CALCULO DE LA RUGOSIDAD POR DARCY

1. OBJETIVO Conocer la importancia de la ecuación de Darcy, para el cálculo en tuberías. Poder aplicar la ecuación de Darcy, para hallar la rugosidad en la tubería del video,

mostrado en clase.2. TEORÍA

En dinámica de fluidos, la ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación empírica, que permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería llena. La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darc y refinada en 1845 por Julius Weisbach, de Sajonia.Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. La ventaja de esta fórmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidráulico (laminar, transicional y turbulento), debiendo el coeficiente de fricción tomar los valores adecuados, según corresponda.

FORMULA GENERAL La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:

h f=f .LD.V 2

2gh f=perdidade cargadebidaa la friccion (m )f=factor de friccion de Darcy (adimensional )L=longitud de latuberia (m )f=factor de friccion de Darcy (adimensional )D=Diametro de latuberia(m)

V=Velocidad mediadel fluido(ms)

g=aceleraciónde la gravedad ≈9,80665m /s2

Ecuaciones empíricas, principalmente la ecuación de Hazen-Williams, son ecuaciones que, en la mayoría de los casos, eran significativamente más fáciles de calcular. No obstante, desde la llegada de las calculadoras la facilidad de cálculo no es mayor problema, por lo que la ecuación de Darcy-Weisbach es la preferida.Previo al desarrollo de la computación otras aproximaciones como la ecuación empírica de Prony eran preferibles debido a la naturaleza implícita del factor de rozamiento.

FÓRMULA EN FUNCIÓN DEL CAUDAL La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser escrita, en función del caudal Q, como:

h f=f .8g.Lπ 2.Q 2

D5

La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser re-escrita en el formato estándar de pérdida de carga como:

h f=( f . 8

g . π2 .D5 ) . L.Q2

h f=0,0826 . f (Q2

D5)+ L

En 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)FACTOR DE FRICCIÓNEl factor de fricción f es adimensional y varía de acuerdo a los parámetros de la tubería (rugosidad y diámetro) y del tipo de flujo (número de Reynolds).

Para flujos laminares

Como consecuencia de la Ley de Poiseuille, f se relaciona con el número de Reynolds (ℜ) como:

f=64ℜ

ℜ=D .V .( ρμ)

Para flujo en transición y turbulento

Para un número de Reynolds  2300<ℜ<4000, se considera que el fluido presenta régimen de flujo transicional. En la zona de transición, los valores de f son inciertos, ya que el flujo se comporta de manera dual, laminar y turbulentamente, mostrando gran inestabilidad.Para ℜ>4000, en el régimen de flujo turbulento, muchos investigadores se han esforzado en calcular f tanto a partir de resultados de experimentos propios como de resultados obtenidos por otros investigadores.La ecuación más usada para calcular el factor de fricción en este tipo de régimen de flujo es Ecuación de Colebrook-White.

En la siguiente tabla se muestra algunos valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

3. MATERIALES UTILIZADOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL VIDEO

Manguera Tubos Manometros Reloj o cronometro Balde de 3¿) gal. Batea Regla Un sistema de propulsión para el

Agua.

4. PROCEDIMIENTO Con la ayuda de las herramientas de google, pudimos traducir el video. De ahí sacamos datos como:Diametro = 0.02 1336Longitud = 1.22 Velocidad = 37.08

5. CÁLCULOS Los cálculos serán sacados con las siguientes formulas:

6. RESULTADOS Aplicaremos la fórmula para sacar la rugosidad

7. CONCLUSIONES Para sacar la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería, se podrá sacar por varios métodos, dependerá de la facilidad que se tenga en la utilización de estas fórmulas.

8. RECOMENDACIONES Se recomienda sacar la viscosidad dependiendo de la temperatura donde se efectua la práctica de laboratorio, para poder sacar los cálculos.

CALCULO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN 1. OBJETIVOS

Conocer los conceptos básicos de las redes de distribución Conocer como está conformado las redes de distribución. Aprender la utilización del programa Epanet, para el cálculo de redes de

distribución. 2. TEORIA

Los sistemas de redes de distribución, son unos conjuntos de tuberías que trabajan a presión, con el propósito de llevar agua a las viviendas de los habitantes de una ciudad, pueblo o área rural.

COMPONENTES DE UNA RED Tuberías: Se le llama así al conjunto formado por los tubos (conductos de

sección circular) y su sistema de unión o ensamble. En las redes de distribución se unen en diversos puntos denominados nudos o uniones.

Piezas especiales: Son todos aquellos accesorios que se emplean para llevar a cabo ramificaciones, intersecciones, cambios de dirección, modificaciones de diámetro, uniones de tuberías de diferente material o diámetro, y terminales de los conductos, entre otros.

