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“Año de la promoción de la industria responsable y del compro

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA:

INGENIERIA CIVIL

CURSO:

MECÁNICA DE FLUIDOS.

TEMA:

PROYECTO DE APLICACIÓN “PROYECTO N° 05”

DOCENTE:

Ing. SILVA LINDO Marco Antonio.

CICLO:

V

SEMESTRE:

2014 - II

INTEGRANTES:   

FERNANDEZ MENACHO Lincoln J. OBISPO MEJIA Wilmer. VALVERDE CAMONES Wilson.

HUARAZ

2015

CARÁTULA (TITULO DE LA INVESTIGACIÓN)

PERU

111.0904.404 112.0904.337 112.0904.347

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RESUMEN Una de las aplicaciones de la ingeniería de la mecánica de fluidos, es en el campo de las instalaciones sanitarias, de agua y desagüe, así como en el abastecimiento del agua para otras actividades más, tales como el regadío, carga de agua en camiones cisterna u otras actividades en donde estén involucradas el sistema de tuberías, al tratarse de tuberías con o sin bombeo implica perdidas de carga. En esta red también implica perdidas de cargas locales debido a los codos, T’s, Cruz, reducciones, etc. Uno de los problemas en el mundo real es diseñar un sistema de tuberías y válvulas que nos garantice la equitativa distribución de caudal en todas las salidas de agua, para ello, una de las alternativas de solución es la utilización de válvulas para controlar el paso de agua por estas tuberías para asi conseguir una distribución más equitativa. En el siguiente proyecto de investigación, justamente vamos a demostrar eso, la correcta distribución de caudales en todas las salidas de agua, utilizando válvulas y las pérdidas de carga a nuestro favor. Esto es muy importante en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, una de ellas es la distribución de caudales en las viviendas para garantizar una distribución equitativa.

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ABSTRACT One of the applications of engineering fluid mechanics, is in the field of health facilities, water and sewage as well as water supply for other activities such as irrigation, water loading of tankers or other activities which are involved in the piping system, being pipes with or without pumping involves loss of load. This network also involves loss of local loads due to the elbows, T's, Cruz, rebates, etc. One of the problems in the real world is to design a system of pipes and valves that guarantees equitable distribution of flow in all water outlets for this, one of the possible solutions is to use valves to control the passage of these water pipes so achieve a more equitable distribution. The following research project, we will demonstrate precisely why the correct distribution of flows in all water outlets, using valves and pressure losses in our favor. This is very important in all aspects of our daily lives, one of which is the distribution of flow in housing to ensure equitable distribution.

ÍNDICE

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I. II. III. IV. V.

INTRODUCCION EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN OBJETIVO HIPÓTESIS MARCO TEORICO 2.1 Caudal 2.2 Flujo en tuberías. 2.3 Diseño de redes 2.4 Válvulas de control de flujo.

VI.

VII. VIII. IX. X.

2.5 Sensores de flujo METODOLOGÍA ANALISIS DE ALTERNATIVAS DESRIPCION DE LA SOLUCION PROPUESTA MEMORIA DE DISEÑO RESULTADOS CALCULOS DE DISEÑO MODELO A ESCALA (PROTOTIPO) DISCUSIÓN CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

I.

INTRODUCCION El presente proyecto aplicativo es la expresión de investigación de cada uno de los integrantes del equipo, el cual se elaboró poniendo énfasis en las diferentes teorías, datos y estudios realizados durante el trascurrir de nuestra sociedad, con el fin de contribuir en la formación académica de nuestros compañeros, los cuales, aspirantes a ser profesionales, se convertirán en adelante en pilares fundamentales de la sociedad, que participarán en la mejora de nuestro país.

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Este informe de proyecto está referido al flujo de caudales dentro de tuberías, y todo los factores que se vean involucrados en el tema (pérdida de caudal en tuberías, válvulas y sensores reguladores, etc.) los cuales serán analizados de acuerdo a una problemática brindada por el docente, dicha solución será expuesta más adelante. En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Esperando que el siguiente material sea de su agrado… El grupo.

II. III. IV.

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN OBJETIVO HIPÓTESIS

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V.

