Diseño de conducción en serie

Conductos en serie
Entre dos sitios diferentes puede transportarse un líquido confinado, usualmente agua,
mediante un conducto que cambia sus características de tamaño o rugosidad: esos son
los conductos en serie.
En puntos determinados de la conducción pueden ocurrir descargas o salidas de agua de
manera que el caudal no es el mismo a lo largo de toda la conducción. Esos puntos se
denominan nudos de consumo. Pero también es un nudo el punto donde cambian las
características del conducto, como su diámetro o su rugosidad, así no haya consumo.
Tram
o1
Nudo 1
o2
am
Tr
Tanque
o4
Tram
Tramo 3
Nudo 2
Nudo 3
Planta de una conducción en serie
Hidráulica de la conducción
Tra
m
Cau o i
dal
Qi
Nudo j
Qi = Qi+1 + qj
Consumo qj
+1
o i i+1
am l Q
Tr auda
C
Continuidad. En cada nudo se plantea una
ecuación de continuidad. Sea Qi el caudal que
circula por el tramo i, que termina en el nudo j, y
sea qj el caudal que se descarga en el nudo j:
Extremo
final: tanque
o descarga a
la atmósfera
Planta de una nudo típico
Energía. Entre el extremo de suministro, con frecuencia un tanque, y el extremo final,
que puede ser una descarga sumergida en un tanque o una descarga libre a la atmósfera,
se escribe la ecuación de la energía:
Htanque de suministro = Hextremo final + hf + hL
La solución simultánea de las ecuaciones de continuidad y de energía resuelve cualquier
tipo de problema en los conductos en serie.
Los problemas que deben resolverse en conducciones en serie
Cálculo de la potencia. En este caso se conocen las características de todos los tramos
(L, D, e) y los caudales descargados en cada nudo (q). Se requiere conocer el desnivel
entre los extremos de la conducción. Se deben plantear las ecuaciones de continuidad,
una para cada nudo, y la ecuación de la energía entre los extremos del conducto.
Revisión de la capacidad hidráulica. En este caso se conocen las características de
todos los tramos (L, D, e) y la topografía de la conducción (HT). Se requiere conocer el
caudal que se descarga en cada nudo y el caudal en cada tramo. Se deben plantear las
ecuaciones de continuidad, una para cada nudo, y la ecuación de la energía entre los
extremos del conducto.
Diseño de la conducción. En este caso se conocen algunas características de todos los
tramos (L, e), la topografía de la conducción (HT) y los consumos en los nudos (qj). Se
requiere conocer el diámetro de cada tramo. Se deben plantear las ecuaciones de
continuidad, una para cada nudo, y la ecuación de la energía entre los extremos del
conducto. Este problema tiene múltiples soluciones. Se preferirá aquella de mínimo
costo. El resultado de las investigaciones de I-pai Wu (1975) recomiendan que la
pendiente de la línea de energía en cada tramo sea igual a la pendiente promedia de la
línea de energía entre los extremos de la conducción.
Referencia
Wu, I-pai. Design of drip irrigation main lines, en Journal of de irrigation and
Drainage Division, ASCE, volumen 101, número IR4, diciembre de 1975.