Microsoft PowerPoint - Sesión 11 FLUIDOS - Flujo de Fluido en Tuberías

 

  NIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO ESC ELA DE INGENIERÍA CIVIL

  URSO: FLUIDOS

SESIONES 11 Flujo de fluidos en tuberías

1

 

Ingeniería Civil 

Las tuberías tienen como   función el transporte de fluidos en forma eficiente. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto.

 

Ingeniería Civil 

Las uniones y tuberías se clasifican para alta y baja presión. Se las llama de alta presión a aquellas que van a ser utilizadas con presiones desde 4 000 psi a 20 000 psi. Se las denomina de baja presión a aquellas que serán utilizadas con presiones menores de 500 psi.

 

Ingeniería Civil 

Un fluido en movimiento ofrece una un a re resi sist sten enci cia a de fric fricci ción ón al flujo, esto origina que parte de la energía del sistema se conv co nvie iert rte e enseener en ergí gía a até térm rmic ica a (calor), que disipa través de las las parede redes s del co con nduct ducto o en el que el fluido se desplaza.

 

Ingeniería Civil 

Las uniones y tuberías se clasifican para alta y baja presión. Se las llama de alta presión a aquellas que van a ser utilizadas con presiones desde 4 000 psi a 20 000 psi. Se las denomina de baja presión a aquellas que serán utilizadas con presiones menores de 500 psi.

 

Ingeniería Civil 

Ejm1. Un caudal de 44 l/s de un aceite de viscosidad absoluta 0.0103 kgs/m2 y densidad relativa 0.850 está circulando por  una tubería de 30cm de diámetro y 3000 de longitud. ¿Cuál es la pérdida de carga en la tubería? (R: 8.01 m) Ejm2. Del punto A al punto B está ffluyendo luyendo un fuel-oil pesado a través de una tubería de acero horizontal de 900m de longitud y 15 cm de diámetro. La presión en A es de 11 kg/cm2 y en B de 0.35 kg/cm2. La viscosidad 4.13 x10-4 m2/s y DR 0.918 ¿Cuál es el caudalcinemática en l/s? (R: es 38 l/s)

 

Ingeniería Civil 

Ejm3. Determinar la pérdida de carga en un tramo de tubería nueva de fundición sin recubrimiento de 30cm de diámetro interior y 1000m de longitud cuando (a) fluye agua a 15°C y a una velocidad de 1.5m/s y (b) fluye un fuel-oil medio a 15°C a la misma velocidad. (R: 7.45 m) Ejm4. Los puntos A y B están unidos por una tubería nueva de acero comercial de 15cm de diámetro interior y 1200m de longitud. El punto B está situado 15m por encima de A y las presiones en A y B son 8.60 y 3.40 kg/cm2 respectivamente. ¿Qué caudal (R: 40.8 l/s) de un fuel-oil medio a 20°C circulan entre A y B.

 

Ingeniería Civil 

Ejm5. Un fuel-oil medio a 15°C se bombea al depósito C a través de 1800m de una tubería nueva de acero roblonado de 40cm de diámetro interior. La presión en A es de 0.14 kg/cm2, cuando el caudal es de 197 l/s. (a) ¿qué potencia debe suministrar la bomba a la corriente de fuel-oil? Y (b) ¿Qué presión debe mantenerse en B?. Dibujar la línea de alturas piezométricas. (R: 87 CV y 3.45 kg/cm2)

 

Ingeniería Civil 

Se bombea agua a 15°C al depósito C a través de 1 A00m de una tubería nueva de acero roblonado de 4B  cm de diámetro interior. La presión en A es de 0.1 F  kg/cm2, cuando el caudal es de 1D0 l/s. (a) ¿qué potencia debe suministrar la bomba a la corriente de agua? Y (b) ¿Qué presión debe mantenerse en B?. Dibujar la línea de alturas piezométricas. piezométricas.

TAREA

 

Ingeniería Civil 

Ejm6. Está fluyendo un aceite desde el depósito A a través de una tubería nueva de fundición asfaltada de 15cm y 150m de longitud hasta el punto B, a una elevación de 30m. ¿Qué presión en kg/cm2 tendrá que actuar sobre A para que circulen 13 l/s de aceite? (DR=0.840 y viscosidad 2.1 x10-6 m2/s). Utilizar e=0.012cm.

 

Ingeniería Civil 

Para resolver aproximadamente problemas sobre corrientes de flujos en conductos cerrados emplearemos las fórmulas empíricas de: A) Hazen – Williams:     . . . Q  . . .

Muy empleado en conductos cerrados.

Donde: V=velocidad (m/s) R=radio hidráulico (m)=área sección/perímetro mojado C=coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams (tabla6) S=pendiente de carga de la línea de alturas piezométricas pérdida de carga por unidad de longitud del conducto)

 

Ingeniería Civil 

  n   e   z   a    H   e    d   a   m   a   r   g   o   m   o    N   s   e    t   n   e    i   c REF:    f   e OS. 010, OS 050 y   o OS 060    C

 

Ingeniería Civil 

LUNES

 

Ingeniería Civil 



B) Fórmula de Manning:    / / 

Q  Muy empleado en conductos abiertos (Canales). Donde: V=velocidad (m/s) R=radio hidráulico (m)=área sección/perímetro sección/perímetro mojado n=coeficiente de rugosidad de Manning (tabla9) S=pendiente de carga de la línea de alturas piezométricas

pérdida de carga por unidad de longitud del conducto)

 

Ingeniería Civil 

REF: OS 060 coeficientes de Manning en conductos cerrados.   at aterial

n

Asbesto Cemento

0.010

Hierro Fundido Dúctil

0.010

Cloruro de Polivinilo

0.010

Poliéster Reforzado con fibra de vidrio

0.010

Concreto Armado liso

0.013

Concreto Armado con revestimiento r evestimiento de PVC

0.010

Arcilla Vitrificada

0.010

 

Ingeniería Civil 

REF: OS 060 coeficientes de Manning en conductos cerrados.

