01854 21.34 2131 0.01955 19.5556 600 15 14322 -0.04384 -43.74 1847.4 -0.04283 -42.8316 200 20 1176 -0.08384 -11.93 263.8 -0.08283 -82.83

DQ= 0.00101 SUM -4.69 4845.07

CIRCUITO

TUB. L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m) 1.852(HP/Q) Qcorreg. Q(l/s)

II

23 600 25 1190 0.05761 6.03 193.7 0.05807 58.0734 200 10 34391 0.01761 19.4 2039.5 0.01807 18.0724 600 15 14322 -0.01239 -4.21 629.3 -0.01193 -11.9325* 200 10 34391 -0.01955 -23.54 2229.5 -0.0191 -19.1

DQ= 0.00046 SUM -2.33 50921

ITERACION 3CIRCUIT

OTUB. L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m)

1.852(HP/Q)

Qcorreg. Q(l/s)

I

12 600 25 1190 0.13717 30.05 405.7 0.13738 137.3825* 200 10 34391 0.01910 22.53 2185.1 0.01931 19.3156 600 15 14322 -0.04283 -41.89 1811.1 -0.04262 -42.6216 200 20 1176 -0.08263 -11.67 260.6 -0.08262 -82.62

DQ= 0.00021 SUM -0.98 4662.66

CIRCUITO


II

23 600 25 1190 0.05807 6.12 195 0.05816 58.1834 200 10 34391 0.01807 20.34 2084.5 0.01816 18.1624 600 15 14322 -0.01193 -3.93 609.5 -0.01184 -11.8425* 200 10 34391 -0.01931 -22.99 2205.5 -0.01922 -19.22

DQ= 0.00009 SUM -0.46 5094.5

ITERACION 4CIRCUIT

OTUB. L(m) D(cm) K Q(m³/s) HP(m)

1.852(HP/Q)

Qcorreg. Q(l/s)

I12 600 25 1190 0.13738 30.13 406.2 0.13742 137.4225* 200 10 34391 0.01922 22.79 2196.6 0.01926 19.26


56 600 15 14322 -0.04262 -41.51 1803.5 -0.04258 -42.5816 200 20 1176 -0.08262 -11.61 260.3 -0.08258 -82.58

DQ= 0.00004 SUM -0.2 4668.82

CIRCUITO


II

23 600 25 1190 0.05816 6.13 195.3 0.05818 58.1834 200 10 34391 0.01816 20.53 2093.5 0.01818 18.1824 600 15 14322 -0.01184 -3.87 605.5 -0.01182 -11.8225* 200 10 34391 -0.01926 -22.88 2200.8 -0.01924 -19.24

DQ= 0.00002 SUM -0.09 5095.1

DISTRIBUCION DE CAUDALES INICIALES EN LA RED DE DISTRIBUCION


DISTRIBUCION DE CAUDALES FINALES EN LA RED DE DISTRIBUCION

NODO Z Pγ

Z+ Pγ

1 30 70 100

2 25 44.87 69.87

3 20 43.74 63.74

4 20 23.21 43.21

5 22 25.08 47.08


6 25 63.59 88.59

Consideraciones necesarias de orden práctico para el diseño de redes

a) Disposición de tuberías:

Las tuberías deben de proyectarse para todas las calles a las que de un frente una o más viviendas y procurando siempre formado mallas.

a) Llaves de pase (válvulas):En las llaves de distribución deben de proveerse suficientes llaves de manera

de aislar no más de 400m. Cerrando un máximo de 4 llaves o de que solo queden 2 cuadras de servicio. El diámetro de llave será el diámetro de la tubería y deberá colocarse siempre en las tuberías de menor diámetro.

b) Válvula de aire:

Se ubicaran en los picos más altos del sistema y deberán de ser de 34 ¿ para

tuberías mayor de 12”.

c) válvula de limpieza:

Se ubicaran en las partes más bajas de la red, y en función de 13

del diámetro

de la tubería considerada.

e) Anclajes: en todos los accesorios

f) Cobertura: 1.20 m*s/la tubería (Invert).

Almacenamiento:

Los tanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua tanto desde el punto de vista económico así como su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente.


Funciones:

1) Compensar las variaciones de consumo diario (durante el día).2) Mantener las presiones de servicio en la red de distribución.3) Atender situaciones de emergencia, tales como incendios, interrupciones en

el servicio por daño de tuberías de conducción o de estacionamiento de bombeo.

