ANALISIS DEL SISTEMA HIDRAULICO DE CASADIEGO FERNANDO YUSTES HOYOS JUAN DAVID TRUJILLO UNIVERSIDAD DE IBAGUE FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA IBAGUE – TOLIMA 2013 ANALISIS DEL SISTEMA HIDRAULICO DE CASA DIEGO FERNANDO YUSTES HOYOS JUAN DAVID TRUJILLO PRESENTADO A: INGENIERO GIOVANNI ANDRES VARGAS GALVAN UNIVERSIDAD DE IBAGUE FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA IBAGUE – TOLIMA 2013 JUSTIFICACION equipos de suavización de agua. cisternas o tanques de almacenamiento. las tuberías. succión y distribución. etc. bombas. agua caliente a todos los accesorios sanitarios y servicios de la casa. logrando con esto cumplir con un derecho fundamental como lo son los servicios públicos domiciliarios. además de tener agua en un hogar la cual es de vital importancia en la supervivencia de todo ser vivo. que para el caso de una casa son el conjunto de tanques elevados. Las instalaciones hidráulicas en casa y edificios se pueden identificar también con los trabajos que se conocen en forma popular como de “plomería” y que se define como: “El arte de la instalación en edificios. tuberías de carga. Las instalaciones hidráulicas. . válvulas de distintos tipos y función. que son necesarios para suministrar agua fría. tinacos. accesorios y otros aparatos para llevar el suministro de agua y para retirar las aguas con desperdicios y los desechos que lleva el agua”. calentadores de agua. También Los sistemas de bombeo de agua residual garantizan que se suministre agua potable a los lugares residenciales.Hidráulica de tuberías es un de trabajo de investigación y docencia en el área de hidráulica de tuberías y sistemas de irrigación. entre otros datos.OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES Determinar y calcular las variables que influyen en una tubería residencial. potencia de accionamiento. caudales. MARCO TEORICO . Tomar presiones. tanto sus cálculos como el diagrama representado. OBJETIVOS ESPECIFICOS Caracterizar todo el sistema hidráulico de la casa y su instalación. velocidades. cisternas. descarga y distribución. hidrantes y demás servicios especiales de una edificación. Esta publicación se limita al estudio del transporte de fluidos newtonianos incompresibles. equipos de bombeo. necesario para proporcionar agua fría. cuando la . tanques elevados. etc. de suavización. agua caliente. generadores de agua caliente. bambas.DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE BOMBEO Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el transporte a través de tuberías y el almacenamiento temporal de los fluidos. vapor en casos específicos a los muebles sanitarios. tuberías de succión. de forma que se cumplan las especificaciones de caudal y presión necesarias en los diferentes sistemas y procesos. válvulas de control. INSTALACION HIDRAULICA Es el conjunto de tinacos.. y más concretamente de líquidos. de vapor. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DIRECTO Se dice contar con un sistema de abastecimiento directo. válvulas de servicio. por lo tanto. etc.alimentación de agua fría a los muebles sanitarios de las edificaciones de hace en forma directa de la red municipal sin estar de por medio tinacos de almacenamiento. como consecuencia principalmente de algunos inmuebles. cambios de dirección. que el aguas llegue a los muebles de los niveles más elevados con la presión necesaria para un óptimo servicio. A partir de las cisternas o tanques de almacenamiento ubicados en las partes bajas de las construcciones. etc. cuando la presión que se tiene en la red general para el abastecimiento de agua fría no es la suficiente para que llegue a los tinacos o tanques elevados. es necesario que están sean en promedio de poca altura y en la red municipal se disponga de una presión tal. obstrucción. ensanchamiento o reducción brusca de diámetros. por medio de un sistema auxiliar . SISTEMA DE ABASTECIMIENTO COMBINADO Se adopta un sistema combinado (por presión y por gravedad). hay necesidad de construir en forma particular CISTERNAS o instalar tanques de almacenamiento en la parte baja de las construcciones. tanques elevados. Para efectuar el abastecimiento de agua fría en forma directa a todos y cada uno de los muebles