UNIVERSIDAD DE LAMBAYEQUE CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL

CURSO: Mecnica de Fluidos CICLO: VII

DOCENTE:GERARDO SANTANA

TEMA: Descripcin General de los Sistemas de Tuberas ALUMNOS: ZAVALA TORRES DORIS JESSENIA GONZALES ALARCON DEMOSTENES LARA ASCORBE EDWIN ESTELA NUEZ ALEXIS JAIR QUESQUEN GUTIERREZ MIGUEL

CHICLAYO-MAYO-2015

CONTENIDO

DESCRIPCIN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE TUBERAS

INTRODUCCION3I.- SISTEMAS DE TUBERAS3II.- SISTEMAS DE TUBERAS4III.- SISTEMAS SENCILLOS43.1.- TUBERAS EN SERIE53.2.- TUBERAS EN PARALELO63.3.- TUBERAS RAMIFICADAS73.4.- REDES DE TUBERAS EN FUENTES83.4.1.- Criterios de trazado de las redes en fuentes.8IV.- SOLUCION DE CASO: EJERCICIO APLICADO A TUBERIAS RAMIFICADAS...93.5.- SIFN10CONCLUSIONES11REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS11

DESCRIPCIN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE TUBERAS

INTRODUCCION El estudio del flujo en sistemas de tuberas es una de las aplicaciones ms comunes de la mecnica de fluidos, esto ya que en la mayora de las actividades humanas se ha hecho comn el uso de sistemas de tuberas. Por ejemplo la distribucin de agua y de gas en las viviendas, el flujo de aire por ductos de refrigeracin, flujo de gasolina, aceite y refrigerante en automviles, flujo de aceite en los sistemas hidrulicos de maquinarias, el flujo de gas y petrleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayora de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean lquidos o gases. I.- SISTEMAS DE TUBERASEl mtodo ms comn para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a travs de un sistema de tuberas. Las tuberas de seccin circular son las ms frecuentes, ya que esta forma ofrece no slo mayor resistencia estructural sino tambin mayor seccin transversal para el mismo permetro exterior que cualquier otra forma. El manejo de los fluidos en superficie provenientes de un yacimiento de petrleo o gas, requieren de la aplicacin de conceptos bsicos relacionado con el flujo de fluidos en tuberas en sistemas sencillos y en red de tuberas, el uso de vlvulas accesorios y las tcnicas necesarias para disear y especificar equipos utilizados en operaciones de superficie.Los fluidos de un yacimiento de petrleo son transportados a los separadores, donde se separan las fases lquidas y gaseosas. El gas debe ser comprimido y tratado para su uso posterior y el lquido formado por petrleo agua y emulsiones debe ser tratado para remover el agua y luego ser bombeado para transportarlo a su destino.El estudio del flujo en sistemas de tuberas es una de las aplicaciones ms comunes de la mecnica de fluidos, esto ya que en la mayora de las actividades humanas se ha hecho comn el uso de sistemas de tuberas. Por ejemplo la distribucin de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeracin, el flujo de aire por ductos de refrigeracin, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automviles, flujo de aceite en los sistemas hidrulicos de maquinarias, el flujo de de gas y petrleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayora de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean lquidos o gases. El transporte de estos fluidos requiere entonces de la elaboracin de redes de distribucin que pueden ser de varios tipos:

Tuberas en serie. Tuberas en paralelo. Tuberas ramificadas. Redes de tuberas

II.- SISTEMAS DE TUBERASLos sistemas de tuberas estn formados por tramos de tuberas y aditamentos que se alimentan aguas arriba por un depsito o una bomba y descargan aguas abajo libremente a la atmsfera o a otro depsito. En cualquier sistema de tuberas se pueden presentar los tres problemas hidrulicos vistos anteriormente: clculo de prdidas, comprobacin de diseo y diseo de la tubera. Siempre se trata de llegar a sistemas determinados en que a partir de unos datos se tienen inequvocamente n incgnitas para n ecuaciones.

