Diapositiva 1
UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO BOLIVARESCUELA DE CIENCIAS DE LA
TIERRADEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVILINSTALACIONES PARA
EDIFICIOSPRDIDAS DE CARGAS EN TUBERASBachiller (es):Lugo Daniela|
C.I 20.555.786Pumar Zural| C.I: 20.554.279Salazar Carmen| C.I:
20.554.631Profesor: Carlos PrezCIUDAD BOLIVAR, NOVIEMBRE DE
2012INTRODUCCIN AL TEMA.Sorprendentemente una teora comprensible
del flujo de fluidos en tuberas, no fue desarrollada hasta fines de
la dcada de los 30, y mtodos especficos para disear y evaluar
caudales, presiones y prdidas de carga, no apareci hasta 1958. El
flujo de agua en tuberas, tiene una inmensa significacin prctica en
la ingeniera civil.
PRDIDAS EN TUBERAS.Prdidas De Cargas Singulares o
Locales.Prdidas De Cargas Lineales.Hace referencia a la prdida de
energa que acompaa al flujo de un lquido en una tubera y suele
expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido
circulante (dimensiones de longitud).
Factores que influyen en las prdidas de carga.El derrame del
fluido, se caracteriza por:
Velocidad (v).Numero de Reynolds (re).
El fluido se caracteriza por:
Densidad ().Viscosidad ().
Las prdidas de carga dependen de las caractersticas del fluido,
de la tubera y del tipo de derrame que se establezca.La tubera se
caracteriza por:
Seccin o dimetro interior (d).Rugosidad interior (k).
Factores que influyen en las prdidas de carga.La viscosidad es
una caracterstica de los fluidos; indica la resistencia que oponen
a desplazarse paralelamente a s mismos. DENSIDADLa densidad es la
masa de fluido contenida en la unidad de volumen. En los lquidos
depende de la temperatura, siendo menor cuanta ms alta sea la
misma, si bien estas variaciones son pequeas. VISCOSIDADRUGOSIDAD
ABSOLUTA (K) Y RUGOSIDAD RELATIVA ( ).
La rugosidad absoluta puede definirse como la variacin media del
radio interno de la tubera. La rugosidad relativa puede definirse
como la relacin entre la rugosidad absoluta y el dimetro de la
tubera.Factores que influyen en las prdidas de carga.NOTA: Un mismo
valor de rugosidad absoluta puede ser muy importante en tubos de
dimetro pequeo y ser insignificante en un tubo de gran dimetro.
RUGOSIDAD ABSOLUTA (K) Y RUGOSIDAD RELATIVA ( ).
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALESMaterial (mm)Material
(mm)Plstico (PE, PVC)0,0015Fundicin asfaltada0,06-0,18Polister
reforzado con fibra de vidrio0,01Fundicin0,12-0,60Tubos estirados
de acero0,0024Acero comercial y soldado0,03-0,09Tubos de latn o
cobre0,0015Hierro forjado0,03-0,09Fundicin revestida de
cemento0,0024Hierro galvanizado0,06-0,24Fundicin con revestimiento
bituminoso0,0024Madera0,18-0,90Fundicin
centrifugada0,003Hormign0,3-3,0Factores que influyen en las prdidas
de carga.La velocidad real del fluido vara en todos los puntos de
una seccin, siendo nula en las paredes de la tubera y mxima en el
eje de la misma. Para calcular la prdida de carga se toma la
velocidad media en toda la seccin.VELOCIDAD DE DERRAME
TIPOS DE FLUIDOSFLUJO LAMINAR: En el flujo laminar las partculas
fluidas se mueven segn trayectorias paralelas al eje de la tubera y
sin mezclarse, formando el conjunto de las capas o lminas.FLUJO
TURBULENTO: en el flujo turbulento las partculas fluidas se mueve
de forma desordenada en todas las direcciones.
