Tuberias-serie-paralelo

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INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA
Hidráulica I y Laboratorio
Taller No. 2
Para los siguientes problemas, los diámetros nominales comerciales de las tuberías se
pueden suponer como los diámetros reales. La base de diámetros es: 75, 100, 150, 200,
250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 y 720 mm. A no ser que se especifiqué un fluido
diferente, se debe trabajar con agua a 15ºC, con las siguientes características: ρ = 999,10
kg/m3, µ = 1,14 x 10^-3 Pa.s, ν = 1,141 x 10 ^-6 m2/s
Tuberías Simples
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1. Una tubería de acero de XX cm de diámetro y rugosidad absoluta de 0,3 mm conecta
un tanque elevado con una piscina. El tanque produce una altura de 22 m por encima
de la piscina, en donde el flujo sale como chorro libre, es decir, a presión atmosférica.
La longitud total de la tubería es de 200 m y tiene un coeficiente global de perdidas
menores de 10,6. Calcule el caudal de agua que fluye por la tubería. (El valor de XX
es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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2. El sistema de toma de un acueducto municipal incluye una estación de bombeo que
envía el agua hacia un tanque desarenador localizado en la cima de una colina. El
caudal demandado por la población es de 5XX l/s, el cual es bombeado a través de
una tubería de acero de 450 mm (ks = 0,046mm). La tubería tiene una longitud total
de 500 m y un coeficiente global de perdidas menores de 9,4. Calcule la potencia
requerida en la bomba si su eficiencia es del 75%. (El valor de XX es los dos
últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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3. De acuerdo con el diseño agronómico de un sistema de riego localizado de alta
frecuencia, para un cultivo de mango es necesario transportar un caudal de 1XX l/s
entre la bocatoma, sobre una quebrada cercana a la finca, y la estación de
fertirrigación. Con el fin de que el agua sea movida por gravedad, la bocatoma se
localiza 1000 m aguas arriba de la estación generándose de esta forma una diferencia
de niveles de 25,2 m entre estos dos puntos. ¿Qué diámetros en PVC se requiere? La
rugosidad absoluta es: 0.0015 mm, respectivamente. La viscosidad cinemática del
agua es 1,14 x 10-6 m2/s. El coeficiente global de pérdidas menores es 15,9. (El valor
de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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Tuberías en Serie
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4. Una bomba transmite una altura total de XX m al flujo de agua en una serie de tres
tuberías, tal como se muestra en la figura. Las tres tuberías están elaborados en
PVC (ks = 1,5x 10^-6 ). ¿Cuál es el caudal que llega al tanque ubicado aguas abajo?
(El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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5. Calcule la altura H del tanque mostrado en la figura teniendo en cuenta que el caudal
que debe llegar a la piscina es de XX l/s. El material de las tuberías es hierro
galvanizado, (ks = 0,15mm). (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su
código, si es 00 escoja 10)
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6. En una planta de tratamiento de agua potable es necesario repartir el agua cruda a
tres tanques floculadores, tal como se muestra en la figura. Calcule el diámetro de
casa una de las tuberías si su material es PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm).
