Hydraulic Calculations Safe Rain

Cálculos hidráulicos de fuentes ornamentales con auxilio de Hojas de Cálculo electrónicas.

Cálculos hidráulicos para fuentes ornamentales

AUTOR: Juan E. González Fariñas ([email protected])En colaboración con Safe-Rain S.L www.saferain.com

Introducción de datos de las tuberías y sus accesorios.

Resultados de los cálculos de las pérdidas de carga en tuberías.

Propiedades del agua (Consulta opcional)

Información adicional de coeficientes de pérdidas de carga en accesorios.

Ejemplo de cálculo de pérdidas de carga resuelto

Cálculos hidráulicos de fuentes ornamentales con auxilio de Hojas de Cálculo electrónicas.

Cálculos hidráulicos para fuentes ornamentales

AUTOR: Juan E. González Fariñas ([email protected])En colaboración con Safe-Rain S.L www.saferain.com

Introducción de datos de las tuberías y sus accesorios.

Resultados de los cálculos de las pérdidas de carga en tuberías.

Propiedades del agua (Consulta opcional)

Información adicional de coeficientes de pérdidas de carga en accesorios.

Ejemplo de cálculo de pérdidas de carga resuelto

El uso de este Libro

es de la completa responsabilidad

del usuario.

input data PROGRAMA DE CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA

output data

TUBERÍA RECTA EQUIVALENCIAS DE TRAMO RECTO DE PÉRDIDAS EN ELEMENTOS

a) Introducir datos Accesorios de diám. Constante Número

Q = 6.92 l / s Codos rectos (radio largo)

L recta total = 50.00 m Codos rectos (radio medio)

94.00 mm Codos rectos (radio corto) 2e = 0.007 mm

Temperatura = 25.0 Válvulas compuerta 1Válvulas de globo

b) Resultados obtenidos Válvulas de ángulo

Válvulas de mariposa

velocidad 0.9972 m/ s Válvulas de retención

Entrada desde depósito

viscosidad f(tª) 0.0092 Salida de la tubería

0.05 m Ensanchamiento brusco

Re 102,057 adimensional Estrechamiento brusco

f = 0.0183 Otros

FUNCION-OBJETIVO: 0.000 Otros

L. equiv. acc. total = 10.216 m60.216 m0.594 m

D interior =

Codos de 450

(0 C)

cm2 / sv 2 / 2g =

L equiv. Total =

Sh f =

G8

K = 0,90.

G9

K = 0,75.

C10

Si la tubería tiene una sección diferente a la circular, se empleará el "diámetro equivalente" ( De =4* Radio hidráulico). Donde: Radio hidráulico es igual al valor que resulta de dividir el área mojada entre el perímetro mojado.

G10

K = 0,60.

C11

Rugosidad "absoluta" de la tubería. Bronce: 0 a 0,0015 mm. Polietileno(PE): 0 a 0,0015 mm. PVC . 0 a 0,010 mm. Hierro forjado y acero: 0,05 a 0,15 mm. Acero galvanizado: 0,15 mm. Fundición dúctil (Libro "Agua y Hierro. Canalizaciones de fundición dúctil", 2006): línea de tubería con sus uniones y piezas especiales = 0. 1 mm; grandes conducciones con un número reducido de accesorios por kilómetro = 0. 06 a 0. 08 mm; un tubo solo = 0.03 mm. Fundición en servicio: 1,5 a 3 mm. Hormigón liso: 0,3 a 3,0 mm. rugoso: 3,0 a 20,0 mm.

G11

Para una pieza de = 450 , liso = 0,24 y rugoso = 0,36

G12

Válvula completamente abierta, K = 0,19.

G13

Válvula completamente abierta, K = 10.

G14

Válv. Totalmente abierta, K = 5.

G15

K = 198,18(A/ A0)2 - 280,16(A/ A0) + 95,237 A0 : Área interior de la tubería. A: Área libre dejada por la válvula. VALORES EXTREMOS A/ A0 = 0,91 (Válvula abierta totalmente); K = 0,24. A/ A0 = 0,18 (Válvula bastante cerrada); K = 59.