MARCO TEORICO I.1 CAUDAL En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Definición matemática En el caso de que el flujo sea normal a la superficie o sección considerada, de área A, entre el caudal y la velocidad promedia del fluido existe la relación:

Donde 

Caudal ([L3T−1]; m3/s)



Es el área ([L2]; m2)



Es la velocidad promedio. ([LT−1]; m/s)

En el caso de que velocidad del fluido forme un ángulo θ con la perpendicular a la sección de área A atravesada por el fluido con velocidad uniforme v, entonces el flujo se calcula como Página | 7 PROYECTO DE APLICACIÓN - MECÁNICA DE FLUIDOS

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En el caso particular de que el flujo sea perpendicular al área A (por tanto θ = 0 y ) entonces el flujo es equivalente a:

Si la velocidad del fluido no es uniforme o si el área no es plana, el flujo debe calcularse por medio de una integral:

Donde dS es el vector superficie, que se define como

Donde n es el vector unitario normal a la superficie y dS un elemento diferencial de área. Si se tiene una superficie S que encierra un volumen V, el teorema de la divergencia establece que el flujo a través de la superficie es la integral de la divergencia de la velocidad v en ese volumen:

En física e ingeniería, caudal es la cantidad de fluido que circula por unidad de tiempo en determinado sistema o elemento. Se expresa en la unidad de volumen dividida por la unidad de tiempo (e.g.: m³/s). En el caso de cuencas de ríos o arroyos, los caudales generalmente se expresan en metros cúbicos por segundo o miles de metros cúbicos por segundo. Son variables en tiempo y en el espacio y esta evolución se puede representar con los denominados hidrogramas. Página | 8 PROYECTO DE APLICACIÓN - MECÁNICA DE FLUIDOS

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I.2 FLUJO EN TUBERÍAS. Uno de los aspectos de la dinámica de fluidos es el comportamiento de los flujos de fluidos, es decir, el movimiento de estos últimos. La ecuación de continuidad La conservación de la masa de fluido a través de dos secciones (sean éstas A1 y A2) de un conducto (tubería) o tubo de corriente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale. Definición de tubo de corriente: superficie formada por las líneas de corriente. Corolario 2: solo hay tubo de corriente si V es diferente de 0. La ecuación de continuidad se puede expresar como:

Cuando

, que es el caso general tratándose de agua, y flujo en régimen

permanente, se tiene:

o de otra forma: (el caudal que entra es igual al que sale) Donde: 

Q = caudal (metro cúbico por segundo;



V = velocidad



A = area transversal del tubo de corriente o conducto

)

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Que se cumple cuando entre dos secciones de la conducción no se acumula masa, es decir, siempre que el fluido sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condición la satisfacen todos los líquidos y, particularmente, el agua. En general la geometría del conducto es conocida, por lo que el problema se reduce a estimar la velocidad media del fluido en una sección dada. El Principio de Bernoulli A estos efectos es de aplicación el Principio de Bernoulli, que no es sino la formulación, a lo largo de una línea de flujo, de la Ley de conservación de la energía. Para un fluido ideal, sin rozamiento, se expresa:

, Donde:   

g aceleración de la gravedad densidad del fluido P presión

Se aprecia que los tres sumandos son, dimensionalmente, una longitud (o altura), por lo que el Principio normalmente se expresa enunciando que, a lo largo de una línea de corriente la suma de la altura geométrica, la altura de velocidad y la altura de presión se mantiene constante. Cuando el fluido es real, para circular entre dos secciones de la conducción deberá vencer las resistencias debidas al rozamiento con las paredes interiores de la tubería, así como las que puedan producirse al atravesar zonas especiales como válvulas, ensanchamientos, codos, etc. Para vencer estas resistencias deberá emplear o perder

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una cierta cantidad de energía o, con la terminología derivada del Principio de Bernoulli de altura, que ahora se puede formular, entre las secciones 1 y 2:

, o lo que es igual

, Donde pérdidas (1,2) representa el sumando de las pérdidas continuas (por rozamiento contra las paredes) y las localizadas (al atravesar secciones especiales) Pérdidas continuas Las pérdidas por rozamientos son función de la rugosidad del conducto, de la viscosidad del fluido, del régimen de funcionamiento (flujo laminar o flujo turbulento) y del caudal circulante, es decir de la velocidad (a más velocidad, más pérdidas). Si es L la distancia entre los puntos 1 y 2 (medidos a lo largo de la conducción), entonces el coeficiente (pérdidas (1,2)) / L representa la pérdida de altura por unidad de longitud de la conducción se le llama pendiente de la línea de energía. Denominemosla J Cuando el flujo es turbulento (número de Reynolds superior a 4.000; 2000