Hidráulica• Temario:

– Hidráulica

Hidrostática

Hidrodinámica

– Flujo laminar intermedio turbulento

– Energía

• Bernoulli

• Torricelli

• Ec. Gral del gasto

– Tuberías

• Perdidas de Carga

– Perdidas de cargas.

– Bombas: tipos y criterios de selección

• Aforo

Hidráulica

•Estudia el comportamiento de fluidos

•Reposo (hidrostática)

•Movimiento (hidrodinámica) en tubos o conductos abiertos.

Sirve para:

•Diseñar sistemas de riego presurizado (aspersión y goteo)

•Hidrometría

•Selección de equipos de bombeo

Hidrostática

Presión manométrica (o efectiva): es la que actúa normalmente a la

superficie de contorno en el interior de una masa liquida.

•Se mide con manómetros y no incluye la presión atmosférica.

•Utilizada en sistemas presurizados y salida de bombas.

•Unidades y equivalencias

acmcm

Kgatm ..33,1011

2

HidrodinámicaEstudia las relaciones entre

las dimensiones de un conducto

el caudal de agua que circula

la velocidad de su flujo y

la dinámica de la energía en esos sistemas

)(

)()(

33

stiempo

mVolumen

s

mQ

so

s

mo

h

mgastoadesccaudal

1arg

33

Fórmulas básicas

stiempo

mLongitud

s

mVelocidad

stiempo

mLongitudmSeccion

s

mQ

)(*)( 23

stiempo

mLongitud

s

mVelocidad

stiempo

mLongitudmSeccion

s

mQ

)(*)( 23

𝑉 𝑚3 = 𝑆 𝑚2 𝐿 𝑚 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑆 =𝜋 𝐷2

4

Clasificación del flujo de fluidos

según su viscosidad*

Laminar

Turbulento

Flujo Laminar

• El avance de agua se produce en forma

de delgadas laminas.

• En tubos es concéntrico, en función de la

viscosidad, con velocidades crecientes

desde las paredes hasta el centro.

Energía

Energía total = E potencial + E cinética + E presión

•Dividiendo por peso (p), obtenemos la energía por unidad de peso de agua, conocida como CARGA= H (m.c.a.)

Pe

P

g

vh

p

EtHtotal

2

2

)(

)(*)(

)(2

)(*)()(*)()(

3

2

2

222

kmPe

kmPkp

msg

smvkpmhkpkmEt

Piezometro y tubo de Pitot

Teorema de Bernoulli

• La Energia total (Et) de un liquido ideal (sin fricción) en un punto,

es = a la Et en otro punto, variando los componentes de Et

• Para conductos cerrados

• Para abiertos

g

v

Pe

PZ

g

v

Pe

PZ n

n

nn

22

22

111

g

vz

g

vz n

n22

22

11

Energía: Situación real

• La energía no es constante....

– En el flujo las partículas del agua se friccionan entre si y las

paredes del conducto.

– La energía se disipa como calor

– La Et del liquido disminuye en el sentido de flujo.

Teorema de Torricelli

g

v

Pe

PzHt

2

2

1111

Como no hay

velocidad ni altura

Pe

PHt 1

1

g

v

Pe

PzHt

2

2

2222

Como no hay presión

ni altura

g

vHt

2

2

22

21 HtHt

g

v

Pe

P

2

2

Pe

gPv

2

v = hg *2

Q = S * v

Q = S * hg *2

Ecuación general del gasto de

orificios

Q = c * S * hg *2

Q (m3/s) : caudal

c: coeficiente de gasto

S : sección

h : carga

Pérdidas de carga

• Perdidas longitudinales hf: en tuberías

rectas

• Pérdidas locales hl: cuando el líquido

cambia de dirección o velocidad por

alguna particularidad

Pérdidas de carga hf (tuberias)

• Fórmula de Darcy Weisbach

• f o factor de rugosidad varía según flujo:

– Laminar = 64 / RE

– turbulento liso = 0,0032 + 0,21* RE-0.237

– turbulento intermedio: f del RE y Rug Rel

– turbulento rugoso: f de Rug Rel

)/(*2*)(

)(*)(.)..(

2

22

smgmdiámetro

smVelocidadmLongitud

facmHf

Ejemplo y video

Rugosidad relativa = se obtiene al dividir la rugosidad de una

tubería por su diámetro interior en mm.

