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Esta es la tarea compleja 3 de Sistema de transporte de fluidos. Denle un buen uso.1

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  • Como se llama el libro que llevaban el que tenia ilustraciones de tuberias en gigantes ????? pq no fuiste con marin jajaja !!!
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  • aportes muy valiosos

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  • 1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA. SISTEMA DE TRANPORTE DE FLUIDOS. AULA 24. CATEDRÁTICO: DR ANDRÉS VELAZQUES PEREZ. ALUMNOS: ELVIS CARVAJAL FIGUEROA. PEDRO DASAEF ESPINOZA JIMENEZ. PABLO RUÍZ CASAS. RENE GRACÍA MENDEZ. CHRISTIAN LOPEZ JIMENEZ. TAREA COMPLEJA 1:ANALISIS DE SISTEMA DE TUBERIA SIMPLE. 28/FEBRERO/2011.
  • 2. Objetivo.Proponer un sistema de tuberías simples, calculando las pérdidas de energía primarias ysecundarias mediante métodos analíticos y comprobar dichos cálculos con el empleo de losprogramas 1-14 del software de Hidráulica de Tuberías. Analizando al menos tres planteamientos(considerando cambios en diámetros, materiales y accesorios del sistema) para poder seleccionarel más eficiente.Poder aplicar los conceptos vistos en clase así como poder hacer la utilización de un softwarepara poder comprobar nuestros resultados.Aprender cómo es que podríamos hacer más eficiente un sistema hidráulico. Introducción.Para el análisis de estos sistemas de tuberías primero se realizo lo que es una selección entre lasdiferentes propuestas que tuvimos en el equipo, la cual fueron expuestas por diferentesintegrantes del equipo. Y al final se llego a la selección de lo fue este “Análisis de una sistemade riego el cual sirve para poder dar abastecimiento a diferentes cultivos”.Ya que en donde se encuentra ubicado los cultivos no llega lo que es el servicio de agua, y paraeste se realizo un diseño de tuberías y diferentes dispositivos…Ahora a partir de la materia de sistemas de transporte de fluidos y empleando los conceptosteóricos estudiados en esta materia realizaremos lo que es el análisis de esta tubería, la cualustedes podrán observar un diagrama de este mas adelante.Aplicaremos la formulas para el análisis de tuberías, las cuales nos servirán para poder encontrarlas perdidas en tuberías, y nos indicara cuan eficiente es mi sistema de tubería. Así como nosotrostambién a partir de nuestros criterios propondremos dos propuestas para poder realizar unamejora al sistema en análisis. Nuestra finalidad es realizar un sistema que sea más eficiente. Fundamentos.
  • 3. El cálculo del caudal de agua viene expresado por la ecuación de continuidad:Donde:  Q es el caudal (m³/s)  V es la velocidad (m/s)  S es la sección de la tubería (m²)Para que el fluido discurra entre dos puntos a lo largo de una línea de flujo, debe existir unadiferencia de energía entre esos dos puntos. Esta diferencia corresponderá, exactamente, a laspérdidas por rozamiento, que son función de los organismos.  la rugosidad del conducto  la viscosidad del fluido  el régimen de funcionamiento (régimen laminar o régimen turbulento)  el caudal circulante, es decir de la velocidad (a más velocidad, más pérdidas)El cálculo de caudales se fundamenta en el Principio de Bernoulli que, para un fluido sinrozamiento, se expresa como:Donde:  g es la aceleración de la gravedad  ρ es la densidad del fluido  P es la presiónSe aprecia que los tres sumandos son, dimensionalmente, una longitud(o elevación), por lo que elprincipio normalmente se expresa enunciando que, a lo largo de una línea de corriente, la suma