Factores que influyen en las prdidas de carga.Permite
caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata
de un flujo laminar o de un flujo turbulento; adems, indica, la
importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un rgimen
turbulento respecto a uno laminar y la posicin relativa de este
estado de cosas a lo largo de determinada longitud. Es una cantidad
adimensionalNMERO DE REYNOLDS
Rango de valores para definir el rgimen del flujo segn el Nmero
de Reynolds:Nota: Reynolds encontr que la transicin de flujo
laminar a turbulento, ocurre a una velocidad crtica para una
determinada tubera y fluido.
Factores que influyen en las prdidas de carga.El coeficiente de
friccin se puede definir como un factor adimensional, el cual es
funcin del nmero de Reynolds y de la rugosidad relativa de la
tubera, parmetro que da idea de la magnitud de las asperezas de su
superficie interior.COEFICIENTE DE FRICCINClculo de la prdida de
carga en tuberas.PERDIDAS LINEALES: La prdida de carga que tiene
lugar en una conduccin representa la prdida de energa de un flujo
hidrulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento.
Darcy-Weisbach (1875).Una de las frmulas ms exactas para clculos
hidrulicos. Sin embargo por su complejidad en el clculo del
coeficiente "f" de friccin ha cado en desuso. An as, se puede
utilizar para el clculo de la prdida de carga en tuberas de
fundicin. La frmula original es:
Principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida
de carga que tiene lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en
tuberas.
Donde: h: prdida de carga o de energa (m)f: coeficiente de
friccin (adimensional)L: longitud de la tubera (m)D: dimetro
interno de la tubera (m)v: velocidad media (m/s)g: aceleracin de la
gravedad (m/s2)Q: caudal (m3/s)
Darcy-Weisbach (1875).Una de las frmulas ms exactas para clculos
hidrulicos. Sin embargo por su complejidad en el clculo del
coeficiente "f" de friccin ha cado en desuso. An as, se puede
utilizar para el clculo de la prdida de carga en tuberas de
fundicin. La frmula original es:
Principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida
de carga que tiene lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en
tuberas.
Donde: h: prdida de carga o de energa (m)f: coeficiente de
friccin (adimensional)L: longitud de la tubera (m)D: dimetro
interno de la tubera (m)v: velocidad media (m/s)g: aceleracin de la
gravedad (m/s2)Q: caudal (m3/s)
Manning (1890)Las ecuaciones de Manning se suelen utilizar en
canales. Para el caso de las tuberas son vlidas cuando el canal es
circular y est parcial o totalmente lleno, o cuando el dimetro de
la tubera es muy grande. Uno de los inconvenientes de la frmula es
que slo tiene en cuenta un coeficiente de rugosidad (n) obtenido
empricamente, y no las variaciones de viscosidad con la
temperatura. La expresin es la siguiente:
Principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida
de carga que tiene lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en
tuberas.Donde: h: prdida de carga o de energa (m)n: coeficiente de
rugosidad (adimensional)D: dimetro interno de la tubera (m)Q:
caudal (m3/s)L: longitud de la tubera (m)
Manning (1890)Principales frmulas empricas empleadas en el
clculo de la prdida de carga que tiene lugar en tuberas.Clculo de
la prdida de carga en tuberas.COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
DE MATERIALESMaterialNMaterialnPlstico (PE,
PVC)0,006-0,010Fundicin0,012-0,015Poliester reforzado con fibra de
vidrio0,009Hormign0,012-0,017Acero0,010-0,011Hormign revestido con
gunita0,016-0,022Hierro galvanizado0,015-0,017Revestimiento
bituminoso0,013-0,016Scimeni (1925):Se emplea para tuberas de
fibrocemento. La frmula es la siguiente:Principales frmulas
empricas empleadas en el clculo de la prdida de carga que tiene
lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en tuberas.