Válvulas: Son accesorios que se utilizan para disminuir o evitar el flujo en las tuberías. Pueden ser clasificadas de acuerdo a su función en dos categorías: Aislamiento o seccionamiento, las cuales son utilizadas para separar o cortar el flujo del resto del sistema de abastecimiento en ciertos tramos de tuberías, bombas y dispositivos de control con el fin de revisarlos o repararlos; y control, usadas para regular el gasto o la presión, facilitar la entrada de aire o la salida de sedimentos o aire atrapados en el sistema.

Hidrantes: Se le llama de esta manera a una toma o conexión especial instalada en ciertos puntos de la red con el propósito de abastecer de agua a varias familias (hidrante público) o conectar una manguera o una bomba destinados a proveer agua para combatir el fuego (hidrante contra incendio).

Tanques de distribución: Un tanque de distribución es un depósito situado generalmente entre la captación y la red de distribución que tiene por objeto almacenar el agua proveniente de la fuente. El almacenamiento permite regular la distribución o simplemente prever fallas en el suministro, aunque algunos tanques suelen realizar ambas funciones.

Tomas domiciliarias: Una toma domiciliaria es el conjunto de piezas y tubos que permite el abastecimiento desde una tubería de la red de distribución hasta el predio del usuario, así como la instalación de un medidor. Es la parte de la red que demuestra la eficiencia y calidad del sistema de distribución pues es la que abastece de agua directamente al consumidor.

Rebombeos: Consisten en instalaciones de bombeo que se ubican generalmente en puntos intermedios de una línea de conducción y excepcionalmente dentro de la red de distribución. Tienen el objetivo de elevar la carga hidráulica en el punto de su ubicación para mantener la circulación del agua en las tuberías.

Cajas rompedoras de presión: Son depósitos con superficie libre del agua y volumen relativamente pequeño, cuya función es permitir que el flujo de la tubería se descargue en ésta, eliminando de esta forma la presión hidrostática y estableciendo un nuevo nivel estático aguas abajo.

PRESIONES DISPONIBLES

La presión o carga hidráulica que actúa en un punto de una tubería se define por la diferencia entre la cota piezométrica en este punto y la cota del centro de la tubería.

En redes de distribución es común manejar las presiones con relación al nivel de la calle en vez de referirlas al centro del tubo. En este caso se les llama presiones disponibles o libres y se calculan para los cruceros de las tuberías.

PRESIONES ADMISIBLES

El régimen de presiones en una red depende de dos factores: la necesidad del servicio y las condiciones topográficas de la localidad.

Las necesidades del servicio obligan por una parte a seleccionar una presión mínima capaz de atender dos clases de requerimientos: los de las edificaciones y la demanda contra incendio.

Por otro lado, presiones muy altas en la red requerirán de tuberías y accesorios más resistentes (más costosos) e incrementaran las fugas (en caso de existir). Por lo tanto, en ningún punto de la red la presión debe exceder una presión máxima permisible.

La presión mínima debe verificarse en la red de distribución de tal manera que en todos los puntos se tenga una presión por lo menos igual a ésta en la hora de máxima demanda y, se garantice un suministro mínimo. En cambio, la máxima se presentara cuando exista poca demanda y la red continúe funcionando a presión.

El establecimiento de estas condiciones en una localidad se combina con su topografía.

Como resultado de esto, en los puntos más elevados, la presión disponible en las horas de máximo consumo no debe ser inferior a la presión mínima requerida; en cambio, en los más bajos, esta presión no debe ser superior a la presión máxima especificada

ZONAS DE PRESION

Las zonas de presión son divisiones realizadas en la red de distribución debido a la topografía, el tamaño o las políticas de operación de la localidad.

TIPO DE PROYECTOS DE REDES

La mayor parte de las obras que se hacen en las redes de distribución en las ciudades son para mejorar o para ampliar las redes que ya existen, solamente una pequeña proporción son para dar servicio a zonas nuevas o aisladas. Por tanto, se requieren dos tipos de proyectos denominados de rehabilitación y nuevos.

Los proyectos de rehabilitación se hacen cuando se debe modificar una parte de la red para mejorar su funcionamiento hidráulico, o bien, cuando cambios en el uso del suelo o ampliaciones a la zona de servicio obligan a incrementar la capacidad de la red de distribución.

Los proyectos nuevos se requieren cuando se debe dar servicio por primera vez a una zona, o cuando es necesario hacer una ampliación a una red existente que por su magnitud en proyecto ya no puede catalogarse como una rehabilitación.

3. MATERIALES UTILIZADOS Programa Epanet

4. PROCEDIMIENTO Para desarrollar esta práctica, nos proporcionaron un problema de distribución de redes para poder desarrollarlo con el programa Epanet; el problema es el siguiente:“Calcule los caudales en las tuberías y las alturas piezometricas en los nodos para la red de distribución de agua potable que se muestra en la figura. Todas las tuberías son de acero k 1=(0.046mm ) . Las longitudes, los diámetros y los coeficientes globales de perdidas menores para cada una de las tuberías son los que se indican en dicha figura. Las cotas de los nodos se muestran debajo del número de identificación de cada uno de ellos. Utilice el método de Hardy-Cross con corrección de caudales.”

5. CÁLCULOS Con los datos solicitados por el Programa Epanet, ingresamos la información indicada en el problema. Procesamos la información con el programa Epanet.Para que el programa realice los cálculos, dibujaremos el sistema y añadiremos los datos que el problema y el grafico nos proporcionan.

}

6. RESULTADOS Una vez dibujado y añadido los datos, pasaremos a calcular con el programa de Epanet. Y los resultados son los siguientes

7. CONCLUSIONES El análisis de las redes de distribución, son importantes porque permiten

aprovechar las condiciones topográficas, para una mejor distribución de agua.

El diseño de redes de distribución tiene como objetivo fundamental brindar un servicio eficiente y continúo a los usuarios, durante la vida útil del sistema, por tal se debe tomar las medidas de precauciones posibles para su debida construcción.

La utilización del programa Epanet, es una herramienta muy útil para el desarrollo de las redes de distribución, ya que te permite obtener los datos más precisos.

8. RECOMENDACIONES Para diseñar una red de distribución, se deberá tener en cuenta la

información topográfica, el consumo mínimo diario, capacidad de conducción, etc.

Cuando se utiliza el programa, el cálculo dependerá de la exactitud de los detalles introducidos.

EL GOLPE DE ARIETE EN SISTEMAS POR GRAVEDAD1. TEORÍA Y CAUSAS DEL GOLPE DE ARIETE

Se denomina golpe de ariete a la oleada de presión que se produce cuando el flujo de agua a través de una manguera o de una tubería se detiene de repente. Suena como un golpe metálico agudo, claramente diferenciado y muy parecido al sonido que se produce al golpear una tubería de metal con un martillo. Esta para repentina provoca un cambio en la dirección.

Las acciones típicas que causa el golpe de ariete de acuerdo a las sugerencias que hace son:

* Cerrar rápido una válvula* Abrir rápido una válvula* Arrancar una bomba con la línea de descarga vacía* La alta velocidad de un líquido (como al arranque de una bomba) y que súbitamente cambie de dirección (como al pasar a través de un codo de 90º)* El movimiento del aire retenido en un sistema

2. EFECTOS DEL GOLPE DE ARIETE Cuando ocurre el golpe de ariete, la presión podría cambiar momentáneamente de manera abrupta por mas de 10MPa dentro de la tubería.Este impacto puede dañar seriamente la tubería, equipo o cubierta de la maquinaria, resultando en daños no solo para las juntas en las uniones, pero también en las bridas de válvulas o las válvulas mismas.

Tan pronto como algo como esto, como una válvula, se daña, grandes cantidades de condensado caliente o de vapor comienzan a fugarse, lo que podría llevar a un serio accidente. Incluso ha habido reportes de muertes que se producen debido al golpe de ariete.

3. PREVENCION DEL GOLPE DE ARIETE Mantener la velocidad del fluido por debajo de 1.5 mt/seg. (5pies/seg.) Utilizar válvulas con actuador con velocidades controladas de apertura y

cierre. Instruir a los operadores de válvulas manuales en la apropiada velocidad

de apertura y cierre. Al arrancar una bomba, cerrar parcialmente la válvula en la línea de

descargas para minimizar la aceleración del volumen del líquido a través del sistema. Abrir completamente la válvula, después de que la línea se llene completamente.

Utilice una válvula de retención) en la línea de la tubería, cerca de la bomba, para mantenerla llena.

Utilice válvulas eliminadoras de aire para controlar la cantidad de aire que se admita o se elimine a través del sistema de tuberías.

Diseñe el sistema de modo que la presión total (de operación más Golpe de Ariete) no exceda el rango de presión del componente clasificado como el más bajo del sistema

Es muy importante y determinante al manejo correcto de las válvulas como de bola, compuertas, globo y válvulas automatizadas en el sistema de cerrado y abierto de líneas

4. CONCLUSIONES El golpe de ariete es un desafío continuo, en los sistemas de agua, porque está asociado con sistemas que no pueden ser definidos exactamente debido al tamaño y largo del sistema de distribución de agua con un perfil ondulante o por la falta de definición de los componentes del sistema tales como las válvulas o las bombas. Existe una necesidad de un acercamiento más práctico mientras que los estudios continuos proporcionando mejores descripciones de la física del golpe de ariete y

mientras que las soluciones computacionales proporcionen herramientas más útiles que incluyan eso principios

5. RECOMENDACIONES El conocimiento de las prevenciones es muy importante para evitar estos accidentes, por eso se recomendaría instalar válvulas anti retorno en la zona de contadores de cada vivienda o bloques de piso, para que cuando se cierre repentinamente un grifo de agua no se vuelva hacia abajo los molestos ruidos y evitar la brusca disipación de la presiones en el tubo.