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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO BOLIVAR
ESCUELA DE CIENCIAS DE LA TIERRA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
INSTALACIONES PARA EDIFICIOS
Profesor:
Carlos Pérez
Bachiller (es):
Lugo Daniela| C.I 20.555.786
Pumar Zuralí| C.I: 20.554.279
Salazar Carmen| C.I: 20.554.631
CIUDAD BOLIVAR, NOVIEMBRE DE 2012
INTRODUCCIÓN AL TEMA.
El flujo de agua en tuberías,
tiene una inmensa significación
práctica en la ingeniería civil.
Sorprendentemente una teoría comprensible
del flujo de fluidos en tuberías, no fue
desarrollada hasta fines de la década de los
30, y métodos específicos para diseñar y
evaluar caudales, presiones y pérdidas de
carga, no apareció hasta 1958.
PÉRDIDAS EN TUBERÍAS.
Hace referencia a la pérdida de energía que
acompaña al flujo de un líquido en una tubería y
suele expresarse en términos de energía por
unidad de peso de fluido circulante
(dimensiones de longitud).
Pérdidas De Cargas Lineales.
Pérdidas De Cargas Singulares o Locales.
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
Las pérdidas de carga dependen de las características del fluido, de la tubería y del
tipo de derrame que se establezca.
El fluido se caracteriza por:
El derrame del fluido, se
caracteriza por:
Densidad (ƿ).
Viscosidad (ѵ).
Velocidad (v).
Numero de Reynolds (re).
La tubería se caracteriza por:
Sección o diámetro
interior (d).
Rugosidad interior (k).
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
La densidad es la masa de fluido
contenida en la unidad de volumen.
En los líquidos depende de la
temperatura, siendo menor cuanta
más alta sea la misma, si bien estas
variaciones son pequeñas.
La
viscosidad
es
una
característica de los fluidos;
indica la resistencia que oponen
a desplazarse paralelamente a sí
mismos.
La rugosidad absoluta puede definirse como la variación media
del radio interno de la tubería.
La rugosidad relativa puede definirse como la relación entre la
rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería.
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
NOTA: “Un mismo valor de rugosidad absoluta
puede ser muy importante en tubos de diámetro
pequeño y ser insignificante en un tubo de gran
diámetro”.
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES
Material
ε (mm)
Material
ε (mm)
Plástico (PE, PVC)
0,0015
Fundición asfaltada
0,06-0,18
Poliéster reforzado con fibra de vidrio
0,01
Fundición
0,12-0,60
Tubos estirados de acero
0,0024
Acero comercial y
soldado
0,03-0,09
Tubos de latón o cobre
0,0015
Hierro forjado
0,03-0,09
Fundición revestida de cemento
0,0024
Hierro galvanizado
0,06-0,24
Fundición con revestimiento bituminoso
0,0024
Madera
0,18-0,90
Fundición centrifugada
0,003
Hormigón
0,3-3,0
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
La velocidad real del fluido varía
en todos los puntos de una
sección, siendo nula en las paredes
de la tubería y máxima en el eje
de la misma. Para calcular la
pérdida de carga se toma la
velocidad media en toda la
sección.
FLUJO LAMINAR: En el flujo laminar
las partículas fluidas se mueven según
trayectorias paralelas al eje de la tubería
y sin mezclarse, formando el conjunto
de las capas o láminas.
FLUJO TURBULENTO: en el flujo
turbulento las partículas fluidas se
mueve de forma desordenada en todas
las direcciones.
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
Permite caracterizar la naturaleza del
escurrimiento, es decir, si se trata de
un flujo laminar o de un flujo
turbulento; además, indica, la
importancia relativa de la tendencia
del flujo hacia un régimen turbulento
respecto a uno laminar y la posición
relativa de este estado de cosas a lo
largo de determinada longitud. Es una
cantidad adimensional
Rango de valores para definir el régimen
del flujo según el Número de Reynolds:
Nota: Reynolds encontró que la transición de flujo laminar a turbulento,
ocurre a una velocidad crítica para una determinada tubería y fluido.
Factores que influyen en las pérdidas de carga.
