Hidráulica. Reposo (hidrostática) Movimiento (hidrodinámica) en tubos o conductos abiertos.

Transcripción

1 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

2 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

3 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 Kg 1atm 1 10,33m. c. a 2 cm

4 Hidrodinámica Estudia 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 m Q( s 3 ) Volumen( m tiempo( s) 3 ) caudal descarg a gasto m h 3 o m s 3 o 1 s

5 Fórmulas básicas m Velocidad m Velocidad s s m m s s Longitud Longitud tiempo tiempo Qm Q s m Seccion ( 2m ) * Longitud( m) s Seccion ( m ) * Longitud( m) tiempos tiempo s V m 3 = S m 2 L m siendo S = π D2 4

6 Clasificación del flujo de fluidos según su viscosidad* Laminar Turbulento

7 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.

8 Energía Energía total = E potencial + E cinética + E presión p( k)* v ( m s ) p( k)* P( km Et( km) p( k)* h( m) 2 3 2g( ms ) Pe( km ) 2 ) Dividiendo por peso (p), obtenemos la energía por unidad de peso de agua, conocida como CARGA= H (m.c.a.) Et v 2 P Htotal h p 2g Pe

9 Piezometro y tubo de Pitot

10 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 P Z g v Pe P Z n n n n g v z g v z n n

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12 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.

13 Teorema de Torricelli Ht z P Pe v 2 1 2g Ht z P Pe v 2 2 2g Como no hay velocidad ni altura Ht 1 P 1 Pe Ht1 Ht 2 P Pe v 2 2g Como no hay presión ni altura Ht 2 v v 2 2 2g 2gP Pe v = 2 g * h Q = S * v Q = S * 2g * h

14 Ecuación general del gasto de orificios Q = c * S * 2g * h Q (m3/s) : caudal c: coeficiente de gasto S : sección h : carga

15 Pérdidas de carga Perdidas longitudinales hf: en tuberías rectas Pérdidas locales hl: cuando el líquido cambia de dirección o velocidad por alguna particularidad

16 Pérdidas de carga hf (tuberias) Fórmula de Darcy Weisbach Hf 2 Longitud( m)* Velocidad ( m ( m. c. a.) f s 2 diámetro( m)*2* g( m / s ) ) 2 f o factor de rugosidad varía según flujo: Laminar = 64 / RE turbulento liso = 0, ,21* RE turbulento intermedio: f del RE y Rug Rel turbulento rugoso: f de Rug Rel

17 Ejemplo y video

18 Rugosidad relativa = se obtiene al dividir la rugosidad de una tubería por su diámetro interior en mm. Rugosidadrelativa E( mm) d( 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

19 Fórmulas empíricas para el cálculo de hf ASAE Régimen turbulento liso (RE entre10 5 y 10 7 ) Hf ( m. c. a.) 0,00098 * L( m) * Q 4,828 d( m) m s 3 1,828 Hazen Willams Régimen turbulento intermedio (localizado) Hf 10,376 * L( m) * Q ( m. c. a.) 1,852 c * d( mm) m h 4, ,852

20 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

21 Pérdidas de carga locales: Factor K La fórmula deriva de la de Darcy-Weisbach Hf f * L d * v 2g 2 Se sustituyen f * L/d por K, característico de cada accesorio (determinación experimental) Hl K v * 2 g 2

22 TIPO 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

23 Pérdidas de carga locales longitud equivalente Diámetros de las tuberías Pulgadas 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/4" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" Milímetros Manguito de unión 0 0 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,09 0,12 0,15 0,2 0,25 Cono de reducción 0,2 0,3 0,5 0,65 0,85 1 1,3 2 2, Codo o curva de 45º 0,2 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

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25 Velocidad económica V aspiración = 1,5 m/s (máximo 2 m/s) V elevación = 2,5 m/s (máximo 3 m/s) 2 * d Q S * v * v 4 d. asp 4Q * v. asp d. elev 4Q * v. elev d.asp: Diám de la tubería de aspiración (m) d.elev: Diám de la tubería de elevación (m) Q Caudal (m 3 /s) v: velocidad económica (m/s)

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27 Tuberías: Características 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

28 Acero galvanizado

29 PVC

30 PVC

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32 Polietileno alta densidad

33 Polietileno baja densidad

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35 Información necesaria para El caudal seleccionar una bomba Altura total (HMTD) o Presión en boca de pozo Fuente de agua Información fabricantes de bombas

36 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

37 Curva de rendimiento de una bomba

38 BOMBA CENTRÍFUGA EJE HORIZONTAL

39 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

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41 MOTOBOMBA HORIZONTAL

42 BOMBA HORIZONTAL

43 Bombas eje horizontal Modelo Aspiración Motor H.P. Q: m 3 /h, M: altura de elevación metros, velocidad: 2850 R.P.M. 3A ¼ 0.5 Q H 3A ¼ 1 Q H 5A Q H 6A ½ 4 Q H 6A ½ 5.5 Q H 8A Q H 8A Q H 10A Q H 10A Q H

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45 Bomba sumergible

46 Electrobomba sumergible

47 Bomba sumergible Perforación Caudal Altura Motor Tipo bomba mínima m 3 /h m/man. C.V. 6 =152 mm SU =152 mm SU =152 mm SU =202 mm SU =202 mm SU =254 mm SU 240

48 EXPLORACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA Relevamiento de perforaciones existentes en el lugar Mapas hidrogeológicos Perforaciones exploratorias Prospección geofísica

49 Cálculo de la potencia requerida Potencia. Hidraulica( cv) Caudal( m 3 / h)* HMTD( m. c. a.) 270

50 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 %

51 Resolución: 3 Caudalbomba( m h 1 ) Laminabruta( mm/ d)* Sup( ha)*10 horasdebombeo 3 Caudalbomba( m h 1 ) 5mmd 1 * 4ha * ,66 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

52 Resolución: En boca de pozo Q:16,66 m 3 h -1 HMTD: 68,66 mca

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54 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.

55 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