de las edificaciones particulares. aun considerando las perdidas por fricción. que en muchos casos quedan fuera del ámbito del presente . incluye la cantidad necesaria para su aseo personal. dotación significa la cantidad de agua que consume en promedio una persona durante un día. no son resultado de una ciencia ni calculo específico sino son determinadas empíricamente. El diseño de un sistema de bombeo consiste en el cálculo y/o selección de las tuberías. servicio que debe prestar y considerando el número de muebles que puedan o deban trabajar simultáneamente. Las dotaciones que se asignan según indica en la siguiente tabla. suele ser necesario que el fluido llegue al lugar de destino con una cierta presión. Además. El valor de la dotación (cantidad en litros). De todas formas. CONSUMO DIARIO POR PERSONA O DOTACIÓN En instalaciones hidráulicas. impacto ambiental y otros factores humanos. fiabilidad. para que esté correctamente realizado es necesario contemplar otros aspectos como la seguridad. aunque el dinero suele ser una parte muy importante al final de un diseño. y que el sistema permita un rango de variación tanto del caudal como de la presión. en algunos casos los valores de la dotación difieren mucho aun para un mismo tipo de local. pero debe comprenderse que el criterio interviene directamente y este no es universal. es imprescindible determinar la cantidad de agua que ha de consumirse. PROBLEMAS DE DISEÑO Y OPERACIÓN La especificación básica que debe satisfacer un sistema de bombeo es el transporte de un caudal de un determinado fluido de un lugar a otro. se eleva el agua hasta los tinacos o tanques elevados. para proyectar una instalación hidráulica. etc.(una o más bombas). bombas. por lo tanto. facilidad de mantenimiento. que permitan cumplir las especificaciones de la forma más económica posible. alimentos y demás necesidades. para que a partir de estos se realice la distribución del agua por gravedad a los diferentes niveles y muebles en forma particular o general según el tipo de instalación y servicio lo requiera. de acuerdo al tipo de construcción. Por lo anterior. estudio. así como los problemas de cavitación. el caudal en una tubería debe ser el mismo en toda su longitud. . CONCEPTOS DE CÁLCULO DE FLUJO EN TUBERÍAS CONSIDERACIONES ALREDEDOR DE LAS ECUACIONES BÁSICAS Ecuación de continuidad La ecuación de continuidad para flujo incompresible en una tubería (1. Otra conclusión inmediata es que en una conjunción de tuberías. En cuanto a la operación de un sistema de bombeo. inestabilidades y transitorios que se puedan producir. tiene que entrar el mismo caudal que sale.4) se podría expresar diciendo que en un momento dado. Esto permite definir una ecuación para los nudos. hay que tener en cuenta los sistemas de regulación y control que permitan obtener el caudal y la presión deseados. denominada normalmente nudo. figura 1. La . Se llama curva característica a la línea que define la variación de la altura con el caudal en un elemento de un sistema. y no del camino -tuberíapor el que se llegue a él. Si existen dos tuberías distintas para pasar de un punto i a otro. la ecuación de la energía entre ellos a través de la tubería 1 se puede expresar como: CURVAS CARACTERÍSTICAS Una forma de visualizar fácilmente el funcionamiento de un sistema de tuberías es utilizando las curvas características. La idea consiste en resolver de forma gráfica las ecuaciones que definen un determinado problema.5.Ecuación de la energía En la ecuación de la energía se ha visto que la altura de un punto del sistema sólo depende del punto considerado. Se obtiene de esta forma el caudal circulante. Más adelante se estudiarán algunos casos más complejos. la de la bomba y la del circuito. .curva característica de un tramo de tubería viene definida por la parábola hp= k Q2 Si la energía necesaria para esta impulsión es proporcionada por un bomba. la altura que está proporcionando la bomba y la pérdida de carga (figura 1. el punto de funcionamiento viene dado por el corte de las dos curvas.18). ANAILISIS DEL SISTEMA DE LA CASA Con los planos de la casa y haber identificado el sistema hidráulico procedemos a hacer los siguientes cálculos para hallar las velocidades y los Reynolds del sistema. aquí en la figura vemos los planos del primer piso y segundo piso de la casa de la siguiente manera: PLANO PRIMER PISO . PLANO SEGUNDO PISO . PLANO ENTRADA CASA . 