DISE O DE TUBERIAS SIMPLES

DISEÑO DE TUBERIAS SIMPLES
En este capítulo se plantean las metodologías para el diseño de tuberías simples utilizando las ecuaciones planteadas, basadas en los estudios de Prandtl-Van Kárman sobre interacción fluido-pared sólida y en la ecuación de Darcy Weisbach, considerada la ecuación físicamente fundamentada para pérdidas por fricción en ductos. Se utiliza para el mismo fin la ecuación deHazen-WiHiams, la más representativa de las ecuaciones empíricas que surgieron cuando se evidenció el hecho de que la ecuación de Colebrook-White era no explícita.

Los problemas en la hidráulica de tuberías simples se pueden clasificar de acuerdo con la variable desconocida en el problema. Las variables involucradas en problemas de tuberías simples son las siguientes:
Variables relacionadas conla tubería en sí:
Diámetro de la tubería (d), longitud de la tubería (L) y rugosidad absoluta de la tubería (ks).
Variables relacionadas con el fluido:
Densidad del fluido (p) y viscosidad dinámica del fluido (µ).
Variables relacionadas con el esquema del sistema:
Coeficientes de pérdidas menores de todos los accesorios necesarios, incluyendo válvulas (∑km).

Variables relacionadas con la energíaimpulsora del fluido:
Cabeza entre el embalse de entrada y la salida (H) o potencia de la bomba (P),
Otras variables:
Aceleración de la gravedad (g) y caudal o velocidad media en la tubería (Q o v).

Las variables que pueden ser desconocidas son el caudal, el diámetro de la tubería o la potencia de la bomba que es necesario instalar para mover un determinado caudal.
Teniendo en cuenta la variabledesconocida, los tipos de problemas son:

Comprobación de diseño
Cálculo de potencia requerida y
Diseño en sí de la tubería.

A continuación se describe cada uno de los tipos de problema que surgen durante el trabajo con tuberías simples.

Comprobación de diseño

En este tipo de problemas la tubería existe, lo cual implica que se conocen su longitud, su diámetro y su rugosidad absoluta (seconoce el material), al igual que todos los accesorios y sus coeficientes de pérdidas menores. Además se conoce la energía impulsora, ya sea una cabeza gravitacional o una bomba y las propiedades del fluido (densidad y viscosidad dinámica). La incógnita es el caudal que pasa por la tubería, problema típico en el diseño de redes de distribución de agua potable o redes de riego, en las cuales se hace unpredimensionamiento de los diámetros.
Variables conocidas

d, ks , H(o P), ∑km , ρ, μ, L, g incógnita: Q (o V)


Cálculo de la potencia requerido

Para estos problemas se conoce el caudal demandado, la tubería (se conocen tanto la longitud como el diámetro, la rugosidad absoluta, los coeficientes de pérdidas menores de los accesorios) y las propiedades del fluido (densidad y viscosidaddinámica), Se tiene que calcular la potencia necesaria (bomba o diferencia de nivel) para mover dicho caudal a través de la tubería. Este problema se plantea cuando se quiere utilizar una tubería existente para mover un cierto caudal demandado y se desea conocer la bomba que debe ser colocada o la diferencia de nivel entre la entrada y la salida de la tubería.

Variables conocidas

d, ks , Q(oV), ∑km , ρ, μ, L, g incógnita: H (o P)

Diseño de la tubería

En este caso se conoce el caudal demandado, la potencia disponible (bomba o diferencia de nivel generada por un embalse o tanque), algunas de las características de la tubería (longitud y accesorios necesarios con sus correspondientes coeficientes de pérdidas menores) y las propiedades del fluido (densidad y viscosidaddinámica). Se desconoce el diámetro necesario para permitir el paso del caudal demandado. Por lo general, en cuanto al material de la tubería se tienen dos o tres alternativas, lo cual implica que se conoce la rugosidad absoluta de la tubería pero es necesario hacer tantos diseños como diferentes materiales se encuentren disponibles en el sitio del proyecto con el fin de escoger la mejor alternativa....