1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ INGENIERÍA MECÁNICA TRABAJO DE INVESTIGACION 2, UNIDAD 2 SISTEMAS E INSTALACIONES HIDRAULICA UNIDAD 2 SISTEMAS DE TUBERIAS ALUMNO: VASSALLO JIMENEZ KEVIN ALLAN 13270549 27 DE ABRIL DE 2016 TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS
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Vassallo Jimenez Kevin Allan,Sistemas e Instalaciones Hidraulica ,Inv
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8/16/2019 Vassallo Jimenez Kevin Allan,Sistemas e Instalaciones Hidraulica ,Inv
En el siguiente documento se establecerá algunos parámetros en formageneralizada y elemental de los sistemas de tuberías plasmados en diferentes normas, así
como determinar su incidencia en la economía.
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo (tuberías)ocurren pérdidas de energía debido a la fricción, al diámetro de la tubería y de igual maneradebido a otros accesorios presentes en las líneas de flujo.
Tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntosdel sistema de flujo lo que hace que dichos sistemas sean creados tomando en cuenta lasnecesidades de transporte de los fluidos y los parámetros a los cuales deben abstenersepara dicha fabricación de las líneas de flujos.
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DETERMINACION DEL DIAMETRO ECONOMICO EN SISTEMAS DE TUBERIAS. (CRITERIODE SELECCIÓN) ....................................................................................................................................... 4
Como se puede ver en la gráfica anterior, cuando el caudal es bajo, el costo de
operación también es bajo, pero esta última crece exponencialmente en la medida en que
se incrementa el caudal manejado.
Cuando el caudal es bajo el mayor porcentaje del costo total se le atribuye al costode instalación, pero en la medida que dicho caudal aumente, el costo de operación crece
muy rápido, y muy fácilmente, duplica o triplica el costo de instalación.
Lo expuesto anteriormente, fue con la intención de mostrar los dos componentes de
costo y su comportamiento, para un diámetro de tubería dado, en función del caudal Q
manejado.
En el caso de los líquidos, las pérdidas de carga suelen ser el factor relevante a los
efectos de la selección del diámetro; en este caso un estudio somero proporciona dos o
tres posibles diámetros dentro de una serie normalizada de tubería, y el problema se limita
a resolver la estimación técnico-económica entre los costos fijos de la instalación y los
gastos de explotación (mantenimiento y gasto de energía para el bombeo), debiéndose
elegir el diámetro cuyo costo resulte mínimo.
De cualquier manera, este valor óptimo técnico-económico ha de tomarse como
orientativo, y puede verse modificado por razones estratégicas o de otro tipo. Un aumento
en el costo de la energía desplaza la selección hacia tamaños superiores de línea. En este
sentido debe preverse un valor de este costo que sea representativo durante la vida útil de
la instalación.
1.2.-DESARROLL O Y ECUACIONES.
Este criterio obliga a emplear el diámetro comercial existente en el mercado, los cuales se
Se pretende instalar una tubería de fibrocemento de 2.800 m de longitud para alimentar
desde un grupo de bombeo a un depósito de regulación de una población. El caudal a
suministrar es 28,80 m3 /h, y la diferencia de cotas entre el depósito y el grupo de bombeoes de 70 m. El perfil de la tubería esquematizado es el siguiente:
Ilustración 2 Representación problema 1
Determinar el diámetro de la tubería y las pérdidas de carga (despreciar las pérdidas de
carga en puntos singulares.
Apartado a).
Si elegimos un diámetro de tubería de 100 mm podemos comprobar que para un caudal de
28,80 m3 /h » 8 l/s le corresponde una velocidad de 1,02 m/s (pág. 16 del Prontuario de
Hidráulica), que es una velocidad razonable.
Calculamos ahora la pérdida de carga:
ℎ = ∗
Al tratarse de una tubería de fibrocemento, la pérdida de carga unitaria J será, según la
Es de vital importancia el conocimiento de cómo obtener los diámetros que mejor se
adapten a cada una de las situaciones correspondientes que se puedan encontrar a la hora
de laborar pero, es de igual importancia hacer los cálculos correspondientes para hallar los
diámetros más económicos para que el costo de utilizar una tubería no sea muy elevado.
GOLPE DE ARIETE.
2.1.-CONCEPTO.
Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de un
conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. En otras
palabras, el golpe de ariete se puede presentar en una tubería que conduzca un líquido
hasta el tope, cuando se tiene un frenado o una aceleración en el flujo; por ejemplo, el
cambio de abertura en una válvula en la línea. Al cerrarse rápidamente una válvula en la
tubería durante el escurrimiento, el flujo a través de la válvula se reduce, lo cual incrementa
la carga del lado aguas arriba de la válvula, iniciándose un pulso de alta presión que se
propaga en la dirección contraria a la del escurrimiento. Esta onda provoca sobrepresiones
y depresiones las cuales deforman las tuberías y eventualmente la destruyen.
Desde el punto de vista energético puede considerarse la transformación de la energíacinética del fluido en energía potencial elástica (cambios de presión) y viceversa. Si la
tubería carece de roce y es indeformable y por lo tanto no hay pérdidas de energía, el
fenómeno se reproduce indefinidamente. Si hay roce y la tubería es elástica parte de la
energía se va perdiendo y las sobrepresiones son cada vez menores hasta que el fenómeno
se extingue.
2.2.-DESARROLL O Y ECUACIONES.
Como cualquier efecto oscilatorio el fenómeno del golpe de ariete presenta una frecuenciaen la que se repite una situación, en este caso la sobrepresión o depresión de la onda que
se desplaza de un extremo al otro de la instalación.
La frecuencia no es más que el inverso del periodo, que es el tiempo transcurrido entre dos
puntos equivalentes de la onda, es decir entre dos máximos o dos mínimos… con lo cual el
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En relación con la velocidad de propagación de la onda y el tiempo de parada del agua,
puede determinarse una tercera característica de la instalación: su longitud crítica, la cuales sencilla de obtener a través de la expresión…
= ∗ 2
, donde T es el tiempo de parada (en s) y a la celeridad (en m/s).
Ahora ya se puede calcular el golpe de ariete
¿Y por qué es necesario saber de antemano la frecuencia de propagación de la onda de
presión, el tiempo de parada del agua y la longitud crítica de la instalación? Pues porque
en función de la relación entre esas variables se procederá a calcular el golpe de ariete, en
definitiva el incremento de presión, mediante una fórmula u otra…
Para tiempos de parada o maniobras de cierre lentos o instalaciones cortas…
Esto significa que el tiempo de parada del agua es mayor que la frecuencia (o periodo) de
propagación de la onda, o que la longitud de la instalación es menor que la longitud crítica.
Para este caso la fórmula que se aplica para calcular el golpe de ariete y obtener el
incremento de presión producido es la propuesta por Michaud:
En este caso, la presión máxima se dará única y exclusivamente en el ámbito del elemento
que ha generado el golpe de ariete (en la válvula de cierre o en la válvula anti retorno delbombeo), y en ningún punto más de toda la longitud de la instalación se dará esa presión
máxima.
Para tiempos de parada o maniobras de cierra rápidos o instalaciones largas…
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Es decir, en aquellas en las que el tiempo de parada del agua es menor que el periodo de
propagación de la onda, o que su longitud es mayor que la longitud crítica. En esta
circunstancia aplicará la fórmula de Allievi para valorar el incremento de presión:
Aquí la presión máxima se dará en algún punto a lo largo de la conducción que quede fuera
del tramo de la instalación incluida en la longitud crítica. Como ves, en este caso el
incremento de presión no depende de la longitud…
¿Y cómo se distribuye la sobrepresión a lo largo de la instalación?
El hecho de que Allievi no tenga en cuenta la longitud de la instalación para valorar la
sobrepresión y la existencia del concepto de longitud crítica puede dar ya una pista de que
en función de cuál sea la situación que se dé o cuál sea la longitud de la instalación, la
distribución de las leyes de presiones será diferente. En los siguientes gráficos tienes unos
ejemplos:
Ilustración 5 Distintos valores de
distribución de sobrepresiones.
Se trata de esquemas de distribución de sobrepresiones extraídas del artículo“Discrepancias sobre el cálculo del golpe de ariete” publicado por el propio Enrique
Mendiluce en la Revista de Obras Públicas, en su edición de Septiembre de 1987. Verás
que en ellos se indica el nombre Sparre en algunas de las distribuciones de sobrepresiones.
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