  • 4. de la altura geométrica (h) la altura de velocidad ( ) y la altura de presión ( ) se mantieneconstante.Estos nos indica que un fluido al circular de un punto a otro, este debe de vencer la resistenciaque le ofrece las paredes interiores del material con el que este diseñado, así como los diferentesdispositivos que estén en este provocando que en este existan perdidas de energía. Considerandoel rozamiento, la ecuación a partir del principio de Bernoulli entre dos puntos se puede expresarcomo: Como calcular la pérdidas en toda la tubería. Perdidas Primarias Se deben al rozamiento del fluido con la pared de la tubería y se determinan con laecuación Darcy-Weisbach, donde:  hf = pérdida de carga debida a la fricción.  f = factor de fricción de Darcy.  L = longitud de la tubería.  D = diámetro de la tubería.  v = velocidad media del fluido.  g = aceleración de la gravedad: g = 9,81 m/s2. Para calcular el coeficiente o factor de fricción nos podemos basar en el llamado “diagramade Moody”, el cual se muestra a continuación:
  • 5. Para utilizar este diagrama necesitamos conocer el número de Reynolds (eje horizontal) y larugosidad relativa ( , curvas del diagrama). Otra forma de encontrar dicho coeficiente es a través de la fórmula para flujolaminar, o la ecuación de Coolebrook para cualquier tubería: Perdidas Secundarias Este tipo se deben a la presencia de accesorios en la línea tales como válvulas,ensanchamientos, codos, etc. Estas pérdidas se evalúan generalmente como:
  • 6. Donde K es Coeficiente de Resistencia o Empírico. Diagrama de tuberías. Accesorios de la tubería. Material Tamaño Manguera cedula 40 De 3’’ Manguera cedula 40 De 2’’ Niple de reducción De 3’’ a 2’’ Niple conector De 2’’ Niple de rosca De 2’’ Tapones de hierro para niple De 2’’ Investigación sobre la tubería a analizar.
  • 7. Aquí les mostramos algunas imágenes sobre lo que fue la investigación en la cual tomamos diferentesdatos como lo son las dimensiones de la tubería así como los diferentes accesorios que hay en esta, loscuales nos servirían de apoyo para poder realizar el análisis de esta y poder diseñar un diagrama que nosserviría de apoyo. Primer análisis (Análisis sobre el sistema original).Los primeros datos que podemos obtener a partir de la tubería son:Viscosidad N s/m2. @ 20°CPeso especifico γ= 9.81 KN/m³ε = 0.0015 (mm)Q=0.2083 L/SLongitudes de la tubería 3’’= 15m 2’’=1636.5m  Sacando cálculos para el sistema de riego tenemos las siguientes soluciones:
  • 8. Despejando v y sustituyendo es para la velocidad en la tubería de 3’’ y para la tubería de 2’’. Sustituyendo los valores tenemos: Después de esto daremos parte a realizar el análisis para saber si nuestra tubería el fluido es de régimen laminar o turbulento. Sustituyendo los valores para calcular el régimen del fluido. Como se puede observar en ambos extremos de la manguera el fluido se comporta con un régimen de fluido turbulento. Ahora realizaremos el análisis del coeficiente de fricción para cada extremo de la tubería con la siguiente fórmula:
  • 9.  Sustituyendo los valores obtenemos: Ahora realizaremos el cálculo de las perdidas primarias para ambas tuberías las de 2’’ y 3’’, para el caso de estos análisis se toma en cuenta que la tubería el fluido esta en movimiento y no estático. 3’’= 15m 2’’=1636.5m Las perdidas primarias en total seria: Ahora procederemos a realizar el análisis de las pérdidas secundarias, para esta primera parte de 3’’ solo se tiene una reducción de 3’’ a 2’’
  • 10.  Para la tubería de 2’’ hay encontramos 3T con , 6 codos de radio grande 90° con y 2 codos de radio grande 45° con , las perdidas por los 110 niples no se consideraron ya que no se encontraron valores de k.  Las pérdidas secundarias totales serían:  Y finalmente, las pérdidas totales del sistema vienen dadas: Segundo análisis análisis (Rediseñar la tubería).En nuestra propuesta 2 consideramos la opción de rediseñar toda la tubería con la finalidad de ahorraralgunos metros así como algunos accesorios ya que esto provocaría menores perdidas así como perdidaspor accesorios, ya que al rediseñar los materiales también se utilizarían menores accesorios como niples yalgunos codos de 45°.