D16

Se ha considerado un límite de 2, 5 m/s. En caso de ser superado este valor se alerta en la celda siguiente para que se proceda a cambiar el diámetro de la tubería o el caudal.

G16

Válvula de retención de columpio, completamente abierta, K = 2,5.

G17

Para tubería entrante: K = 1 a 3. Bordes vivos, a ras con la pared: 0,5. Bordes ligeramente redondeados: 0,25. Bordes abocinados: 0,06.

C18

viscosidad cinemática del fluido

G18

Se suele asumir, excepto en salidas con geometría elaborada, que K = 1,0.

G19

K = 2{Aab/Aarr - 1} Aab : Área aguas abajo. A arr: Área aguas arriba. En tuberías circulares: K= 2{(Dab/ Darr)2 - 1} ALGUNOS VALORES: Dab/ Darr =1,5; K = 2,5. Dab/ Darr = 2; K = 6.

G20

K = 1,1{(Aab/Aarr)2 - 1} Aab : Área aguas abajo. A arr: Área aguas arriba. En tuberías circulares: K= 1,1{(Dab/ Darr)4 - 1} ALGUNOS VALORES: Dab/ Darr =1,5; K = 4,469. Dab/ Darr = 2; K = 16,5.

C22

Posicionar el curso en la celda D22 y ejecutar la función "Buscar objetivo" en Herramientas (Excel 2003 y anteriores) o en Datos (versiones recientes de Excel) modificando la celda D21. EL CÁLCULO DE f ES CORRECTO SÓLO CUANDO LA CELDA D22 VALE "0".

EQUIVALENCIAS DE TRAMO RECTO DE PÉRDIDAS EN ELEMENTOS

0.60 0.000.80 0.000.90 9.240.36 0.000.19 0.98

10.00 0.005.00 0.00

0.002.50 0.000.50 0.001.00 0.00

0.000.00

0.15 0.000.00

10.22

total 1 (m) :

K accesorio l equiv. Accesorio (m)

l equiv. accesorio

Continuar

Determinar la presión, en m.c.a., en la base de la boquilla tipo “Columna de espuma”/ SAFE-RAIN (punto 2) mostrada en la figura si la bomba estuviese suministrando un caudal de 415 lpm con una presión en su salida (punto 1) de 18 m.c.a. En la tabla se muestran los requerimientos de caudal y presión en la base de la tobera para diferentes alturas de la columna de espuma.

18-2.5

Q (lpm) = 415

p1 (m.c.a.) =(Z1 - Z2) (m) =

Continuar

Solución:La presión, en m.c.a., en la base de la boquilla (punto 2) se puede obtener como resultado de aplicar la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:

p2 (m.c.a.) = (Z1 - Z2) + p1 (m.c.a.) + V1 2/ 2g - V2 2/ 2g - hf totales

Siendo la tubería de diámetro constante, la ecuación anterior queda como:

p2 (m.c.a.) = (Z1 - Z2) + p1 (m.c.a.) - hf totales

De los datos del problema se tiene que:

Las pérdidas de carga hf totales se obtienen de las Hojas de este Libro Excel de Cálculos.

input data

output data

TUBERÍA RECTA

a) Introducir datosQ = 6.92

L recta total = 50.0094.00

e = 0.007Temperatura = 25.0

b) Resultados obtenidos

velocidad 0.9972

viscosidad f(tª) 0.00920.05

Re 102,057f = 0.0183

FUNCION-OBJ. 0.000L. equiv. acc. total = 10.216

60.2160.594

D interior =

v 2 / 2g =

L equiv. Total =

Sh f =

C10

Si la tubería tiene una sección diferente a la circular, se empleará el "diámetro equivalente" ( De =4* Radio hidráulico). Donde: Radio hidráulico es igual al valor que resulta de dividir el área mojada entre el perímetro mojado.

C11

Rugosidad "absoluta" de la tubería. Bronce: 0 a 0,0015 mm. Polietileno(PE): 0 a 0,0015 mm. PVC . 0 a 0,010 mm. Hierro forjado y acero: 0,05 a 0,15 mm. Acero galvanizado: 0,15 mm. Fundición dúctil (Libro "Agua y Hierro. Canalizaciones de fundición dúctil", 2006): línea de tubería con sus uniones y piezas especiales = 0. 1 mm; grandes conducciones con un número reducido de accesorios por kilómetro = 0. 06 a 0. 08 mm; un tubo solo = 0.03 mm. Fundición en servicio: 1,5 a 3 mm. Hormigón liso: 0,3 a 3,0 mm. rugoso: 3,0 a 20,0 mm.

