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Ejercicios y Talleres

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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

Hidráulica I y Laboratorio

Taller No. 2

Para los siguientes problemas, los diámetros nominales comerciales de las tuberías se pueden suponer como los diámetros reales. La base de diámetros es: 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 y 720 mm. A no ser que se especifiqué un fluido diferente, se debe trabajar con agua a 15ºC, con las siguientes características: ρ = 999,10 kg/m3, µ = 1,14 x 10^-3 Pa.s, ν = 1,141 x 10 ^-6 m2/s

Tuberías Simples

1. Una tubería de acero de XX cm de diámetro y rugosidad absoluta de 0,3 mm conecta un tanque elevado con una piscina. El tanque produce una altura de 22 m por encima de la piscina, en donde el flujo sale como chorro libre, es decir, a presión atmosférica. La longitud total de la tubería es de 200 m y tiene un coeficiente global de perdidas menores de 10,6. Calcule el caudal de agua que fluye por la tubería. (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

2. El sistema de toma de un acueducto municipal incluye una estación de bombeo que envía el agua hacia un tanque desarenador localizado en la cima de una colina. El caudal demandado por la población es de 5XX l/s, el cual es bombeado a través de una tubería de acero de 450 mm (ks = 0,046mm). La tubería tiene una longitud total de 500 m y un coeficiente global de perdidas menores de 9,4. Calcule la potencia requerida en la bomba si su eficiencia es del 75%. (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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www.klasesdematematicasymas.com Ing. Oscar Restrepo www.fundacionsire.org



3. De acuerdo con el diseño agronómico de un sistema de riego localizado de alta frecuencia, para un cultivo de mango es necesario transportar un caudal de 1XX l/s entre la bocatoma, sobre una quebrada cercana a la finca, y la estación de fertirrigación. Con el fin de que el agua sea movida por gravedad, la bocatoma se localiza 1000 m aguas arriba de la estación generándose de esta forma una diferencia de niveles de 25,2 m entre estos dos puntos. ¿Qué diámetros en PVC se requiere? La rugosidad absoluta es: 0.0015 mm, respectivamente. La viscosidad cinemática del agua es 1,14 x 10-6 m2/s. El coeficiente global de pérdidas menores es 15,9. (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

Tuberías en Serie

4. Una bomba transmite una altura total de XX m al flujo de agua en una serie de tres tuberías, tal como se muestra en la figura. Las tres tuberías están elaborados en PVC (ks = 1,5x 10^-6 ). ¿Cuál es el caudal que llega al tanque ubicado aguas abajo? (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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5. Calcule la altura H del tanque mostrado en la figura teniendo en cuenta que el caudal que debe llegar a la piscina es de XX l/s. El material de las tuberías es hierro galvanizado, (ks = 0,15mm). (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

6. En una planta de tratamiento de agua potable es necesario repartir el agua cruda a tres tanques floculadores, tal como se muestra en la figura. Calcule el diámetro de casa una de las tuberías si su material es PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm).

Tuberías en Paralelo

7. Calcule el caudal total que fluye por el sistema en paralelo mostrado en la figura. La presión en el nodo de entrada es de 4XX kPa y en el nodo de salida es de 100 kPa, ambas manométricas. Las tuberías son en PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm). (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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8. En la red matriz del sistema de distribución de agua potable del sistema de agua de Pereira, se tiene el sistema paralelo mostrado en la figura. El caudal total que debe pasar por éste es de 3XX l/s y la presión en el nodo inicial es de 243 kPa. El material de ambas tuberías es en PVC. ¿Cuál es la presión en el nodo final? ¿Cuáles son los caudales por cada tubería? (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

9. En el subsistema de distribución de agua potable de Pereira, que parte del tanque Matecaña, se tiene una tubería con las características mostradas en la figura. El caudal máximo que puede fluir por esta tubería es de 200 l/s. La presión en el nodo de entrada equivale a 35,3 m de agua y la del nodo final es de 27,6 m de agua. Si se quieres que el caudal aumente a 4XX l/s ¿Cual deberá ser el diámetro de la nueva tubería si su longitud y coeficiente de perdidas menores son iguales a los de la tubería original y el material es PVC. ¿Cuáles son los caudales finales en cada uno de las tuberías? ¿Cuál es la altura final en el nodo 2? (El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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Redes Abiertas

10. Calcule los caudales de llegada a los cuatro embalses mostrados en la figura. Todas

las tuberías son de PVC (ks = 0,0015mm). Las longitudes, los diámetros y los coeficientes globales de perdidas menores son los mostrados en la figura.

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11. Diseñe la red abierta mostrada en la figura, teniendo en cuenta que el material de todas las tuberías es PVC (ks = 0,0015mm). En la figura se indican las longitudes y los coeficientes globales de perdidas menores de casa una de las tuberías, al igual que los caudales demandados en cada uno de los embalses.

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12. REDES CERRADAS

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Qué debe entregar? Deberá entregar las tres simulaciones, demostrando los resultados obtenidos en las diferentes iteraciones e indicando en una tabla final los caudales resultantes en las líneas y presiones en los nodos. (Ojo: El proceso iterativo debe suspenderse una vez se superen las tolerancias indicadas)-Adicionalmente deberá entregar una tabla comparativa indicando el número de iteraciones requeridas en cada método, las ventajas y desventajas que ha encontrado para cada método en comparación con los otros. Problema 2: Para la Red mallada del problema anterior, ejecutar la simulación hidráulica en periodo estático usando el paquete gratuito EPANET 2.0. EPANET es un programa de ordenador, desarrollado por la U.S. EPA, que realiza simulaciones en período extendido (o cuasiestático) del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de tuberías a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses. EPANET permite seguir la evolución del flujo del agua en las tuberías, de la presión en los nudos de demanda, del nivel del agua en los depósitos, y de la concentración de cualquier sustancia a través del sistema de distribución durante un período prolongado de simulación. Además de las concentraciones, permite también determinar los tiempos de permanencia del agua en la red y su procedencia desde los distintos puntos de alimentación. El archivo

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ejecutable de instalación de EPANET 2.0 así como el manual de usuario, lo puedes descargar en la página Web de la U.S. Environmental Protection Agency – EPA: http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html Qué debe entregar? - Dado que el método del Gradiente Conjugado es el algoritmo usado mayoritariamente por los programas comerciales (WaterCAD, H2OMap, EPANET, InfoWorks, etc), investigue acerca del planteamiento teórico que utiliza este método para la solución del problema numérico. Plasme sintéticamente los pasos o metodología que plantea el método del gradiente describiendo en pasos el proceso iterativo. Lo anterior puede investigarlo en los manuales de los programas de software o en distintas fuentes bibliográficas. - Para el Modelo Hidráulico habiendo dibujado, configurado y simulado la Red; deberá entregar el archivo .INP (con los datos de entrada de su modelo) así como los valores generados en los reportes tabulares para Nodos (Nodes) y Líneas (Links) con los valores de presión y caudal respectivamente. - Enumere 5 características que encuentre en el trabajo de modelación bajo EPANET, que le parezcan altamente ventajosas en términos de su trabajo y en comparación con los métodos manuales de resolución usados en el Problema 1.

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