  • 11. Longitudes de la tubería 3’’= 15m 2’’=1381.50m  Sacando cálculos para el sistema de riego tenemos las siguientes soluciones: Despejando v y sustituyendo es para la velocidad en la tubería de 3’’ y para la tubería de 2’’.  Sustituyendo los valores tenemos:  Después de esto daremos parte a realizar el análisis para saber si nuestra tubería el fluido es de régimen laminar o turbulento.
  • 12.  Sustituyendo los valores para calcular el régimen del fluido. Como se puede observar en ambos extremos de la manguera el fluido se comporta con un régimen de fluido turbulento. Ahora realizaremos el análisis del coeficiente de fricción para cada extremo de la tubería con la siguiente fórmula: Sustituyendo los valores obtenemos: Ahora realizaremos el cálculo de las perdidas primarias para ambas tuberías las de 2’’ y 3’’, para el caso de estos análisis se toma en cuenta que la tubería el fluido esta en movimiento y no estático. 3’’= 15m 2’’=1381.50m
  • 13.  Las perdidas primarias en total seria:  Ahora procederemos a realizar el análisis de las pérdidas secundarias, para esta primera parte de 3’’ solo se tiene una reducción de 3’’ a 2’’  Para la tubería de 2’’ hay encontramos 3T con , 6 codos de radio grande 90° con y 2 codos de radio grande 45° con , las perdidas por los 110 niples no se consideraron ya que no se encontraron valores de k.  Las pérdidas secundarias totales serían:  Y finalmente, las pérdidas totales del sistema vienen dadas:Como se puede observar es cierto lo que supusimos al principio de nuestro segundo análisis, yaque las pérdidas si fueron menores debido a que la longitud de tubería de 2’’ se disminuyo yesto provoco que hubiera menores pérdidas por fricción en la tubería. Para nuestro tercer análisis (Cambiamos toda la tubería a una tubería de 2’’ por una 1 1/2’’, así como el rediseño de toda la tubería).Se espera que en este tercer análisis las perdidas sean menores ya que como se acaba de mencionar latubería se redujo por una de 1 ½’’ para que el fluido salga con mayor velocidad.
  • 14. Longitudes de la tubería 3’’= 15m 1 1/2’’=1381.50m  Sacando cálculos para el sistema de riego tenemos las siguientes soluciones: Despejando v y sustituyendo es para la velocidad en la tubería de 3’’ y para la tubería de 1 1/2’’.  Sustituyendo los valores tenemos:  Después de esto daremos parte a realizar el análisis para saber si nuestra tubería el fluido es de régimen laminar o turbulento.  Sustituyendo los valores para calcular el régimen del fluido.  Como se puede observar en ambos extremos de la manguera el fluido se comporta con un régimen de fluido turbulento. Pero ahora en la tubería que acabamos de adecuar el fluido se comporta mas turbulento  Ahora realizaremos el análisis del coeficiente de fricción para cada extremo de la tubería con la siguiente fórmula:
  • 15.  Sustituyendo los valores obtenemos: Ahora realizaremos el cálculo de las perdidas primarias para ambas tuberías las de 2’’ y 3’’, para el caso de estos análisis se toma en cuenta que la tubería el fluido esta en movimiento y no estático. 3’’= 15m 2’’=1636.5m Las perdidas primarias en total seria: Ahora procederemos a realizar el análisis de las pérdidas secundarias, para esta primera parte de 3’’ solo se tiene una reducción de 3’’ a 2’’
  • 16.  Para la tubería de 2’’ hay encontramos 3T con , 6 codos de radio grande 90° con y 2 codos de radio grande 45° con , las perdidas por los 10 niples no se consideraron ya que no se encontraron valores de k.  Las pérdidas secundarias totales serían:  Y finalmente, las pérdidas totales del sistema vienen dadas:Como se puede ver las pérdidas fueron mayores debido a que se redujo el diámetro y debido a la fricciónque hay en la tubería la perdidas fueron mayores en el primer tramo de 3’’, las perdidas quedaron igualdebido a que hay no hubo ninguna modificación. Conclusión. Resultados obtenidos PÉRDIDAS PRIMARIAS PÉRDIDAS ECUNDARIAS PÉRDIDAS TOTALES SISTEMA ORIGINAL PROPUESTA 1 PROPUESTA 2Se puede observar en la tabla de resultados que mi sistema de tuberías seria mas eficiente si tansolo realizo una recontruccion de la tubería ya que como ahorraría tubería esto haría que lasperdidas serán menores.
  • 17. Tablas que se utilizaron para calcular las pérdidas. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA Presió Peso Módulo Viscosida Viscosida Densida Tensión n deTemperatur específic de d d d superficia vapor a (ºC) o elasticida dinámica cinemátic (kg/m3) l (N/m) (kN/m2 (kN/m3) d (kN/m2) (N·s/m2) 2 a (m /s) ) 1,781 · 10- 1,785 · 10- 0 9,805 999,8 1,98 · 106 3 6 0,0765 0,61 1,518 · 10- 1,519 · 10- 5 9,807 1000,0 2,05 · 106 3 6 0,0749 0,87 1,307 · 10- 1,306 · 10- 10 9,804 999,7 2,10 · 106 3 6 0,0742 1,23 1,139 · 10- 1,139 · 10- 15 9,798 999,1 2,15 · 106 3 6 0,0735 1,70 1,102 · 10- 1,003 · 10- 20 9,789 998,2 2,17 · 106 3 6 0,0728 2,34 0,890 · 10- 0,893 · 10- 25 9,777 997,0 2,22 · 106 3 6 0,0720 3,17
  • 18. 6 0,708 · 10- 0,800 · 10-30 9,764 995,7 2,25 · 10 3 6 0,0712 4,24 0,653 · 10- 0,658 · 10-40 9,730 992,2 2,28 · 106 3 6 0,0696 7,38 0,547 · 10- 0,553 · 10-50 9,689 988,0 2,29 · 106 3 6 0,0679 12,33 0,466 · 10- 0,474 · 10-60 9,642 983,2 2,28 · 106 3 6 0,0662 19,92 0,404 · 10- 0,413 · 10-70 9,589 977,8 2,25 · 106 3 6 0,0644 31,16 0,354 · 10- 0,364 · 10-80 9,530 971,8 2,20 · 106 3 6 0,0626 47,34 0,315 · 10- 0,326 · 10-90 9,466 965,3 2,14 · 106 3 6 0,0608 70,10 0,282 · 10- 0,294 · 10-100 9,399 958,4 2,07 · 106 3 6 0,0589 101,33 VALORES DEL COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES Accidente K L/D Válvula esférica (totalmente abierta) 10 350 Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5 175 Válvula de seguridad (totalmente abierta) 2,5 - Válvula de retención (totalmente abierta) 2 135 Válvula de compuerta (totalmente abierta) 0,2 13 Válvula de compuerta (abierta 3/4) 1,15 35 Válvula de compuerta (abierta 1/2) 5,6 160 Válvula de compuerta (abierta 1/4) 24 900 Válvula de mariposa (totalmente abierta) - 40 T por salida lateral 1,80 67 Codo a 90º de radio corto (con bridas) 0,90 32 Codo a 90º de radio normal (con bridas) 0,75 27
  • 19. Codo a 90º de radio grande (con bridas) 0,60 20 Codo a 45º de radio corto (con bridas) 0,45 - Codo a 45º de radio normal (con bridas) 0,40 - Codo a 45º de radio grande (con bridas) 0,35 - RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES Material ε (mm) Material ε (mm) Plástico (PE, PVC) 0,0015 Fundición asfaltada 0,06-0,18 Poliéster reforzado con fibra de vidrio 0,01 Fundición 0,12-0,60 Tubos estirados de acero 0,0024 Acero comercial y soldado 0,03-0,09 Tubos de latón o cobre 0,0015 Hierro forjado 0,03-0,09 Fundición revestida de cemento 0,0024 Hierro galvanizado 0,06-0,24Fundición con revestimiento bituminoso 0,0024 Madera 0,18-0,90 Fundición centrifugada 0,003 Hormigón 0,3-3,0