Donde: h: prdida de carga o energa (m)Q: caudal (m3/s)D: dimetro
interno de la tubera (m)L: longitud de la tubera (m)Principales
frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida de carga que
tiene lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en
tuberas.Scobey (1931):Se emplea fundamentalmente en tuberas de
aluminio en flujos en la zona de transicin a rgimen turbulento. En
el clculo de tuberas en riegos por aspersin hay que tener en cuenta
que la frmula incluye tambin las prdidas accidentales o singulares
que se producen por acoples y derivaciones propias de los ramales,
es decir, proporciona las prdidas de carga totales. Donde: h:
prdida de carga o de energa (m)K: coeficiente de rugosidad de
Scobey (adimensional)Q: caudal (m3/s)D: dimetro interno de la
tubera (m)L: longitud de la tubera (m)
Principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida
de carga que tiene lugar en tuberas.Clculo de la prdida de carga en
tuberas.Scobey (1931):Donde: h: prdida de carga o energa (m)Q:
caudal (m3/s)D: dimetro interno de la tubera (m)L: longitud de la
tubera (m)COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE SCOBEY PARA ALGUNOS
MATERIALES Material K Material K Acero galvanizado con acoples 0,42
Acero nuevo 0,36Aluminio 0,4 Fibrocemento y plsticos
0,32Veronesse-Datei:Se emplea para tuberas de PVC y para 4 * 104
< Re < 106:
Clculo de la prdida de carga en tuberas.PRDIDAS DE CARGA EN
SINGULARIDADES: Adems de las prdidas de carga por rozamiento, se
producen otro tipo de prdidas que se originan en puntos singulares
de las tuberas (cambios de direccin, codos, juntas, etc.) y que se
deben a fenmenos de turbulencia.PRDIDAS DE CARGA POR DESNIVEL:
producidas cuando se tiene una tubera en vertical.
Williams-Hazen.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.
NOMENCLATURA:
J= perdida por friccin en metros.= coeficiente en funcin del D
dimetro y el coeficiente C de rugosidad de las tuberas que esta en
funcin de las clase y el material.L= longitud de la tubera en
metros.Q= gasto probable en Litros/seg.n= exponente que varia de
1.85 a 2.00D= dimetro en mm.C= coeficiente de Rugosidad.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.PRDIDAS UNITARIASLas
prdidas unitarias se encuentran en la Tabla para el clculo de
tuberas de distribucin de agua para edificios, piezas de tanque.
(Arq. Luis Lpez, pg 60)
Ubicados en la pg.. 60 del libro utilizando la frmula de
Williams-Hanzen y sustituyendo, tenemos que:
Clculo de la prdida de carga en tuberas.Procesamiento de datos,
para determinar las prdidas por friccin.
Donde: J= perdida por friccin.
L= Longitud de la Tubera.
Junit.= perdida unitaria.
20m
Clculo de la prdida de carga en tuberas.Procesamiento de datos,
para determinar las prdidas por conexiones.La prdida de carga
debida a una conexin , equivale a la producida por un tubo del
mismo dimetro que la conexin y de la longitud igual a la indicada
en las tablas ( pg. 19; Libro Agua; Arq. Luis Lpez)
Donde:
J= perdida por conexin.
Le= longitud equivalente.
Junit= perdida unitaria.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.LONGITUDES EQUIVALENTES
DE ALGUNAS CONEXIONES.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.LONGITUDES EQUIVALENTES
EN REDUCCIONES.
Ejemplo:
Clculo de la prdida de carga en tuberas.Procesamiento de datos,
para determinar las prdidas por desnivel.
Montantes: tuberas verticales que distribuyen el agua a los
pisos de una edificacin. La longitud vertical de una tubera
representa una PRDIDA.
Longitud Vertical= 10m
Perdida en tubera (J)= 10m
Clculo de la prdida de carga en tuberas.TABLA CLCULO DE LAS
PRDIDAS EN TUBERAS
Cmo est estructurada la tabla?
