UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALACENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTEDIVISION DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA HIDRAULICA ING. OSCAR CHAVEZ

RESUMEN Y PROBLEMAS SOBRE DISEÑO DETUBERIAS SIMPLE

ALEX SANCHEZ HERNANDEZCARNE: 201231538

INTRODUCCIÓNEn presente trata sobre diseño de tuberías simple en la cual la tubería tiene un diámetro constante Y está hecho de un solo material a lo largo de toda su longitud. La energía que mueve al fluido dentro de ella puede ser gravitacional o mecánica. La tubería simple puede tener cualquier tipo de accesorios que produzcan pérdidas menores. Los algoritmos diseño para este tipo de tuberías, las cuales se presenta más adelante, forman parte del algoritmo diseño de sistema complejo de tuberías.

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OBJETIVOS

Objetivo general Calcular correctamente la determinación de caudal, potencia, diámetro de tubería,

a través de los algoritmos de diseño de tubería, siguiendo los pasos requeridos.

Objetivos específicos Aplicar correctamente los métodos numéricos con varias integraciones para obtener

el valor más exacto posible de la pérdida de carga, Factor de fricción y de la potencia.

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MARCO TEÓRICODISEÑO DE TUBERÍAS SIMPLE

COMPROBACIÓN DE DISEÑOEn este tipo de problemas la tubería existe, lo cual implica que se conoce su longitud, su diámetro y sus rugosidad absoluta, al igual que todos los accesorios Y sus coeficientes de pérdidas menores. La incógnita es el caudal problema típico en diseño de redes de distribución de agua potable o redes de riegos, en las cuales se hace un pre dimensionamiento de los diámetros.CÁLCULO DE LA POTENCIA REQUERIDAPara estos problemas se conoce el caudal demandado, la tubería y las propiedades del fluido. Este problema se plantea cuando se quiere utilizar una tubería existente para mover un cierto caudal demandado Y se desea conocer la bomba que debe ser colocada o diferencia de nivel entre en la entrada y la salida de la tubería.DISEÑO DE TUBERÍAEn este caso se conoce el caudal demandado, la potencia disponible, Algunas de las características de la tubería Y las propiedades del fluido. Se desconoce el diámetro necesario para permitir el paso de caudal demandado.ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS SIMPLES

hm=kmv2

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2g

COMPROBACION DE DISEÑOPara resolver este problema se debe seguir el procedimiento establecido en el diagrama de flujo siguiente.

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CALCULO DE POTENCIA REQUERIDA En este caso todas las características de la tubería son conocidas al igual que las del fluido. Se sabe un caudal demandado y se pregunta por la potencia requerida. Para poder resolver el problema de la potencia requerida es necesario utilizar un método numérico con el fin de averiguar el valor del factor de fricción f de Darcy en la ecuación no explicita de Colebrook

Calculo de factor de fricción f por el método de iteración de un punto

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Calculo de potencia de tubería simple

DISEÑO DE TUBERIAS SIMPLESEs necesario aclarar que para el proceso de diseño converja se deben tener en cuenta dos restricciones importantes:

El primer diámetro supuesto tiene que ser menor que el diámetro final del diseño. La suma de las pérdidas menores deben ser inferiores al 30% de las pérdidas por

fricción. Esta condición es cierta en la mayoría de diseños convencionales de tuberías

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Diseño de tuberías simples con altas pérdidas menoresConsiste en definir una “velocidad” de perdida aquí, en esencia, esta velocidad que daría igual la sumatoria de las pérdidas menores y la cabeza disponible. Si se utiliza esta definición las ecuaciones serían:

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EJERCICIOS 2.1 calcule el caudal de agua que fluye a través de una tubería de PVC (k s =0.0015 mm) desde un tanque de almacenamiento hasta un tanque floculador. La tubería tiene una longitud de 430 m Y un diámetro de 8 pulgadas. La diferencia de elevación entre los tanques es de 37.2 m. La tubería tiene accesorios que producen un coeficiente global the pérdidas menores de 7.9.

SOLUCION

DATOS H (m) v (m/s)ρ 999.1 37.2 7.38E-06 37.2 5.3855531 25.521456µ 1.14E-03 Pa•s 37.2 7.38E-06 25.521456 4.3867934 29.451414

7.9 37.2 7.38E-06 29.451414 4.7427961 28.142737d 0.2032 m 37.2 7.38E-06 28.142737 4.6268293 28.580243ks 1.50E-06 m 37.2 7.38E-06 28.580243 4.6658702 28.434163l 430 m 37.2 7.38E-06 28.434163 4.6528656 28.482959H 37.2 m 37.2 7.38E-06 28.482959 4.657213 28.466661v 1.14E-06 37.2 7.38E-06 28.466661 4.6557614 28.472105g 9.81 37.2 7.38E-06 28.472105 4.6562463 28.470287hf 37.2 37.2 7.38E-06 28.470287 4.6560844 28.470287

12.17819218 37.2 7.38E-06 28.470894 4.6561385 28.470691

ks/d hfl (m) hfl+1

kg/m3

km

m2/sm/s2

√(2gdhf)

hf = 28.47hm = H – hf = 37.2 – 28.47 = 8.73mhm=km

v22

2g 8.73=(7.9)( 1

2∗9.81 )(v22 ) v2=4.656 m

s

Q=vA Q= (4.656 )( π4 ) (0.2032 )2

Q=0.15m3

s

2.3 una tubería de acero de 15 cm de diámetro y rugosidad absoluta de 0.3 milímetros conecta un tanque elevado con una piscina. El tanque produce una cabeza de 12 m por

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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 126 m Y tiene un coeficiente global de pérdidas menores de 9.6. Calcule el caudal de agua que fluye por la tubería.

hf = 8.12hm = H – hf = 12 – 8.12 = 3.88mhm=km

v22

2g 3.88=(9.6)( 1

2∗9.81 ) (v22 ) v2=2.82m

s

Q=vA Q= (2.82 )( π4 ) (0.15 )2

Q=0.0.05 m3

s

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CONCLUSIONEl diseño de tuberías simple es indispensable para obtener resultados óptimos a momento de trasladar un fluido en otro lugar, por que a través de ella podemos determinar las perdidas menores por las tuberías y accesorias, las perdidas por fricción, la potencia y el diámetro requerido de lo que se este diseñando con la ayuda de los métodos numéricos, por ello es importante comprender la resolución de los distintos diseños que se presenten.

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BIBLIOGRAFIA HIDRAULICA DE TUBERIAS, JUAN G. SALDARRIAGA

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