 

Ingeniería Civil 

REF: OS 060 coeficientes de Manning en conductos cerrados.

 

Ingeniería Civil 

Ejm7. Comparar los resultados obtenidos por resolución algebraica y Ejm7. Comparar median iante el diagr agrama B para (a) el cau caudal que circ ircula por una tubería nueva eva de 30cm 0cm de diáme ámetro con una una pér pérdida de altura ura métrica de 4.30m en 1500m de tubería y (b) la pérdida de carga que tiene lugar en1800m de tubería vieja de fundición de 60 cm de diámetro, cuando el caudal que circula es de 250l/s. Ejm8.   Una tubería comercial usada de 30cm diámetro transporta 100l/s de agua. Calcula la pérdida de altura en 1200m de tubería: (a) mediante la fórmula de Darcy (R:10.60m) (R:10.60m) (b)  (b) utilizando la fórmula de Hazen-W Hazen-Will illiam iams? s? (R:10.51m)   (c) (c) Util Utiliz izan ando do el Nomo Nomogr gram ama a de Hazen? (R:11.4m) (TAREA). Ejm9.  Para una pérdida de carga de 5m/1000 m y utilizando C=100 Ejm9. Para para pa ra toda todas s las las cond conduc ucci cion ones es:: ¿Cuá ¿Cuánt ntas as tube tuberí rías as de 20 cm son son equivalentes a una de 40 cm? Y ¿a una de 60cm?

 

Ingeniería Civil 

CANALES Los canales les son conductos tos en los que el agua circula debido a la acción de gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera. Los canales pueden ser naturales (ríos o arroyos) o artificiales (construidos por el hombre).

 

Ingeniería Civil 

EMPLEO DE CANALES

 

Ingeniería Civil 

Elementos de la sección transversal de un canal.

donde: y = tirante de agua, es la profundidad máxima del agua en el canal. b = ancho de solera, ancho de plantilla, o plantilla, es el ancho de la base de un canal. T = espejo de agua, es el ancho de la superficie libre del agua. C = ancho de corona. H = profundidad total del canal. H-y= bordo libre. θ = ángulo de inclinación de la paredes laterales con la horizontal. Z = talud, es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal).

 

Ingeniería Civil 

Elementos de la sección transversal de un canal. Z = talud, es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal). Es decir Z es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1.  A = área hidráulica, es la superficie ocupada por el liquido en una sección transversal normal cualquiera. p = perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con el líquido.

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Ingeniería Civil 

Elementos de la sección transversal de un canal.

R = radio hidráulico, es la dimensión característica de la se secc cció ión n tran transv sver ersa sal, l, ha hace ce la las s fu func ncio ione nes s de dell diámetro en tuberías    = Pro rofu fund ndid idad ad me medi dia a o ti tira rant nte e hi hidr dráu áuli lico co,, es la  relación entre el área hidráulica y el espejo de agua.

  /

  / 

 

 .    l   a   a    l   n   e   a    d   c   s   n   a   u    i   c   e   r    d    t    l    é   a   m  s   o   r   e   e   g   v   s   s   n   e   a   r   n   t   o    i   c   ó   n   a    i    l   c   e   c    R  e   s

Ingeniería Civil 

 

Ingeniería Civil 

Relaciones geométricas de la sección transversal de un canal. Relaciones geométricas para una sección triangular y trapezoidal con taludes diferentes.

 

EJEMPLOS

Ingeniería Civil 

1) Determinar el gasto normal en un canal trapezoidal cuyo tirante de agua es 2.6m .6m, N=0.013, pendiente de carga S=0.016, ancho de solera 3m y talud 1:2. (R: 266 m3/s) 2) Determinar el gasto normal en un canal trapezoidal cuyo tirante de agua es 2.6m, N=0.013, pendiente de carga S=0.016, ancho de solera 3m y Z=1.5. (R: 223 m3/s)

 

Ingeniería Civil 

Sol 1

Sol 2

 

EJERCICIOS

Ingeniería Civil 

3) Determinar el gasto que conduce un canal rectangular, si: N=0.018, S=0.0004, y=3.C y=3.Cm, b=4.2m. 4) Determinar el gasto que conduce un canal trapezoidal, si: N=0.029, S=0.00002, y=3.5m, b=5.B b=5.Bm, Z=1,3. 5) Determinar el gasto que conduce un canal triangular, si: N=0.018, S=0.02, y=0.4A y=0.4Am, Z=0.6. 6) Dete Determ rmin inar ar la pend pendie ient nte e en un ca cana nall rect rectan angu gula larr, si: si: N=0. N=0.02 025, 5, b=2.45m, y=1.85, Q=3.F Q=3.F m3/s 7) Determinar la pendiente para que un canal trapezoidal conduzca 6.A 6. Am3/s, si: N=0.035, Z=1.D Z=1.D, y=1.83m, b=3.51m.

 

Sol 3

Ingeniería Civil 

 

Sol 4

Ingeniería Civil 

Sol 5

 

Sol 6

Ingeniería Civil 

Sol 7

 

Ingeniería Civil 

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