D16

Se ha considerado un límite de 2, 5 m/s. En caso de ser superado este valor se alerta en la celda siguiente para que se proceda a cambiar el diámetro de la tubería o el caudal.

C18

viscosidad cinemática del fluido

C22

EL CÁLCULO DE f ES CORRECTO CUANDO ESTA FUNCIÓN OBJETIVO VALE "0".

PROGRAMA DE CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA

TUBERÍA RECTA EQUIVALENCIAS DE TRAMO RECTO DE PÉRDIDAS EN ELEMENTOS

Accesorios de diám. Constante Número

l / s Codos rectos (radio largo) 0.60m Codos rectos (radio medio) 0.80

mm Codos rectos (radio corto) 2 0.90mm 0.36

Válvulas compuerta 1 0.19Válvulas de globo 10.00Válvulas de ángulo 5.00Válvulas de mariposa

m/ s Válvulas de retención 2.50Entrada desde depósito 0.50Salida de la tubería 1.00

m Ensanchamiento brusco

adimensional Estrechamiento brusco

Otros 0.15Otros

mm total 1 (m) :

m

K accesorio

Codos de 450

(0 C)

cm2 / s

l equiv. accesorio

CONTINUAR

G8

K = 0,90.

G9

K = 0,75.

G10

K = 0,60.

G11

Para una pieza de = 450 , liso = 0,24 y rugoso = 0,36

G12

Válvula completamente abierta, K = 0,19.

G13

Válvula completamente abierta, K = 10.

G14

Válv. Totalmente abierta, K = 5.

G15

K = 198,18(A/ A0)2 - 280,16(A/ A0) + 95,237 A0 : Área interior de la tubería. A: Área libre dejada por la válvula. VALORES EXTREMOS A/ A0 = 0,91 (Válvula abierta totalmente); K = 0,24. A/ A0 = 0,18 (Válvula bastante cerrada); K = 59.

G16

Válvula de retención de columpio, completamente abierta, K = 2,5.

G17

Para tubería entrante: K = 1 a 3. Bordes vivos, a ras con la pared: 0,5. Bordes ligeramente redondeados: 0,25. Bordes abocinados: 0,06.

G18

Se suele asumir, excepto en salidas con geometría elaborada, que K = 1,0.

G19

K = 2{Aab/Aarr - 1} Aab : Área aguas abajo. A arr: Área aguas arriba. En tuberías circulares: K= 2{(Dab/ Darr)2 - 1} ALGUNOS VALORES: Dab/ Darr =1,5; K = 2,5. Dab/ Darr = 2; K = 6.

G20

K = 1,1{(Aab/Aarr)2 - 1} Aab : Área aguas abajo. A arr: Área aguas arriba. En tuberías circulares: K= 1,1{(Dab/ Darr)4 - 1} ALGUNOS VALORES: Dab/ Darr =1,5; K = 4,469. Dab/ Darr = 2; K = 16,5.

EQUIVALENCIAS DE TRAMO RECTO DE PÉRDIDAS EN ELEMENTOS

0.000.009.240.000.980.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00

10.22

l equiv. Accesorio (m)

Vista de la Hoja de Resultados de pérdidas de carga

18-2.50.59

Q (lpm) = 415

14.9

p1 (m.c.a.) =(Z1 - Z2) (m) =

h f totales (m) =

Finalmente: p2 (m.c.a.) = (Z1 - Z2) + p1 (m.c.a.) - hf totales

p2 (m.c.a.) =REGRESAR

output data RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS:

V = 1.00 m/ sv 2 / 2g = 0.05 m

Re = 102.057 adim.f = 0.0183 adim.