El coeficiente de fricción se puede definir como un factor
adimensional, el cual es función del número de Reynolds y de
la rugosidad relativa de la tubería, parámetro que da idea de
la magnitud de las asperezas de su superficie interior.
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
PERDIDAS LINEALES: La pérdida de carga que tiene
lugar en una conducción representa la pérdida de energía de
un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del
rozamiento.
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Darcy-Weisbach (1875).
Una de las fórmulas más exactas
para cálculos hidráulicos. Sin
embargo por su complejidad en el
cálculo del coeficiente "f" de fricción
ha caído en desuso. Aún así, se puede
utilizar para el cálculo de la pérdida
de carga en tuberías de fundición. La
fórmula original es:
Donde:
h: pérdida de carga o de energía (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
Q: caudal (m3/s)
ó
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Darcy-Weisbach (1875).
Una de las fórmulas más exactas
para cálculos hidráulicos. Sin
embargo por su complejidad en el
cálculo del coeficiente "f" de fricción
ha caído en desuso. Aún así, se puede
utilizar para el cálculo de la pérdida
de carga en tuberías de fundición. La
fórmula original es:
Donde:
h: pérdida de carga o de energía (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
Q: caudal (m3/s)
ó
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Manning (1890)
Las ecuaciones de Manning se suelen
utilizar en canales. Para el caso de las
tuberías son válidas cuando el canal
es circular y está parcial o
totalmente lleno, o cuando el
diámetro de la tubería es muy
grande. Uno de los inconvenientes
de la fórmula es que sólo tiene en
cuenta un coeficiente de rugosidad
(n) obtenido empíricamente, y no las
variaciones de viscosidad con la
temperatura. La expresión es la
siguiente:
Donde:
h: pérdida de carga o de energía (m)
n: coeficiente de rugosidad
(adimensional)
D: diámetro interno de la tubería (m)
Q: caudal (m3/s)
L: longitud de la tubería (m)
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Manning (1890)
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING DE MATERIALES
Material
N
Material
n
Plástico (PE, PVC)
0,006-0,010
Fundición
0,012-0,015
Poliester reforzado con fibra de vidrio
0,009
Hormigón
0,012-0,017
Acero
0,010-0,011
Hormigón revestido con gunita
0,016-0,022
Hierro galvanizado
0,015-0,017
Revestimiento bituminoso
0,013-0,016
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Scimeni (1925):
Se emplea para tuberías de
fibrocemento. La fórmula es la
siguiente:
Donde:
h: pérdida de carga o energía (m)
Q: caudal (m3/s)
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Scobey (1931):
Se emplea fundamentalmente en tuberías
de aluminio en flujos en la zona de
transición a régimen turbulento. En el
cálculo de tuberías en riegos por
aspersión hay que tener en cuenta que la
fórmula incluye también las pérdidas
accidentales o singulares que se
producen por acoples y derivaciones
propias de los ramales, es decir,
proporciona las pérdidas de carga totales.
Donde:
h: pérdida de carga o de energía (m)
K: coeficiente de rugosidad de
Scobey (adimensional)
Q: caudal (m3/s)
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Scobey (1931):
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE SCOBEY PARA ALGUNOS
MATERIALES
Material
K
Material
K
Acero galvanizado
con acoples
0,42
Acero nuevo
0,36
Aluminio
0,4
Fibrocemento y
plásticos
0,32
Veronesse-Datei:
Se emplea para tuberías de PVC y
para 4 * 104 < Re < 106:
Donde:
h: pérdida de carga o energía (m)
Q: caudal (m3/s)
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
PÉRDIDAS DE CARGA EN SINGULARIDADES:
Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen
otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de
las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas, etc.) y que se
deben a fenómenos de turbulencia.
PÉRDIDAS DE CARGA POR DESNIVEL: producidas
cuando se tiene una tubería en vertical.
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
Williams-Hazen.
NOMENCLATURA:
J= perdida por fricción en metros.
α= coeficiente en función del “D”
diámetro y el coeficiente “C” de
rugosidad de las tuberías que esta
en función de las clase y el material.
L= longitud de la tubería en metros.
Q= gasto probable en Litros/seg.
n= exponente que varia de 1.85 a
2.00
D= diámetro en mm.
C= coeficiente de Rugosidad.
