Unidad-1-actividad-1-esquitin.docx

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS Departamento: Ingeniería Mecánica Materia: Sistemas e Instalaciones Hidráulicas Docente: Mario Alberto Fumagal Esquitin Nombre Alumno: Unidad:

Orozco Cruz Moises David Grado y Grupo:

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6A

Actividad :

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Fecha :

15/03/19

Unidad 2. Sistemas de tuberías. Subtema 2.1. Tuberías en: serie, paralelo, ramificadas. Tuberías en serie: Si un sistema de tubería se dispone de tal forma que el fluido corra en una línea continua, sin ramificaciones se le llama sistema en serie.

Se habla de tuberías en serie cuando se quiere llevar el fluido de un punto a otro punto por un solo camino. En este caso se cumplen las siguientes leyes: El caudal que circula por los tramos 1, 2, 3… de diámetros D 1 , D 2 , D 3 … es el mismo para cada uno de los tramos de tubería. Q = Q1 = Q2 =…= Qi La pérdida total es igual a la suma de las pérdidas parciales, Se cumple la ecuación de continuidad: V 1 D1 =V 2 D2 =V 3 D 3 ….. 2

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r=¿ H r 1 , H r 2 , H r 3 H¿

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15/03/19

Sistema de Tuberías en Paralelo: Varias tuberías están conectadas en paralelo si el flujo original se ramifica en dos o más tuberías que vuelven a unirse aguas abajo.

Se habla de tuberías paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar el fluido de un punto a otro... En efecto: El caudal total Q se reparte entre todas las tuberías. La Presión PA y al final PB de cada rama es la misma para todas las ramas, luego la caída de altura de presión (diferencia de lecturas en los tubos piezométricos de la figura), Hr será también igual en todas las ramas.

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Sistema de tubería ramificada: Se habla de tuberías ramificadas cuando el fluido se lleva de un punto a varios puntos diferentes. Los sistemas de tuberías ramificadas están constituidos por una o más tuberías que se separan o dividen en dos o más tuberías (o que se reducen a una sola) y que no vuelven a juntarse de nuevo aguas abajo. Este caso se presenta en la mayoría de los sistemas de distribución de fluido, por ejemplo una red de tuberías de agua en una vivienda, como el ejemplo de la figura.

En este caso el sistema de tuberías se subdivide en ramas o tramos, que parten de un nodo hasta el nodo siguiente. Los nodos se producen en todos los puntos donde la tubería se subdivide en dos o más, pudiéndose añadir nodos adicionales en los cambios de sección para facilitar el cálculo.

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15/03/19

Subtema 2.2. Diámetro económico. Criterio de Selección. Determinándolo desde un criterio económico. Cuando se genera la necesidad de transportar un caudal Q, de un fluido dado a lo largo de cierta distancia; de inmediato se piensa en la utilización de tubería para lograr tal fin. Ahora se abordará el tema desde el punto de vista económico. Por el hecho que la tubería circular tiene la geometría óptima para el transporte de fluidos (además de varias razones técnicas); solo se considera esta en el presente artículo. La razón económica por la cual se afirma lo anterior, es que el círculo es la forma geométrica que tiene mayor área con el menor perímetro (y por lo tanto requiere menos material para su construcción). Al momento de seleccionar el diámetro de la tubería no solo se debe considerar un criterio técnico (capacidad y resistencia); sino también debe estar basado en un criterio económico. El criterio económico que será propuesto está sustentado en el análisis del Costo Total del Ciclo de Vida para una longitud de tubería dada. Dicho Costo Total incluye el costo inicial de instalación (costo fijo o de capital), más el costo de operación (bombeo) en el cual se incurre a lo largo de todo el tiempo de trabajo de la tubería. El sentido común nos indica que el valor de la tubería aumenta, en la medida en que el diámetro aumenta. Y haciendo una análisis somero, se puede evidenciar fácilmente que las pérdidas de energía generadas por la fricción (y por consiguiente el consumo de energía), para un caudal Q fijo, disminuye en la medida en que la tubería es de mayor tamaño. En concreto, todos los diámetros de tubería tienen un costo de instalación fijo y un costo de operación que crece exponencialmente en la medida en que se aumenta el caudal.