Material: Valor máximo Valor mínimo

Plásticos: 0,03 0,003

Tuberías por extrusión: 0,015

Hierro revestido con asfalto: 0,0024

Acero comercial 0,03 0,09

Hierro galvanizado: 0,2 0,06

Hierro colocado: 0,25

Acero Forjado: 0,,3 0,09

Hierro fundido 0,1 0,6

Aluminio: 0,1 0,3

Tuberías de Hormigón: 3,0 0,3

Acero remachado: 9,0 0,9

)(

)(

mmd

mmEelativaRugosidadr

Fórmulas empíricas para el cálculo de hf

ASAE

Régimen turbulento liso (RE entre105 y 107)

Hazen – WillamsRégimen turbulento intermedio (localizado)

828,1

828,4

3

)(

*)(*00098,0

.)..(md

s

mQmL

acmHf

852,1

871,4852,1

3

)(*

*)(*376,10

.)..(mmdc

h

mQmL

acmHf

Material de la Tubería Coeficiente c

PVC 150

Polietileno 140

Aluminio 140

Aluminio con Acoples 130

Acero Nuevo 110

Hormigón 95

Acero de 5 años 80

Pérdidas de carga locales:

Factor K

La fórmula deriva de la de Darcy-Weisbach

Se sustituyen f * L/d por K, característico de cada accesorio (determinación experimental)

2

2**

g

v

d

LfHf

2

2*

g

vKHl

TIPO 3‘’ 4‘’ 5‘’ 6‘’ 8‘’ 10‘’

Globo, rosca

Globo, brida

Compuerta,

Rosca

Compuerta,

Brida

Angulo, rosca

Angulo, brida

De retención

6,0

7,0

0,14

0,21

1,3

2,2

2,1

2,0

0,8

5,7

6,3

0,12

0,16

1,0

2,1

2,0

2,0

0,8

6,0

0,13

2,0

2,0

0,8

5,8

0,11

2,0

2,0

0,8

5,6

0,075

2,0

2,0

0,8

5,5

0,06

2,0

2,0

0,8

Pulgadas 3/8" 1/2" 3/4" 1"1

1/4"

1

1/2"2"

2

1/2"3" 4" 5" 6"

Milímetros 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150

Manguito de

unión0 0 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,09 0,12 0,15 0,2 0,25

Cono de

reducción0,2 0,3 0,5 0,65 0,85 1 1,3 2 2,3 3 4 5

Codo o curva

de 45º0,2 0,34 0,43 0,47 0,56 0,7 0,83 1 1,18 1,25 1,45 1,63

Curva de 90º 0,18 0,33 0,45 0,6 0,84 0,96 1,27 1,48 1,54 1,97 2,61 3,43

Codo de 90º 0,38 0,5 0,63 0,76 1,01 1,32 1,71 1,94 2,01 2,21 2,94 3,99

"Te" de 45º 1,02 0,84 0,9 0,96 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 3,3

"Te" arqueada

o de curvas

("pantalones")

1,5 1,68 1,8 1,92 2,4 3 3,6 4,2 4,8 5,4 6 6,6

"Te"

confluencia de

ramal (paso

recto)

0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,2

"Te"

derivación en

ramal

1,8 2,5 3 3,6 4,1 4,6 5 5,5 6,2 6,9 7,7 8,9

Válvula

retención de

batiente

0,2 0,3 0,55 0,75 1,15 1,5 1,9 2,65 3,4 4,85 6,6 8,3

Diámetros de las tuberías

Pérdidas de carga locales

longitud equivalente

Velocidad económica

V aspiración = 1,5 m/s (máximo 2 m/s)

V elevación = 2,5 m/s (máximo 3 m/s)

d.asp: Diám de la tubería de aspiración (m)

d.elev: Diám de la tubería de elevación (m)

Q Caudal (m3/s)

v: velocidad económica (m/s)

aspv

Qaspd

.*

4.

elevv

Qelevd

.*

4.

vd

vSQ *4

**

2

• Diámetro exterior (D)

• Diámetro interior (d)

• Espesor de pared (e)

• Sección (S)

• Rugosidad (E): f del

material

• Longitud (L)

• Clase (K): Presión de

trabajo en atm

Tuberías: Características

Acero galvanizado

PVC

PVC

Polietileno alta densidad

Polietileno baja densidad

Información necesaria para

seleccionar una bomba• El caudal

• Altura total (HMTD) o Presión en boca de

pozo

• Fuente de agua

• Información fabricantes de bombas

Captación-bombeo en función de la

procedencia del agua de riego

• Embalses o canales:

– bomba centrífuga de eje horizontal

• Pozos poco profundos (5 a 7 m):

– bomba centrífuga de eje horizontal

– bomba de eje vertical

• Pozos profundos (mas de 7 m):

– bomba sumergible de eje vertical

Curva de rendimiento de una bomba

BOMBA CENTRÍFUGA EJE HORIZONTAL

Causas más comunes de mal

funcionamiento de las bombas?