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
Las pérdidas unitarias se encuentran
en la Tabla para el cálculo de tuberías
de distribución de agua para edificios,
piezas de tanque. (Arq. Luis López,
pág 60)
Ubicados en la pág.. 60 del libro
utilizando la fórmula de WilliamsHanzen y sustituyendo, tenemos que:
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
Donde:
• J= perdida por fricción.
•L= Longitud de la Tubería.
•Junit.= perdida unitaria.
20m
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
La pérdida de carga debida a una conexión , equivale a la producida por un
tubo del mismo diámetro que la conexión y de la longitud igual a la
indicada en las tablas ( pág. 19; Libro Agua; Arq. Luis López)
Donde:
•J= perdida por conexión.
•Le= longitud equivalente.
•Junit= perdida unitaria.
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
Cálculo de la pérdida de carga
en tuberías.
Ejemplo:
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
•Montantes: tuberías verticales que
distribuyen el agua a los pisos de una
edificación.
•La longitud vertical de
una tubería representa
una PÉRDIDA.
Longitud Vertical= 10m
Perdida en tubería (J)= 10m
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
La tabla está estructurada de la siguiente manera:
I.
Se describen
cada uno de
los ramales
existentes.
II.
Se
indica si
se trata
de agua
fría o
caliente
III.
Unidades de gasto,
Caudal,
diámetro,
velocidad y pérdida
unitaria del tramo en
cuestión.
Obtenidos con la distribución de aguas blancas en
edificios previamente realizada.
IV.
VII.
Descripción
de c/u por
tramo
V.
Longitud
equivalente de
c/accesorio en
línea recta.
Tema a
tratar.
VI.
Suma de las
longitudes por
tramo.
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Ejemplo:
La
siguiente
edificación se le
realizó
la
distribución
de
aguas blancas, y
con la cual se
busca ilustrar la
manera como se
va a proceder a
vaciar los datos en
la tabla.
H
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Una vez realizada la distribución, los siguientes son los datos obtenidos.
Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.
Procedimiento:
1. Se describen e identifican: la tubería y las conexiones con el respectivo
diámetro presentes en cada tramo, como se muestra a continuación.
Procedimiento:
1.Describir la tubería y las conexiones con el respectivo diámetro presentes en
cada tramo
Codo 2”
Tubería2”
Tubería2”
Tee 2”
Tee ¾”
Tee 2”
Tubería2”
Codo 2” tubería¾” Tee 2”
H
Codo ¾”
Reducción de
2” A 3/4”
Procedimiento:
Nota: Cada uno de los elementos se tabulan en orden. Para no extender la explicación
del ejemplo seleccionamos la ruta desde el Hidroneumático hasta el nodo A12.
Procedimiento:
Nota: Todos los tramos iniciarán o en una tubería o en una reducción.
Todos los tramos terminarán en un nodo o TEE o en la tubería de la pieza sanitaria o
en su defecto en el adaptador cuya pérdida es depreciable.
Procedimiento:
Nota: En estos casos no se trabajará con tee de reducción; de presentarse el caso que
hubiera que cambiar de diámetro en algún nodo, se colocará una tee normal del
mismo diámetro de tubería del tramo inicial y luego se colocará una reducción en el
sentido al cual va a reducirse el diámetro de tubería.
Tee 2”
Tubería de 2” Reducción 2” a ¾”
Tubería de ¾”
Procedimiento:
1I.Se tabulan las longitudes de tubería y las equivalencias en metros de las
conexiones y se suman las longitudes totales por tramo.
Procedimiento:
1II. Se calculan las pérdidas por tramos y se vacían en la tabla. (las pérdidas se
calculan multiplicando la longitud total del tramo por la pérdida unitaria.
Ejemplo:
Tramo Hid-A Jtramo= 3,31*0,02 = 0,0662
Procedimiento:
1V. Se determinan las pérdidas acumuladas y se tabulan.
Procedimiento:
NOTA: Cabe destacar que las pérdidas
acumuladas se suman desde el
hidroneumático hasta en tramo en
cuestión en el sentido del recorrido del
agua, SIN INCLUIR OTROS TRAMOS.
HID
B
C
D
Conclusiones de las pérdidas en tuberías.