FUNCION-OBJ. 0.001l equiv. acc. total = 10.22 m

L equiv. Total = 60.22 m Sh f = 0.59 m

RESUMEN:Pérdidas de carga en tubería recta (m) = 0.49Pérdidas de carga en los accesorios (m) = 0.10Pérdidas de carga totales (m) = 0.59

Notas para obtener el resultado de los cálculos:-. En Excel 2003: situar el ratón sobre la celda naranja/ Herramientas/ Buscar Objetivo/ Con el valor 0/ Para cambiar la celda B8.

-. En Excel 2007: Datos/ Análisis y si../ Buscar Objetivo

output data RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS:

V = 1.00 m/ sv 2 / 2g = 0.05 m

Re = 102.057 adim.f = 0.0183 adim.

FUNCION-OBJ. 0.001l equiv. acc. total = 10.22 m

L equiv. Total = 60.22 m Sh f = 0.59 m

RESUMEN:Pérdidas de carga en tubería recta (m) = 0.49Pérdidas de carga en los accesorios (m) = 0.10Pérdidas de carga totales (m) = 0.59

Notas para obtener el resultado de los cálculos:-. En Excel 2003: situar el ratón sobre la celda naranja/ Herramientas/ Buscar Objetivo/ Con el valor 0/ Para cambiar la celda B8.

-. En Excel 2007: Datos/ Análisis y si../ Buscar Objetivo

TABLA. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA

1 2 3 4 5

Temperatura Peso Densidad Viscosidad Viscosidad

específico dinámica cinemática

T g r m n

0 9806 999.9 1.792 1.7925 9807 1000.0 1.519 1.519

10 9804 999.7 1.308 1.30815 9798 999.1 1.140 1.14120 9789 998.2 1.005 1.00725 9778 997.1 0.894 0.89730 9764 995.7 0.801 0.80435 9749 994.1 0.723 0.72740 9730 992.2 0.656 0.66145 9711 990.2 0.599 0.60550 9690 988.1 0.549 0.55655 9666 985.7 0.506 0.51360 9642 983.2 0.469 0.47765 9616 980.6 0.436 0.44470 9589 977.8 0.406 0.41575 9560 974.9 0.380 0.39080 9530 971.8 0.357 0.36785 9499 968.6 0.336 0.34790 9466 965.3 0.317 0.32895 9433 961.9 0.299 0.311

100 9399 958.4 0.284 0.296

( 0C ) N/ m3 Kg/ m3 Pa*s x 10 -3 cm2/ s x 10 -2

* g = 9806 N/ m3

Carga a presión absoluta del vapor (m) vs. Temperatura 0C



6 7 8

Tensión Carga a presión Módulo Temperatura

superficial de vapor Elasticidad Vol.

s B T

m Pa (adim.)

7.62 0.06 204 0 1.7807.54 0.09 206 5 1.5087.48 0.12 211 10 1.2997.41 0.17 214 15 1.1337.36 0.25 220 20 1.0007.26 0.33 222 25 0.8917.18 0.44 223 30 0.7987.10 0.58 224 35 0.7227.01 0.76 227 40 0.6566.92 0.98 229 45 0.6016.82 1.26 230 50 0.5526.74 1.61 231 55 0.5096.68 2.03 228 60 0.4746.58 2.56 226 65 0.4416.50 3.20 225 70 0.4126.40 3.96 223 75 0.3876.30 4.86 221 80 0.3646.20 5.93 217 85 0.3456.12 7.18 216 90 0.3266.02 8.62 211 95 0.3095.94 10.33 207 100 0.294

pv * Visc cinem T / Visc cinemT = 200C

N / m x 10 -2 ( 0C )




1

Temperatura

T

(adim.)

1.002 01.002 51.002 101.001 151.000 200.999 250.997 300.996 350.994 400.992 450.990 500.987 550.985 600.982 650.980 700.977 750.974 800.970 850.967 900.964 950.960 100

g T / g T = 20 0C

( 0C )

Tabla del Manual de EPANET en Español

Efecto de la Presión atmosférica con la altitud. Se puede determinar con la fórmula siguiente:Pa (m) = 10,33 – Altitud (m) / 900

Efecto de la Presión atmosférica con la altitud. Se puede determinar con la fórmula siguiente:Pa (m) = 10,33 – Altitud (m) / 900

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