25m E-F=2m C-H=15.s.6L/min 2.25m D-E=1.65M I-J=5.65M I-J=5.15m C-D=9.92m H-I=1.2L/min DISTANCIA A-C = 17.m ∆ h=1220 msnm−1175msnm ∆ h=45 msnm pe =∆ h∗ρ∗g pe =45 m∗1000 kg m ∗9.8 L/min 6.7 L/min 2.n.81 2 3 m s .1 T 3 codos 1 codo 1 codo 1T 1T 1T En la casa no cuenta con tanque de abastecimiento entonces no contamos el tanque. l para esta temperatura la densidad y viscosidad dinámica del agua son: DISTANCIA A-C = 17.4 L/min 3.92m H-I=1.2M CAUDAL 10.25m D-E=1.s.n.25m E-F=2m C-H=15.En la ciudad de Pitalito – Huila la empresa prestadora del servicio de agua EMPITALITO y la temperatura del agua a la entrada es de 16 °C.5 L/min 3.m Altura tanque = 1175 m.2M ACCESORIOS 2 codos.8 L/min 2. Altura casa= 1220 m.15m C-D=9. L ∗1 min min ∗1 m3 3 60 seg −4 m 6. L ∗1min min ∗1m3 60 seg m3 10. L ∗1 min min 3 ∗1 m 60 seg m3 2.45 kPa CAUDALES A.4 =5.08 ¿ 10 1000 L s C.16 ¿ 10−5 1000 L s E.7 =6.66 ¿10−5 1000 L s TRAMOS TRAMO A-B .8 =1.66 ¿ 10−5 1000 L s D.8 =4.5 =1.8 ¿ 10−4 1000 L s B. L ∗1 min min ∗1 m3 60 seg m3 3. L ∗1 min min ∗1 m3 3 60 seg m 3.pe =441450 Pa=441. 0127m ¿ 1 F ∅=¿ TRAMO E-F Q=0.0127m 1¿ ∅=¿ TRAMO C-D Q=0.0127m 1¿ ∅=¿ TRAMO C-H Q=0.624∗10−3 m3 s }} over {2} =0.06 1∗10−3 m3 s .5 21∗10−3 m s 3 }} over {2} =0.065∗10−3 m3 s }} over {2} =0.625∗10 s −3 }} over {2} =0.0127m 1¿ ∅=¿ TRAMO D-E Q=0.3 m Q=0. 0127m ¿ 1 ∅=¿ Una vez obtenidos los caudales de los tramos procedemos a hallar las velocidades promedio y hallamos las perdidas.}} over {2} =0. Q=V prom∗A 0.0127m 1¿ ∅=¿ TRAMO H-I Q=0.625∗10−3 ¿ m s 3 .0127 m ¿ ¿ ¿2 π ∗¿ 4 V prom= Q = A 0.023∗10−3 m3 s }} over {2} =0. 0 18∗10−3 m3 s }} over {2} =0.0127m 1¿ ∅=¿ TRAMO I-J Q=0. 6 3 s m ∗0.10 D 0.93 m kg ∗998.0148∗1.25 m = =20.3 ¿ 10 kg −3 87.2 ¿ 10 m∗s e 0. TRAMO A-B f ∗L 0.0127 m TRAMO D-E f ∗L 0.25 m = =10.77 D 0.0148 V ¿ 2 ¿ prom ¿ ¿ ¿ f ∗L ht = ∑ +∑ K ∗¿ D [ ] Como podemos ver el Reynolds es flujo turbulento.25 m = =1.0127 m TRAMO C-D f ∗L 0.0148∗17.0148∗9.0127 m TRAMO E-F .8326≅ 5.0127 m f =0.Re = V∗ρ∗∅ = µ 4.0127 m 5 =7170108.45 D 0.0001 4 D 0.0018 ¿ 10−3 m = =0. Ahora hallamos las pérdidas totales en todo el sistema para poder hallar la presión de salida. 0127 m ∑ f ∗L =20.0148∗5.0148∗2 m = =2.55 D 0.05 D 0.45+2.65 m = =1.33 D 0.0127 m TRAMO H-I f ∗L 0.25 6Llaves=K=2.92+ 6.14 D PERDIDAS POR ACCESORIOS 4T=K=2 11Codos=K=0.92 m = =18.0148∗1. .3+ 18.0148∗15.0127 m TRAMO E-F f ∗L 0.0127 m TRAMO C-H f ∗L 0.55+ 1.10+10.05=61.9 1SALIDA=K=1 Ahora con todos estos datos hallamos la presión de salida total .77+1.2 m = =6.92 D 0.f ∗L 0. .84 m Ps V 2 P V 2 +Z s+ s = A + Z A + A +h t ρ∗g 2∗g ρ∗g 2∗g Ps =Z A +ht =5 .84 m=17.6 kg m ∗9. hace generar pérdidas por fricción mayor en las paredes de la tubería y puesto no es muy eficiente el movimiento del agua.93 ¿2 s ¿ ¿ ¿ f ∗L ht = ∑ +∑ K ∗¿ D [ ] ht =11.81 2 ∗17.64=996.46 kPa 3 m s Ya como tenemos todos los datos con las presiones podemos decir que la carga al desplazamiento.V ¿ ¿ prom ¿2 ¿ m 4.8 m+11.64 ρ∗g Ps= ρ∗g∗17.64=172460 Pa ≅172. Al instalar menos accesorios la eficiencia de la red va a hacer mayor que al trabajar con todas ellas al tiempo.CONCLUSIONES Como podemos ver la casa no necesita sistema de bombeo puesto que por la acción de la gravedad puede fluir el agua normalmente y por la presión por la que viaja el agua en la tubería principal que distribuye la red. . BIBLIOGRAFIA Vhttp://www.scribd.unioviedo.com/doc/24300374/02-Diseno-deInstalacion-hidraulica http://es.Fluidos/investigaci on/_publicaciones/pdfs_libros/PDF_SistemasdeBombeo2.com/doc/26275604/Memoria-Calculo-HidrCasa-Hab .es/Areas/Mecanica. Con este análisis podemos encontrar errores o problemas que están sucediendo en el sistema de nuestra casa y así dar una mejor solución a la utilización de nuestro sistema hidráulico.pdf http://es. Podemos implementar medios o soluciones para poder utilizar el agua que se usa para así ayudar al medio ambiente para poderla re utilizar en sistemas como sanitarios.scribd. pd f .unioviedo.Fluidos/investigac ion/_publicaciones/pdfs_libros/PDF_SistemasdeBombeo2. http://www.es/Areas/Mecanica.