UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
Facultad de Ingeniería Civil
FILIAL - LIMA
LABORATORIO DE MECANICA DE MATERIALES E
HIDRAULICA
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CONCEPTO
Los conceptos de línea de energía y
línea piezométrica, son útiles cuando se
estudian problemas de flujo de fluidos,
bien sea en conductos abiertos
(canales) o cerrados (tuberías); así por
ejemplo si se dibuja el perfil de una
tubería a escala, la línea piezométrica
no solo permite determinar la altura de
presión en cualquier punto sino que
muestra a simple vista la variación de
presión en toda la longitud de la
tubería.
Es la línea que une los puntos hasta los que el líquido podría ascender si
se insertan tubos piezométricos en distintos lugares a lo largo de la
tubería o canal abierto.
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TUBO PIEZOMETRICO
El tubo piezométrico o manómetro es,
como su nombre indica, un tubo en el
que, estando conectado por uno de los
lados a un recipiente en el cual se
encuentra un fluido.
TUBOS PIEZOMETRICOS
El nivel se eleva hasta una altura
equivalente a la presión del fluido en
el punto de conexión u orificio
piezométrico, es decir hasta el nivel
de carga del mismo. Dicha altura H,
es la suma de la altura de presión h, y
la altura de cota z. En un tubo
piezométrico la presión es la misma
que dentro del depósito que contiene
el fluido.
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A TENER EN CUENTA EN LA
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA LÍNEA
PIEZOMÉTRICA
• En el caso de pérdidas localizadas, como
las que se producen en válvulas, codos,
etc., la línea de alturas piezométricas
sufre un descenso puntual igual a la
pérdida de carga local.
• Si hay instalada una bomba (que
comunica energía al fluido), la Línea
Piezométrica aumentará en ese punto en
un valor igual a la altura de presión que
la bomba esté proporcionando en ese
instante.
TABLA.1. RUGOSIDAD ABSOLUTA DE LOS MATERIALES
Material Rugosidad absoluta
Polietileno 0,002
PVC 0,02
Aluminio 0,015 – 0,06
Acero galvanizado 0,07 – 0,15
Hormigón liso 0,3 – 0,8
Hormigón rugoso 3 – 9
Hormigón armado 2,5
Fibrocemento nuevo 0,05 – 0,10
Fibrocemento con años de
servicio
0,60
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Cómo se traza la línea de cargas piezométricas
Si se determina en cada punto de la tubería el término P/g y se traza una línea
vertical equivalente al valor de este término a partir del centro del tubo, la línea de
cargas piezométricas se encontrará a z+ + P/g de la línea de referencia. Conectando
unos tubos como piezómetros a lo largo del tubo, la línea de cargas piezométricas
estaría definida como el lugar geométrico de las alturas hasta las cuales ascendería
el fluido.
La línea de cargas totales es aquella que une todos los puntos que miden la energía
disponible en cada punto de la tubería y se encuentra a una distancia vertical
equivalente a la cabeza de velocidad (V2/2g) por encima de la línea de cargas
piezométricas (asumiendo igual a la unidad el factor de corrección de la energía
cinética).
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CÁLCULOS HIDRAÚLICOS
Pérdida de carga en tuberías
Pérdida de carga en tuberías
Pérdida de carga en tuberías
La expresión de Darcy-Weisbach para el cálculo de pérdidas, expresada en
función de caudal:
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Pérdida de carga en canales
Para la pérdida de carga en canales, se usa la expresión de Manning.
Pérdida de carga en orificios
Un orificio es una abertura sumergida en la pared de un tanque, depósito o
estructuras similares. La pérdida en esta singularidad puede calcularse así:
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Pérdida de carga en accidentes o singularidades
La pérdida de carga de una singularidad (e.g. accesorio, dispositivo de control)
puede calcularse con la siguiente expresión:
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Pérdidas totales
Es la sumatoria de las pérdidas de cargas que se hallen el diseño.
Con el valor de las pérdidas totales se deben verificar el diámetro teórico y la
distribución de longitudes:
Carga hidráulica disponible: H= COTA “X” – COTA “Y”
Pérdida de carga unitaria:
Despejando el diámetro de la ecuación de Hazen-Williams:
Luego se halla las longitudes por tramos si es necesario:
Con la nueva distribución de longitudes, se verifica que no exista cambio de
diámetro en los accesorios.
Práctica de Laboratorio
de Mecánica de Fluidos
e Hidráulica
Elaboración de una Línea piezométrica de forma gráfica MATERIALES UTILIZADOS: Tubos de Agua Caliente PVC de ½” 3 “T” de PVC de agua caliente 8 Codos de 45° de PVC
2 Válvulas Esféricas de ½” 3 tubos piezométricos (representados por manguera transparente) 2 Depósitos (baldes transparentes)
PROCEDIMIENTO: 1. Realizamos un esquema en borrador de como seria nuestro
diseño de una línea de conducción. 2. Hicimos una lista de los materiales a utilizar (tipo de tubería,
accesorios a utilizar) 3. A continuación se comenzó con el trabajo practico realizando lo
siguiente:
Se unieron los tubos de ½” con los codos de 45°.
Luego las “T” con pequeños tubos que después serán unidos con los codos de 45°. También se unieron las válvulas a los tubos de ½” Finalmente para completar el armado del trabajo práctico se colocó cada manguera (tubo piezométrico) en cada “T”, estos tubos piezométricos nos indicara el nivel del agua en el que se encuentra en cada tramo de la línea de conducción.
CONCLUSIONES ¢ En conclusión decimos que la línea piezométrica depende de las perdidas de carga que se efectué en dicho diseño de una línea de conducción. Esta línea cambiara según cambie el diámetro de tubería, velocidad del agua o del caudal que circula por la misma. ¢ Según nuestro trabajo práctico podemos concluir que nuestra línea piezométrica está por encima de la línea de conducción por tanto nuestra presión es positiva y no hay presión negativa la cual afecte la presión de diseño. ¢ Llegamos a observar en los tubos piezométricos que están insertados en la tubería que el nivel del agua decrece conforme su movimiento.