III.- SISTEMAS SENCILLOS Estn compuestos por un conducto nico alimentado en el extremo de aguas arriba por un depsito o por una bomba y descargan a otro depsito o a la atmsfera. El conducto tiene una longitud determinada y accesorios que producen prdidas de energa. Las ecuaciones bsicas son la de la energa y la de continuidad para una vena lquida: ECUACIN 25. ECUACIN DE LA ENERGA PARA SISTEMAS SENCILLOS ECUACIN 26.FORMULA DE CONTINUIDAD PARA SISTEMAS SENCILLOS

IMAGEN 14. SISTEMA DE TUBERA SENCILLO

3.1.- TUBERAS EN SERIE Se habla de tuberas 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: Los caudales son los mismos para cada uno de los tramos de tubera:

ECUACIN 27. FORMULA DE ENERGA PARA TUBERAS EN SERIE

IMAGEN 18.SISTEMA DE TUBERA EN SERIESe pueden resolver diversos tipos de problemas, los ms comunes son el clculo del caudal en un sistema de tuberas dado, el clculo del tamao requerido de tubera para manejar un caudal dado y el clculo de la potencia necesaria de una bomba o altura piezomtrica requerida para manejar un caudal dado en una tubera dada. Estos tres tipos de problemas se representan en la tabla siguiente:

TABLA 5. DIFERENTES TIPOS DE PROBLEMAS EN LOS SISTEMAS DE TUBERAS EN SERIE

3.2.- TUBERAS EN PARALELOSe habla de tuberas paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar el fluido de un punto a otro. Como en el ejemplo de la figura: En este caso se cumplen las leyes siguientes: El caudal total ser igual a la suma de los caudales de cada rama:

ECUACIN 28.FORMULA DE CAUDALES PARA TUBERAS EN PARALELO

ECUACIN 29.FORMULA DE PERDIDAS PARA TUBERAS EN PARALELO

IMAGEN 19. SISTEMAS DE TUBERAS EN PARALELO

3.3.- TUBERAS RAMIFICADASSe habla de tuberas ramificadas cuando el fluido se lleva de un punto a varios puntos diferentes. Este caso se presenta en la mayora de los sistemas de distribucin de fluido, por ejemplo una red de tuberas de agua en una vivienda, como el ejemplo de la figura. En este caso el sistema de tuberas 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 tubera se subdivide en dos o ms, pudindose aadir nodos adicionales en los cambios de seccin para facilitar el clculo. En este caso para cada nodo se cumple la ecuacin de continuidad:

ECUACIN 30. FORMULA DE CONTINUIDAD PARA TUBERAS RAMIFICADAS

Y en cada tramo, entre dos nodos, se cumple la ecuacin de Bernoulli generalizada:

ECUACIN 32.FORMULA DE ENERGA PARA TUBERAS RAMIFICADAS

IMAGEN 20. SISTEMAS DE TUBERAS RAMIFICADASEl caso ms sencillo de sistemas de tuberas ramificadas es cuando se tienen 3 tramos, como en la figura. Este sistema ramificado es gobernado por un sistema de 4 ecuaciones, donde supondremos inicialmente que el dimetro de tubera es constante en cada tramo, por lo cual en la ecuacin de Bernoulli generalizada las velocidades se cancelan.

ECUACIN 33. FORMULA DE BERNOULLI Y DEDUCCIN DE CAUDALES

IMAGEN 21.SISTEMAS DE TUBERAS RAMIFICADAS

3.4.- REDES DE TUBERAS EN FUENTES

3.4.1.- Criterios de trazado de las redes en fuentes.

Una fuente, segn su complejidad, puede estar constituida por una sola red o por varias redes independientesCuando se plantea emplear diferentes agrupaciones de surtidores como, por ejemplo, para una fuente que combine uno o varios anillos independientes, chorros aislados, etctera, se suelen emplearse redes distintas para cada conjunto de boquillas. Esto independiza la operacin y el mantenimiento de las diferentes partes de la fuente y permite emplear valores ms racionales para los dimetros de las tuberas y los tamaos de los equipos de bombeo. Ver figura 3.26 Fuente central del Parque Garca Sanabria en Santa Cruz de Tenerife.

Red interiorBoquillasRed exteriorLneas de impulsin independientes

Figura 3.26 Fuente central del Parque Garca Sanabria en Santa Cruz de Tenerife. Ntese las dos redes de tuberas independientes. (Foto del autor).

Las redes de tuberas pueden ser ramificadas (como las ramas de un rbol) y malladas (cerradas). Las redes malladas requieren mayores longitudes de tubera y su clculo es relativamente ms complejo que las redes ramificadas equivalentes. La ventaja de las redes cerradas es que el agua puede llegar a un surtidor a travs de varios caminos lo que posibilita emplear menores dimetros y tener la seguridad de que la red se mantendr en servicio an con una avera en alguna de sus partes.