Para el diseño del tanque de almacenamiento se debe considerar:1) capacidad o volumen de almacenamiento.2) Ubicación.3) Tipos de tanque.4) Materiales de construcción.1- El volumen de almacenamiento es función de varios factores:a) compensación de variación horaria.b) Emergencias por incendios.c) Reservas para cubrir danos e interrupciones en el servicio de alimentación

por la fuente.d) Funcionamiento por parte del sistema.

- Volumen compensado de variaciones horarios (vc), para población < 20000 habitantes →25% * Q promedio y para población >20000 habitantes →se determina en base a la curva masa. El 25% representa 6 horas de consumo.

- El volumen de reserva para eventualidades. (emergencia) (VR) = 15% Q promedio diario.

La curva masa se obtiene a partir del registro histórico de consumo de agua, escogiéndose el ano y día mas critico.

Las normas para acueductos rurales:

- Volumen de incendio (vi):Para población <2000 habitantes no se considera. Considerar un incendio de

dos horas y un Q=5 a 10 Ls

dependiendo.

Para población > 5000 habitantes: Vi=(CMH−CMD )∗2horas

24horas

Vtotal=VC+VR+Vi=m3,gpm, lts , etc .

Ubicación del tanque:


La ubicación del tanque está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio. Están presiones en la red están limitadas por las normas, dentro de un rango que puedan garantizar para las condiciones más desfavorables un Pmin y máx. Por razones económicas.

Áreas rurales: 10 y 50 m.Áreas urbanas: 14 y 50 m.

Elev. Piez.= elev. punto +Presidual + Perdidas entre ese punto desde mas desf. deseada la red y L.C. hasta el tanque.

Tipos de tanques:Pueden ser construidos directamente sobre la superficie del suelo o sobre tierra, cuando por razones de servicio haya que elevarlos. Suelo: concreto armado: rectangular o circular.Elevados: metálicos o de concreto.

Cuerpo del tanque:Esférica→presenta menor cantidad de área de paredes para un volumen determinado.

Cilíndrica→ ventajas estructurales.

Dimensiones: dependiendo de la capacidad requerida. Determinada la capacidad se selecciona la altura del cuerpo del tanque tomando en cuenta la mejor relación HLoHD

.

Considerando que alturas exageradas exigirán mayores espesores por razones de empuje de agua y posibles costos mayores.

Materiales de construcción:

Los tanques elevados pueden construirse de concreto armado o metálicos y dependerán de las condiciones locales, mantenimiento, agresividad por la corrosión, la conveniencia para seleccionar uno de otro tipo. Las dimensiones más económicas para tanques D=H, consumo mínimo de material.


Guía del informe final del proyecto de abastecimiento de agua potable.

I- Introducción. II- Generalidades.

Descripción general de la localidad. Aspectos sociales y económicos. Servicios e infraestructura existentes. Situación actual del suministro de agua.

III- Descripción del sistema propuesto de abastecimiento de agua. Fuente de abastecimiento. Línea de conducción. Tanque de almacenamiento. Nivel de servicio. Tratamiento del agua.

IV- Criterios de diseño. Periodo de diseño. Población de diseño. Donación de agua. Capacidad de la fuente de abastecimiento. Variaciones de consumo. Tanque de almacenamiento. Red de distribución.

V- Estudio de población y consumo de agua. Generalidades. Crecimiento histórico de la población. Población actual. Escogencia de la tasa de crecimiento de la localidad. Proyección de la población. Consumo unitario demandado.

VI- Fuente de abastecimiento. Descripción de la fuente de abastecimiento.

VII- Estación de bombeo. Criterios de diseño.


Características del equipo de bombeo. Curva del sistema y punto de operación.

VIII- Línea de conducción. Línea de conducción por bombeo. Criterios de diseño. Selección del diámetro económico. Estudio comparativo. Selección de la clase de tubería.

IX- Línea de conducción por gravedad. Criterio de diseño. Estimación del diámetro. Revisión de la velocidad.

X- Tanque de almacenamiento. Capacidad de almacenamiento. Volumen por compensación horaria. Dimensiones. Materiales de construcción.

XI- Red de distribución. Criterios de diseño. Coeficiente de máxima hora. Estimación del coeficiente de máxima hora. Selección del factor máxima hora.

