Hidráulica II - Ingecon UV

HIDRAULICA DE LOS SISTEMAS
DE AGUA POTABLE
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Definición y ramas
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Ejemplos de la antigüedad
Red de Canales de riego en Mesopotamia,
hoy Irak
En Nipur (Babilonia) existían colectores de
aguas negras desde 3.750 A.C.
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Ejemplos de la antigüedad
Jardines Colgantes de Babilonia
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Ejemplos de la antigüedad
Canalización de riego Azteca, México
Las 16 fuentes sagradas, Machupicchu, Cuzco
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Principales invenciones
HIDRAULICA II
NOCIONES GENERALES – Símbolos, dimensiones y unidades
HIDRAULICA II
CONVERSION DE UNIDADES
En hidráulica aplicada es frecuente la necesidad de convertir unidades de medida
de cantidades tales como caudal y presión.
Para establecer un método certero y sistemático de transformación, se sugiere
formular la conversión con el siguiente procedimiento:
Por ejemplo, transformar de [Km/hra] a [m/seg] (submúltiplo):
Expresado en
Expresada en
1Km=1000m
1hra=3.600seg
HIDRAULICA II
CONVERSION DE UNIDADES
Otro ejemplo, convertir a unidad múltiplo:
Transformar de [lt/seg] a [m3/día]:
1[lt]=1/1000[m3]
Expresado en
Expresada en
1[día]=1/86.400[seg]
HIDRAULICA II
CONVERTIR UNIDADES - EJERCICIOS
1.- Convertir 1[m3/hra] en [lt/min].
2.- Calcular cuántos [m3] se acumulan con una llave de 1[lt/seg] abierta durante 1
día.
3.- Convertir 1[Kg/cm2] a [lb/plg2], (libras por pulgada cuadrada o PSI).
4.- Una fuga de una gota de agua acumula 1[cm3/min]. Calcular cuántos metros
cúbicos se pierden al mes.
5.- Calcular la equivalencia entre [m.c.a.] (metro de columna de agua) y [Kg/cm2]
6.- Convertir a [lt/seg] el consumo diario de agua de 4 personas que demandan
250[lt/hab/día].
HIDRAULICA II
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS – Propiedades físicas del agua
HIDRAULICA II
HIDRODINAMICA
HIDRAULICA II
ECUACION DE CONTINUIDAD
HIDRAULICA II
ECUACION DE CONTINUIDAD - aplicación
HIDRAULICA II
ECUACION DE CONTINUIDAD - aplicación
Conforme a la norma chilena 2485,
la velocidad máxima en tuberías
domiciliarias no debe exceder de
2,5 m/s para esta tubería, por lo
que debe aumentarse el diámetro.
HIDRAULICA II
ECUACION DE CONTINUIDAD - ejercicios
1.- ¿Cuál es la velocidad media en una tubería de D=15[cm], si el caudal de agua
transportado es de 3.800[m3/día]?.
2.- ¿Qué diámetro debe tener una tubería para transportar 2[m3/seg] a una velocidad
media de 3[m/seg]?.
3.- Por una tubería de 30[cm] de diámetro circulan 1800[lt/min], reduciéndose después el
diámetro de la tubería a 15[cm]. Calcular las velocidades medias en ambas tuberías.
4.- Si la velocidad en una tubería de 30[cm] de diámetro es de 0,5[m/seg], ¿cuál será
la velocidad del chorro a la salida de una boquilla de 7,5[cm] de diámetro, colocada
en su extremo?.
5.- Cuánto tiempo debe esperar una persona para que salga el agua caliente en la ducha
más alejada de la instalación, si el artefacto se ubica en el segundo piso, alimentado por
una tubería de 19[mm] de diámetro y 9[m] de longitud. Considerar que la ducha
totalmente abierta descarga 10[lt/min]. Cuántos litros de agua se pierden.
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – escurrimiento forzado
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – escurrimiento libre
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – ejemplos de flujo forzado
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – ejemplos de flujo libre
HIDRAULICA II
TUBERIAS Y CONDUCTOS – convención “informativa” de denominaciones
Tubo: una sola pieza, cilíndrica, de
extensión limitada por el tamaño de
fabricación. De un modo general, la
palabra tubo se aplica a ductos circulares
de diámetro de 100[mm] o más.
Caño: designación equivalente a tubo,
dada a ductos aquellos de menor diámetro
a 100[mm].
A su vez, tubería y cañería denominan a
conjuntos de unidades para formar una
instalación mayor.
Estas denominaciones generalmente se
aplican a conductos forzados.
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – regímenes de flujo
En conductos o tuberías:
Re<2000, ->flujo laminar
Re>4000, ->flujo turbulento
HIDRAULICA II
REGÍMENES DE FLUJO - ejemplo
HIDRAULICA II
PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS Y CONDUCTOS
HIDRAULICA II
TIPOS DE PÉRDIDAS DE CARGA
HIDRAULICA II
ECUACION UNIVERSAL DE RESISTENCIA AL FLUJO
(ECUACION UNIVERSAL)
HIDRAULICA II
CAUSAS DE LA RESISTENCIA AL FLUJO
HIDRAULICA II
MATERIALES EMPLEADOS EN LAS TUBERIAS
Material
Uso frecuente
Acero Galvanizado
Red seca de incendio en edificios,
instalaciones industriales
Acero Soldado
Líneas de conducción, líneas de descarga,
tuberías forzadas de centrales, instalaciones
industriales, oleoductos.
Acero Galvanizado ondulado
Alcantarillas viales
Asbesto Cemento (ya en desuso en
instalaciones nuevas)
Líneas de conducción, redes de distribución,
colectores de alcantarillado
Cobre
Instalaciones en edificios, redes de agua
potable fría y caliente
Concreto armado
Líneas de conducción, alcantarillas sanitarias,
alcantarillas pluviales
Concreto simple
Alcantarillas, drenajes
HIDRAULICA II
MATERIALES EMPLEADOS EN LAS TUBERIAS
Material
Uso frecuente
Arcilla vitrificada (ya en desuso actualmente)
Alcantarillas sanitarias, alcantarillas pluviales
Plástico: PVC (Policloruro de vinilo)
Instalaciones públicas y domiciliarias de agua
potable y alcantarillado sanitario
Plástico: Polietileno de Alta Densidad (PEAD o
HDPE)
Instalaciones públicas de agua potable y
alcantarillado sanitario
Plástico: Polietileno Reticulado (PEX)
Instalaciones domiciliarias de agua potable
fría y caliente
Plástico: Polipropileno (PPP)
Instalaciones domiciliarias de agua potable
fría y caliente
HIDRAULICA II
MATERIALES EMPLEADOS EN LAS TUBERIAS
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de DARCY
HIDRAULICA II
COEFICIENTES “f” PARA FÓRMULA DE DARCY
HIDRAULICA II
USO DE LA FÓRMULA DE DARCY – ejemplo de aplicación
220
(1 cv = 0,736 kW)
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de FLAMANT
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de SCOBEY
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de GAUCKLER Y STRICKLER
GAUCKLER
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de MANNING
Gauckler
16/3
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de HAZEN y WILLIAMS
o iguales a 100mm
HIDRAULICA II
FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA TUBERÍAS: Fórmula de FAIR-WHIPPLE-HSIAO
(inferiores a
100 mm, según NCh2485).
HIDRAULICA II
CÁLCULO DE CONDUCTOS FORZADOS – ejemplos de aplicación
HIDRAULICA II
TIPOLOGÍA DE PROBLEMAS EN TUBERÍAS Y CONDUCTOS
HIDRAULICA II
EJEMPLOS DE PROBLEMAS HIDRÁULICAMENTE DETERMINADOS
Calcular el diámetro de una tubería de acero usada (C=90), que conduce un caudal
de 250 l/s con una pérdida de carga de 1,7m por 100m. Calcular también la
velocidad.
R: D=0,4m; V=2m/s
Calcular el caudal que fluye por un conducto de fierro fundido usado (C=90), de
200mm de diámetro, desde un recipiente en la cota 200m hasta otro recipiente en
la cota cero. La longitud del conducto es de 10Km. Calcular, también, la velocidad.
R: Q=44 l/s; V=1,4 m/s
HIDRAULICA II
EJEMPLOS DE PROBLEMAS HIDRÁULICAMENTE DETERMINADOS
Se desea conocer el caudal y el diámetro de una tubería con C=120, de tal forma
que la velocidad sea 3 m/s y la pérdida de carga sea de 5,00m/100m.
R: D=200 mm; Q=94 l/s.
Supongamos un conducto de diámetro D=500mm que transporta un caudal de 800
l/s. Calcular la pérdida de carga y la velocidad del flujo. Se trata de una tubería con
20 años de uso. La extensión del conducto es de 10 Km.
R: V=4,1 m/s; Sf=0,0411; hf=411 m.
HIDRAULICA II
EJEMPLOS DE PROBLEMAS HIDRÁULICAMENTE DETERMINADOS
Se desea transportar 1.200 l/s de agua a una velocidad de 1 m/s. Calcular el
diámetro y la pérdida de carga, (C=100). La extensión de la tubería es de 500m.
R: D=1,2m; Sf=0,001; hf=0,5m.
Se desea conocer el caudal y la pérdida de carga unitaria de un flujo en un tubo de
acero, con 5 años de uso, de 450mm de diámetro, con una velocidad de 2,5m/s.
R: Q=397 l/s; Sf=0,012.
Verificar la validez de los resultados obtenidos, considerando que para ello Re>4000
HIDRAULICA II
MULTIPLICIDAD DE FÓRMULAS
HIDRAULICA II
CÁLCULO DE CONDUCTOS – consideraciones topográficas
HIDRAULICA II
CÁLCULO DE CONDUCTOS – consideraciones topográficas
aplicando
HIDRAULICA II
CÁLCULO DE CONDUCTOS – consideraciones prácticas
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – consideraciones de velocidad
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – consideraciones de velocidad
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS – consideraciones de velocidad
En Chile, Vmax<=2,5[m/s]
HIDRAULICA II
FLUJO EN TUBERIAS Y CONDUCTOS
HIDRAULICA II