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Supondremos un sistema de flujo como el mostrado en la figura mostrada en el cual se cumplen las siguientes condiciones: 1. El flujo es isotérmico y estacionario. 2. El fluido es viscoso y el régimen de flujo es laminar. 3. Las pérdidas por energía cinética, contracciones y expansiones bruscas son despreciables ante la magnitud de las pérdidas por fricción. 4. La longitud de la tubería para instalar es conocida, y el diámetro del conducto es único. El método consiste en evaluar el sistema para una serie de diámetros supuestamente válidos y escoger la solución para la cual se obtiene un flujo igualo mayor con la carga disponible. Criterios de selección.

Para la aplicación del método que a continuación se expone se hacen las mismas suposiciones que para el caso anterior. El caso que se trata es el más frecuente: el caudal, la longitud de la línea y demás circunstancias del transporte se presentan como dato, debiéndose elegir el diámetro del conducto y dimensionar los medios de impulsión del fluido. Siendo así las cosas, la elección de un diámetro determina la velocidad media del fluido y se puede plantear la ecuación de balance de energía mecánica para calcular el consumo de potencia necesaria para el transporte. Debe notarse que las pérdidas de carga dependen sensiblemente del diámetro del conducto y para fluidos viscosos que fluyen, por lo general, en régimen laminar son inversamente proporcionales a la cuarta potencia del diámetro. En el caso de los líquidos, las pérdidas de carga suelen ser el factor relevante a los efectos de la selección del diámetro; en este caso un estudio somero proporciona dos o tres posibles diámetros dentro de una serie normalizada de tubería, y el problema se limita a resolver la estimación técnico-económica entre los costos fijos de la instalación y los gastos de explotación (mantenimiento y gasto de energía para el bombeo), debiéndose elegir el diámetro cuyo costo resulte mínimo. 5

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De cualquier manera, este valor óptimo técnico-económico ha de tomarse como orientativo, y puede verse modificado por razones estratégicas o de otro tipo. Un aumento en el costo de la energía desplaza la selección hacia tamaños superiores de línea. En este sentido debe preverse un valor de este costo que sea representativo durante la vida útil de la instalación. Normas para tuberías Los requisitos o características que debe cumplir una cañería (su diámetro nominal es distinto de su diámetro real) o un tubo (su diámetro, nominal coincide con su diámetro real) están determinados por su aplicación o uso. Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecánicas y tener ciertas características de resistencia al medio al que serán expuestas, lo que está determinado, fundamentalmente, por el material, método de fabricación y tratamiento térmico de éste. Con el fin de ordenar, uniformar y asegurar la calidad, se han establecido normas que, se preocupan de estos aspectos. Dado que no es económico imponer exigencias de fabricación que produzcan características no necesarias en una aplicación particular, no existe una norma única y se han desarrollado normas específicas para cada tipo de aplicación. De aquí que el número de normas existentes para cañerías y tubos es muy grande. Al momento de especificar una cañería o tubo para una aplicación particulares debe tener presente que puede haber varios materiales, contemplados dentro de una norma, que cumplen con los requisitos particulares. Por otro lado, un mismo material, puede estar incluido en varias normas. Un error muy frecuente es confundir el grado de un acero con su norma de fabricación. Se escucha a usuarios que piden un acero A106 sin especificar cuál, en circunstancias que dentro de esta norma para cañerías sin costura de acero al carbono para alta temperatura, existen los grados A, B y C con cantidades crecientes de carbono que producen valores crecientes de tensión de ruptura

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Subtema 2.3. Golpe de ariete. El Golpe de Ariete se define como un cambio en la velocidad del fluido la cual produce sobre presiones o sub-presiones. Estas presiones se propagan en forma de una onda la cual viaja a velocidades mayores a la velocidad del sonido a través del fluido. Las presiones generadas son de una magnitud equivalente a varias veces la presión estática en la línea.

Una explicación más en detalle se repita en la figura 1. En el momento que la válvula Cierra se produce un alza en presión a causa del cambio en velocidad del fluido, esta alza en presión provoca una compresión ligera del fluido y a su vez una expansión de la tubería. Este efecto se propaga a través de la tubería desde la válvula hasta el tanque como se ve en la figura 1(a). Esta onda se propaga hasta el tanque, en el momento que llega al tanque la presión en la tubería es mucho mayor que la presión en el tanque entonces esta condición no se puede mantener hidráulicamente y el sistema busca balancearse. Este desbalance se debe a la diferencia en energía entre el tanque y la tubería, esto a su vez provoca 8

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15/03/19

un movimiento de fluido de la tubería hacia el tanque para balancear las presiones. Esto se propaga en forma de una onda hacia la válvula reduciendo las sobrepresiones en la tubería, figura 1(b).

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