XII- Análisis hidráulico de la red. Procedimiento de diseño. Concentración de las demandas. Calculo de los diámetros. Calculo hidráulico.


Datos de entrada.

Programa Loop T I T L E: CMH N° OF PIPES: 16→# de tuberías N° OF NODES: 14 → # de nodos PEAK FACTOR: 1→ factor de variación MAX HL/KM: 10 → gradiente piezométrico máximo MAX UMBAL (LPS): .001 → desbalance del caudal

TUB.

N°

Nodos

De a

Longitud (m) Diámetro (mm) C de HW

1 1 2 644.70 150 150

2 2 3 148.32 150 150

3 2 4 148.32 150 150

4 3 5 197.76 100 150

5 4 7 197.76 100 150

6 5 6 148.32 75 150

7 7 6 148.32 50 150

8 5 8 197.76 75 150

9 7 10 197.76 50 150

10 8 9 148.32 50 150

11 10 9 148.32 75 150

12 11 8 197.76 75 150


13 13 10 197.75 75 150

14 12 11 148.32 100 150

15 13 12 148.32 100 150

16 14 13 769.29 150 150

N° de nodos FIX Caudal concentrado Elevación

1 0.00 19.870 90.0

2 0.00 -2.770 96.0

3 0.00 -2.770 95.0

4 0.00 -2.770 92.0

5 0.00 -2.770 100.0

6 0.00 -2.770 98.0

7 0.00 -2.770 95.0

8 0.00 -2.770 105.0

9 0.00 -2.770 100.0

10 0.00 -2.770 98.0

11 0.00 -2.770 108.0

12 0.00 -2.770 110.0

13 0.00 -2.770 109.0

14 0.00 13.370 125.0

Nodo de referencia Línea de grado

14 128.92


Altura del tubo de rebose del contra tanque

Datos de salida

Programa Loop T I T L E: CMH N° OF PIPES: 16→# de tuberías


N° OF NODES: 14 → # de nodos PEAK FACTOR: 1→ factor de variación MAX HL/KM: 10 → gradiente piezométrico máximo MAX UMBAL (LPS): 0 → desbalance del caudal

N° de tuberías

De a nodo nodo

Longitud (m)

Diámetro (mm)

C de HW

Caudal (LPS)

Veloc (m/s)

Perdidas (M/KM)

Hp (m)

1 1 2 644.70 150 150 19.87 1.12 7.34 4.78

2 2 3 148.32 150 150 9.41 0.53 1.84 0.27

3 2 4 148.32 150 150 7.69 0.44 1.27 0.19

4 3 5 197.76 100 150 6.64 0.85 6.95 1.37

5 4 7 197.76 100 150 4.92 0.63 4.00 0.79

6 5 6 148.32 75 150 1.71 0.39 2.30 0.34

7 7 6 148.32 50 150 1.06 0.54 6.81 1.01

8 5 8 197.76 75 150 2.16 0.49 3.53 0.70

9 7 10 197.76 50 150 1.09 0.56 7.23 1.43

10 8 9 148.32 50 150 0.75 0.38 3.56 0.53

11 10 9 148.32 75 150 2.02 0.46 3.14 0.47

12 11 8 197.76 75 150 1.36 0.31 1.50 0.30

13 13 10 197.76 75 150 3.70 0.84 9.58 1.89

14 12 11 148.32 100 150 4.13 0.53 2.89 0.43

15 13 12 148.32 100 150 6.90 0.88 7.47 1.11

16 14 13 769.29 150 150 13.37 0.76 3.52 2.71


N° de nodos Caudal (LPS) Elevación (m) HGL (m) Presión residual

1 19.870 90.00 131.45 41.45

2 -2.770 93.00 126.72 33.72

3 -2.770 95.00 126.45 31.45

4 -2.770 92.00 126.53 34.53

5 -2.770 100.00 125.07 25.07

6 -2.770 98.00 124.73 26.73

7 -2.770 95.00 125.74 30.74

8 -2.770 105.00 124.88 19.38

9 -2.770 100.00 123.85 23.85

10 -2.770 98.00 124.31 26.31

11 -2.770 108.00 124.67 16.67

12 -2.770 110.00 125.10 13.10

13 -2.770 109.00 126.21 17.21

14 13.370 125.00 128.92 3.920

HGL = zi * (P/γ )

mecanica de fluidos 2 ejemplos

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