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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
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
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
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
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
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
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 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
¿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