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Tuberías en Paralelo
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7. Calcule el caudal total que fluye por el sistema en paralelo mostrado en la figura. La
presión en el nodo de entrada es de 4XX kPa y en el nodo de salida es de 100 kPa,
ambas manométricas. Las tuberías son en PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm). (El valor de
XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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8. En la red matriz del sistema de distribución de agua potable del sistema de agua de
Pereira, se tiene el sistema paralelo mostrado en la figura. El caudal total que debe
pasar por éste es de 3XX l/s y la presión en el nodo inicial es de 243 kPa. El material
de ambas tuberías es en PVC. ¿Cuál es la presión en el nodo final? ¿Cuáles son los
caudales por cada tubería? (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su
código, si es 00 escoja 10)
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9. En el subsistema de distribución de agua potable de Pereira, que parte del tanque
Matecaña, se tiene una tubería con las características mostradas en la figura. El
caudal máximo que puede fluir por esta tubería es de 200 l/s. La presión en el nodo de
entrada equivale a 35,3 m de agua y la del nodo final es de 27,6 m de agua. Si se
quieres que el caudal aumente a 4XX l/s ¿Cual deberá ser el diámetro de la nueva
tubería si su longitud y coeficiente de perdidas menores son iguales a los de la tubería
original y el material es PVC. ¿Cuáles son los caudales finales en cada uno de las
tuberías? ¿Cuál es la altura final en el nodo 2? (El valor de XX es los dos últimos
dígitos de su código, si es 00 escoja 10)
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Redes Abiertas
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10. Calcule los caudales de llegada a los cuatro embalses mostrados en la figura. Todas
las tuberías son de PVC (ks = 0,0015mm). Las longitudes, los diámetros y los
coeficientes globales de perdidas menores son los mostrados en la figura.
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11. Diseñe la red abierta mostrada en la figura, teniendo en cuenta que el material de
todas las tuberías es PVC (ks = 0,0015mm). En la figura se indican las longitudes y los
coeficientes globales de perdidas menores de casa una de las tuberías, al igual que
los caudales demandados en cada uno de los embalses.
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12. REDES CERRADAS
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Qué debe entregar?
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Deberá entregar las tres simulaciones, demostrando los resultados obtenidos en las
diferentes iteraciones e indicando en una tabla final los caudales resultantes en las líneas
y presiones en los nodos. (Ojo: El proceso iterativo debe suspenderse una vez se
superen las tolerancias indicadas)-Adicionalmente deberá entregar una tabla comparativa
indicando el número de iteraciones requeridas en cada método, las ventajas y
desventajas que ha encontrado para cada método en comparación con los otros.
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Problema 2:
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Para la Red mallada del problema anterior, ejecutar la simulación hidráulica en periodo
estático usando el paquete gratuito EPANET 2.0.
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EPANET es un programa de ordenador, desarrollado por la U.S. EPA, que realiza
simulaciones en período extendido (o cuasiestático) del comportamiento hidráulico y de la
calidad del agua en redes de tuberías a presión. Una red puede estar constituida por
tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o
embalses. EPANET permite seguir la evolución del flujo del agua en las tuberías, de la
presión en los nudos de demanda, del nivel del agua en los depósitos, y de la
concentración de cualquier sustancia a través del sistema de distribución durante un
período prolongado de simulación.
Además de las concentraciones, permite también determinar los tiempos de permanencia
del agua en la red y su procedencia desde los distintos puntos de alimentación. El archivo
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ejecutable de instalación de EPANET 2.0 así como el manual de usuario, lo puedes
descargar en la página Web de la U.S. Environmental Protection Agency – EPA:
http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html
Qué debe entregar?
- Dado que el método del Gradiente Conjugado es el algoritmo usado mayoritariamente
por los programas comerciales (WaterCAD, H2OMap, EPANET, InfoWorks, etc),
investigue acerca del planteamiento teórico que utiliza este método para la solución del
problema numérico.
Plasme sintéticamente los pasos o metodología que plantea el método del gradiente
describiendo en pasos el proceso iterativo. Lo anterior puede investigarlo en los manuales
de los programas de software o en distintas fuentes bibliográficas.
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- Para el Modelo Hidráulico habiendo dibujado, configurado y simulado la Red; deberá
entregar el archivo .INP (con los datos de entrada de su modelo) así como los valores
generados en los reportes tabulares para Nodos (Nodes) y Líneas (Links) con los valores
de presión y caudal respectivamente.
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- Enumere 5 características que encuentre en el trabajo de modelación bajo EPANET, que
le parezcan altamente ventajosas en términos de su trabajo y en comparación con los
métodos manuales de resolución usados en el Problema 1.
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