3.5.- SIFN Un sifn es un dispositivo hidrulico que se utiliza para trasvasar un lquido de un recipiente a otro. Consiste simplemente en un tubo en forma de U invertida, en la que una de las ramas es ms larga que la otra.Queremos trasvasar agua entre dos depsitos (vasos), uno ms alto que el otro, hasta que se igualen los niveles de agua. El problema que se nos presenta es que necesitamos que el agua ascienda.

Si le damos la vuelta al sifn y llenamos completamente de agua (o de fluido a trasvasar), tapamos los extremos, y los introducimos en cada uno de los recipientes. Comprobamos que el agua fluye de un recipiente a otro, hasta que se igualan las alturas de los depsitos. Qu ha sucedido?Como sabemos los puntos a la misma altura tienen igual presin hidrosttica. Estamos comunicando dos depsitos de distinta presin por lo que circular del de mayor presin al de menor, hasta que el nivel de los fluidos se iguale.Este dispositivo se usa en los inodoros de nuestra casa, para evitar que los malos olores de las tuberas de desage salgan al exterior. En este caso lleva un doble sifn puesto en horizontal

Cuando vaciamos la cisterna, se llena la primera curva del tubo y la segunda acta como un sifn, vaciando la primera hasta que el nivel de agua baja y entra algo de aire (presin atmosfrica). En este momento, el sifn deja de funcionar y retrocede el agua que est en la parte ascendente entre las dos eses, llenando la primera curva del tubo y aislando el desage de los gases de la caera. Si pusisemos un tubo vertical, los malos olores ascenderan ya que no van a encontrar agua que los frene.

CONCLUSIONES

Las prdidas por friccin debido a la rugosidad de las paredes de una tubera en contacto con el fluido definitivamente deben tomarse en cuenta en el diseo de una instalacin de tuberas. Estas prdidas adems pueden ser cuantiosas debido a la oxidacin interna o al depsito de sustancias dentro de los conductos, por lo que se deben prever en el planeamiento inicial aumentando el dimetro de las tuberas o plantear una estrategia para limpiarlas por periodos. De esta forma se evitarn cadas de presin no deseadas. Para encontrar el coeficiente de prdidas real de una tubera o de un accesorio es muy importante el caudal (ver variacin de los grficos). Con distintos caudales vara el coeficiente de prdidas. Sin embargo, para velocidades normales (del orden de 2 a 3 m/s) es prctico hablar de un solo coeficiente de prdidas en tuberas y un solo coeficiente para cada tipo de accesorio.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

http://hidraulicaucentral.blogspot.com/2012/02/sistemas-de-tuberias.html http://corinto.pucp.edu.pe/aseimec/sites/corinto.pucp.edu.pe.aseimec/files/P%C3%A9rdidas%20de%20carga%20en%20tuber%C3%ADas.pdf

Qc

CASO O3 TUBERIAS RAMMIFICADAS

Qd

Qb

Z2

Qj

Qa

Z1

FORMULAS UTILIZADAS

asumimos Z2=19.827

RESERVORIO C:

, , RESERVORIO D: , , POR CONTINUIDAD:

Calculamos la velocidad

Calculamos las perdidas en la tuberaJ

Calculamos altura piezometrica en j1=Z1

RESERVORIO B:

, , RESERVORIO A: , , POR CONTINUIDAD:

El caudal que debe pasar por la tubera j debe ser el mismo:

ASUMIMOS Z2=19.92RESERVORIO C:

, , RESERVORIO D: , , POR CONTINUIDAD:

Calculamos la velocidad

Calculamos las perdidas en la tuberaJ

Calculamos altura piezometrica en j1=Z1

RESERVORIO B:

, , RESERVORIO A: , , POR CONTINUIDAD:

El caudal que debe pasar por la tubera j debe ser el mismo:

REALIZANDO UNA INTERACION CALCULAMOS LA ALTURA PIEZOMETRICA Z2 REAL:0.02219.827

0.000X

-0.00119.920

DONDE X=19.914

TOMAMOS Z2=19.914 mRESERVORIO C:

, , RESERVORIO D: , , POR CONTINUIDAD:

Calculamos la velocidad

Calculamos las perdidas en la tuberaJ

Calculamos altura piezometrica en j1=Z1

RESERVORIO B:

, , RESERVORIO A: , ,

POR CONTINUIDAD:

El caudal que debe pasar por la tubera j debe ser el mismo:

ENTONCES LOS CAUDALES POR LAS TUBERIAS SON LAS SIGUIENTES: