Abastecimiento De Agua Potable A Un Edificio

Fecha: 15 de junio del 2012
Para resolver en casa:

Problema Nº1: Se desea abastecer de agua un sistema que funcionará mediante tanque elevado, en un edificio de apartamentos. Las características de la instalación son las siguientes:
* El tanque de reserva es de 3,000 Galones y será instalado por encima de la azotea del edificio, a la altura necesaria para asegurar que en ningúndepartamento la presión sea menor de 10 Psi. Los accesorios instalados a mayor altura son las regaderas, que tienen 7 pies desde NPT, y los de menor altura son los WC, que están a 6” de NPT.
* La tubería de la bomba al tanque será de 1.5” de diámetro, de hierro galvanizado, y para minimizar las pérdidas, se requiere que la velocidad del agua en la tubería no sea mucho mayor de 5 pies/s.
* Eledificio tiene 2 pisos de estacionamientos, y 12 pisos de departamentos. La altura libre, de NPT a loza, es de 10 pies en los estacionamientos, y de 8 pies en los departamentos. Además, las losas tienen un espesor de 7” en los pisos de departamentos, así como en la azotea, y de 9” en los estacionamientos.
* El tanque de agua es metálico, de geometría cilíndrica, y sus dimensiones se calcularon comolas óptimas para gastar el mínimo de material en su fabricación. El agua entrará al tanque por la parte de arriba, y el sistema de control de nivel del mismo será eléctrico.
* El agua será tomada de un reservorio ubicado en un sótano, a 10 pies por debajo de la bomba. La estación de bombeo quedará en la planta baja del edificio (el primer nivel de estacionamientos).
Determine lo siguiente:1. Dibuje un esquemático de la instalación, indicando las variables importantes.
2. Determine las dimensiones del tanque.
3. Determine el caudal de alimentación del tanque.
4. Calcule en cuánto tiempo se llenará el tanque desde vacío total.
5. Haga una lista de los materiales a utilizar en la instalación (sin incluir anclajes ni complementos; sólo tuberías y accesorios).
6.Calcule la carga total dinámica del sistema. Sugerencia: Presente las pérdidas hidráulicas consolidadas en forma de tabla. Utilice el método de la ecuación de Darcy-Weisbach.
7. Seleccione una bomba del catálogo proporcionado y detalle cuáles son todas sus especificaciones.
8. Verifique que la bomba seleccionada no Cavite. En caso contrario, ¿Cómo resolverá el problema?
9. Determine laeficiencia de operación de la bomba seleccionada, bajo las condiciones de trabajo.
10. Suponga que se desea añadir una segunda bomba (a la misma línea) para evitar que el tanque se vacíe en momentos de mucha demanda. ¿Cómo se afectaría con esto el sistema?
a. En cuanto a la instalación original.
b. Durante el funcionamiento

Éxito en sus Estudios

Ecuaciones Utilizadas:
Re=ρVpromedio ∅μ
hl=fLtØVpromedio22g+ KVpromedio22g

V=Vpromedio A

Datos:
V = 5 ft/s (Velocidad promedio en la tubería)
Φ = 1.5 in 1 ft12 in =0.125 ft (Tuberías)
g = 32.2 ft/s2 (gravedad)
Voltanque=3000 Galones 35.315 ft3264.17 Galones =401.086 ft3
ϵ(rugosidad)=0.0005 ft (Hierro Galvanizado)

Propiedades del agua a60°F a 1 atm. :
* Densidad(ρ) = 62.36 lbm/ft3
* Viscosidad dinámica(μ) = 7.536x10-4 lbm/ft-s

Cálculos:
Re=ρ Vpromedio ∅μ=62.35 lbmft3 (5fts)(0.125 ft)7.536 10-4lbmft*s=51718.42
∈∅= 0.0005 ft0.125 ft=0.0040 (Rugosidad relativa)
Coeficiente de fricción utilizando la relación implícita de Colebrook la cual esta implícita en f, para conseguir el valor lo masexacto posible se deben hacer varias iteraciones lo cual implicaría un método de solución de estos tipos de ecuaciones.
1f= -2.0log( ∈∅3.7+2.51Ref ) (Colebrook)

Por dicho nivel de dificultad en 1983 S. E. Haaland la aproximo f a una ecuación explicita:
1f= -1.8log [ 6.9Re+∈∅3.71.11 ] (S. E. Haaland)
Esta aproximación produce un error aproximado del 0.0002%,...