• Presencia de arena

• Bomba incorrectamente elegida

• Cambios en el sistema de riego

• Niveles de aguas subterráneas variables

• Impulsor obstruido

• Condiciones de succión pobre

• Suministro eléctrico

MOTOBOMBA HORIZONTAL

BOMBA HORIZONTAL

Bombas eje horizontalModelo Aspiración Motor H.P. Q: m3/h, M: altura de elevación metros, velocidad:

2850 R.P.M.

3A9-085 1 ¼” 0.5 Q

H

3

9

5

8

7

6

9

5

3A9-105 1 ¼” 1 Q

H

5

12

7

11

10

10

12

8

5A1-114 2” 2 Q

H

10

16

15

14

20

10

25

7

27

4

6A1-122 2 ½” 4 Q

H

10

20

20

18

30

14

40

10

6A1-138 2 ½” 5.5 Q

H

10

23

20

20

30

17

40

11

8A1-140 3” 5.5 Q

H

20

20

30

17

40

14

50

10

55

7

8A1-158 3” 7.5 Q

H

20

27

40

22

50

17

60

11

65

5

10A1-158 4” 10 Q

H

25

24

50

19

75

14

100

7

10A1-178 4” 15 Q

H

25

30

50

25

75

19

100

12

125

4

Bomba sumergible

Electrobomba

sumergible

Bomba sumergible

Perforación

mínima

Caudal

m3/h

Altura

m/man.

Motor

C.V.

Tipo bomba

6”=152 mm 6 – 12 150 5 – 10 SU 140

6”=152 mm 15 – 45 140 5 – 17.5 SU 147

6”=152 mm 25 – 50 90 5 – 17.5 SU 172

8”=202 mm 40 – 100 120 15 – 36 SU 185

8”=202 mm 70 – 140 70 15 – 36 SU 195

10”=254 mm 100 – 250 100 20 – 70 SU 240

EXPLORACIÓN DEL AGUA

SUBTERRÁNEA

• Relevamiento de perforaciones existentes

en el lugar

• Mapas hidrogeológicos

• Perforaciones exploratorias

• Prospección geofísica

Cálculo de la potencia requerida

270

.)..(*)/()(.

3 acmHMTDhmCaudalcvHidraulicaPotencia

CÁLCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA POR UN

SISTEMA DE BOMBEO

Calcular la potencia necesaria para una bomba

sumergible para regar:

• Superficie: 4 Ha.

• Etc: 5 mm / día.

• Tiempo operativo: 12 hs.

• Presión operativa: 2 kg cm-2

• Altura dinámica de elevación: 40 m

• Perdidas de carga: 20 % de la altura geométrica

• Eficiencia de la bomba: 80 %

Resolución:

beohorasdebom

haSupdmmhmaCaudalbomb

10*)(*)/(aLaminabrut)( 13

66,1612

10*4*5)(

113

hammd

hmaCaudalbomb

• Cálculo de la HMTD (mca)

– HMTD (mca) = Altura elev. + Pérdidas totales + Pr.

Oper.

– HMTD (mca) = 40 m + 8 m + 20,66 m = 68,66 m

Resolución:

• En boca de pozo

– Q:16,66 m3h-1

– HMTD: 68,66 mca

¿Qué es aforar?

• Medir el caudal erogado por la bomba a

diferentes presiones de manera de

obtener la curva de rendimiento

• Procedimiento.

• Herramientas:

– totalizador de volumen que puede ser un

tanque de capacidad conocida o caudalímetro

– manómetro.

• Ejemplo sencillo del procedimiento de aforo de

un conjunto pozo-bomba:

• 1. Poner en funcionamiento la bomba.

• 2. Instalar aforador.

• 3. Medir el volumen y registrar caudal a presión cero

• 4. Cerrar la válvula hasta 1 bar, volver a medir.

• 5. Cerrar más la válvula hasta 2 bar volver a medir.

• 6. Repetir el paso anterior variando la apertura de la

válvula