Clculo de la prdida de carga en tuberas.TABLA CLCULO DE LAS
PRDIDAS EN TUBERAS
La tabla est estructurada de la siguiente manera:Se describen
cada uno de los ramales existentes.Se indica si se trata de agua
fra o calienteI.II.III.IV.V.VI.VII.Unidades de gasto, Caudal,
dimetro, velocidad y prdida unitaria del tramo en cuestin.Obtenidos
con la distribucin de aguas blancas en edificios previamente
realizada.Descripcin de c/u por tramoLongitud equivalente de
c/accesorio en lnea recta.Suma de las longitudes por tramo.Tema a
tratar.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.TABLA CLCULO DE LAS
PRDIDAS EN TUBERAS
Ejemplo:
HLa siguiente edificacin se le realiz la distribucin de aguas
blancas, y con la cual se busca ilustrar la manera como se va a
proceder a vaciar los datos en la tabla.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.TABLA CLCULO DE LAS
PRDIDAS EN TUBERAS
Una vez realizada la distribucin, los siguientes son los datos
obtenidos.
Clculo de la prdida de carga en tuberas.TABLA CLCULO DE LAS
PRDIDAS EN TUBERAS
Procedimiento:1. Se describen e identifican: la tubera y las
conexiones con el respectivo dimetro presentes en cada tramo, como
se muestra a continuacin.Procedimiento:1.Describir la tubera y las
conexiones con el respectivo dimetro presentes en cada tramo
Tubera2Tubera2Reduccin de 2 A 3/4Tubera2tuberaTee 2Codo 2Tee
2Tee 2HCodo 2Codo Tee Procedimiento:Nota: Cada uno de los elementos
se tabulan en orden. Para no extender la explicacin del ejemplo
seleccionamos la ruta desde el Hidroneumtico hasta el nodo A12.
Procedimiento:Nota: Todos los tramos iniciarn o en una tubera o
en una reduccin.Todos los tramos terminarn en un nodo o TEE o en la
tubera de la pieza sanitaria o en su defecto en el adaptador cuya
prdida es depreciable.
Procedimiento:Nota: En estos casos no se trabajar con tee de
reduccin; de presentarse el caso que hubiera que cambiar de dimetro
en algn nodo, se colocar una tee normal del mismo dimetro de tubera
del tramo inicial y luego se colocar una reduccin en el sentido al
cual va a reducirse el dimetro de tubera.
Tubera de 2Tee 2Reduccin 2 a Tubera de
Procedimiento:1I.Se tabulan las longitudes de tubera y las
equivalencias en metros de las conexiones y se suman las longitudes
totales por tramo.
Procedimiento:1II. Se calculan las prdidas por tramos y se vacan
en la tabla. (las prdidas se calculan multiplicando la longitud
total del tramo por la prdida unitaria.
Ejemplo:Tramo Hid-A Jtramo= 3,31*0,02 = 0,0662xProcedimiento:1V.
Se determinan las prdidas acumuladas y se tabulan.
Procedimiento:NOTA: Cabe destacar que las prdidas acumuladas se
suman desde el hidroneumtico hasta en tramo en cuestin en el
sentido del recorrido del agua, SIN INCLUIR OTROS TRAMOS.HIDBCD
Conclusiones de las prdidas en tuberas.Existen diversas frmulas
para el clculo de las prdidas en tuberas, se debe recordar que cada
una de ellas se aplica segn un caso especfico.Las tablas que se
usan en este caso para determinar las prdidas utilizan la frmula de
Hazen-Williams.Se debe tener minucioso cuidado al indicar cada uno
de los elementos presentes en cada tramo, bien sean tuberas o
accesorios.El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de
una prdida de energa, que suele expresarse en trminos de energa por
unidad de peso de fluido circulante (dimensiones de longitud),
denominada habitualmente prdida de carga. En el caso de tuberas
horizontales, la prdida de carga se manifiesta como una disminucin
de presin en el sentido del flujo. La prdida de carga est
relacionada con otras variables fluidodinmicas segn sea el tipo de
flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales
(a lo largo de los conductos), tambin se producen prdidas de cargas
singulares o locales en puntos concretos como codos,
ramificaciones, vlvulas, etc.Los ejemplos aqu mostrados son a
manera de gua para poder realizar el vaciado de la tabla de clculo
de las prdidas en tuberas de una determinada edificacin.
