INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

“CÁLCULO Y SELECCIÓN DE UN EQUIPO HIDRONEUMATICO PARA ABASTECER AGUA POTABLE A UN RASTRO”

TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA: IVÁN ALBERTO GUILLÉN CANCINO

México. D.F. 2008

INDICE

INTRODUCCIÓN. I SIMBOLOGIA. II OBJETIVOS. III JUSTIFICACIÓN. IV CAPITULO 1 GENERALIDADES DE UN RASTRO. 1.1 TIPOS DE RASTROS. 9 1.1.1 Rastros Tipo Inspección Federal (TIF). 10 1.1.2 Rastros Tipo Inspección Secretaria de Salud (TSS). 10 1.2 ETAPAS DE PROCESO EN UN RASTRO. 11 1.3 CONSUMO DE AGUA POTABLE EN UN RASTRO. 12 CAPITULO 2 DESCRIPCIÓN DEL RASTRO. 2.1 INSTALACIONES CON LAS QUE CUENTA EL RASTRO. 14 2.2 TUBERÍA Y ACCESORIOS. 19

2.2.1 Sistema de Tubería. 19 2.2.2 Materiales y Accesorios para Instalaciones Hidráulicas. 20

CAPITULO 3 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. 3.1 DEFINICIÓN DE FLUIDO. 26 3.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. 27

3.2.1 Densidad Específica o Absoluta. 27 3.2.2 Peso Específico o Volumétrico. 27 3.2.3 Densidad Relativa. 28 3.2.4 Volumen Específico. 28

3.3 VISCOSIDAD. 29 3.3.1 Viscosidad Dinámica. 29 3.3.2 Viscosidad Cinemática. 29

3.4 PRESIÓN. 30 3.4.1 Definición y Propiedades. 30 3.4.2 Presión Atmosférica. 30 3.4.3 Presión Absoluta y Presión Excedente o Relativa. 30

3.5 FLUJO DE FLUIDOS Y ECUACIÓN DE BERNOULLI. 32 3.5.1 Definición de Caudal. 32 3.5.2 Ecuación de Continuidad. 32 3.5.3 Conservación de la Energía – Ecuación de Bernoulli. 33

3.6 RESISTENCIA DE LOS FLUIDOS. 39 3.6.1 Flujo Laminar y Flujo Turbulento. 39 3.6.2 Numero de Reynolds. 40 3.6.3 Diagrama de Moody. 40 3.6.4 Ecuación de Darcy – Weisbach. 42 3.6.5 Pérdidas de Forma. 42 3.6.6 Formula de Hazen – Williams. 43

3.7 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO INDUSTRIAL. 45

3.7.1 Principio de Funcionamiento. 45 3.7.2 Componentes del Sistema Hidroneumático. 47

3.8 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA. 48

3.8.1 Altura Útil y Manométrica. 49 3.8.2 Tipos de Pérdida. 49 3.8.3 Tubería. 49 3.8.4 Accesorios de Tubería. 50 3.8.5 Soporteria. 51

3.9 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS. 52 3.9.1 Dimensionamiento de las Bombas y Motores. 54 3.9.2 Numero de Bombas y Caudal de Bombeo. 54 3.9.3 Ciclos de Bombeo. 54 3.9.4 Características de las Bombas. 55

3.9.4.1 Características del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante. 55 3.9.4.2 Punto de Funcionamiento de una Bomba. 56 3.9.4.3 Cavitación en las Bombas. 56

3.9.5 Características de Rendimiento y Selección de la Bomba. 57 3.9.5.1 Rendimiento Volumétrico. 57 3.9.5.2 Rendimiento Mecánico. 58 3.9.5.3 Rendimiento Total o Global. 58 3.9.5.4 Carga de Aspiración Neta Positiva (CANP). 58

CAPITULO 4 DESARROLLO DEL PROYECTO. 4.1 Levantamiento Hidráulico. 60 4.2 Cálculos. 61 4.2.1 Cálculo de la Zona del Personal. 61 4.2.2 Cálculo de la Sección 1. 65 4.2.3 Cálculo de la Sección 2. 67 4.2.3 Resultados. 71 4.2.3.1 Gasto Total 71 4.2.3.2 Pérdidas Totales. 72 4.2.4 Cálculo de la Cisterna 73

4.2.5 Selección de la Bomba 76 4.2.6 Selección del Tanque Hidroneumático 83 CAPITULO 5 ANÁLISIS DE COSTO – BENEFICIO. 5.1 Costo de la Instalación Hidráulica 87

5.1.1 Costo de Accesorios, Tuberías y del Equipo Hidroneumático. 88 APÉNDICES. BIBLIOGRAFÍA.

INTRODUCCIÓN.

En este trabajo se pretende mostrar el cálculo y selección de un sistema hidroneumático, así como diseñar la red hidrául ica para la distr ibución de agua potable para las diversas áreas de trabajo con las que cuenta un rastro.

El rastro tipo inspección Secretaría de Salud (TSS), se conoce comúnmente como rastros municipales.

La operación de los rastros TSS se llevan a cabo mediante procedimientos muy simples, el equipamiento que requieren para su funcionamiento es muy elemental , pero en el proceso de trabajo se consume gran cantidad de agua.

En las instalaciones de un rastro, en cada área de trabajo, se debe de contar con la mayor l impieza posible, ya que esta juega un papel importante en el proceso de producción.

Para tener la l impieza adecuada en las instalaciones, estas deben tener un suministro de agua constante y adecuado, con una presión determinada en toda la red.

La selección del tanque hidroneumático apropiado para las necesidades del rastro, trae ventajas para la instalación, se tendrá presurizada toda la red y el abastecimiento del agua será constante.

SIMBOLOGIA

°C Grados Centigrados °F Grados Fahrengeith m Metros s Segundo v Velocidad Kg Kilogramo P Presión Pot. Potencia Q Caudal A Área D Diámetro p 3.1416 r Densidad Plg Pulgadas Cm Centímetros Lps Litros por Segundo Gpm Galones por Minuto Lts Litros Gal Galones g Gravedad HB Carga de la Bomba HL Pérdidas de Carga por Fricción hLsucc Pérdidas de Carga por Fricción en la

Succión hLdes Pérdidas de Carga por Fricción en la

Descarga H.P. Horse Power (Unidad de Potencia) KW Kilowatts m.c.a. Metros Columna de Agua Atm. Atmosfera C Coeficiente de Hazen – Williams R Gradiente Hidraulico Pa Pascal N.P.S.H. Carga de Aspiración Neta Positiva N Newton H2O Agua eb Eficiencia de la Bomba rpm Revoluciones por Minuto

OBJETIVO GENERAL Abastecimiento de Agua Potable, por medio de un Tanque Hidroneumático a las Instalaciones de un Rastro Local.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Selección e Instalación de un Equipo Hidroneumático. • Diseño de la Red Hidráulica para la Distribución de Agua Potable a

las diversas áreas de trabajo con las que cuenta un Rastro.

JUSTIFICACIÓN.

Para mejorar el abastecimiento de agua potable y mantener presurizada la red en toda la instalación del Rastro, se propone la utilización de un Tanque Hidroneumático.

Este servirá para mejorar las condiciones de higiene y reducir los gastos de agua que se generan dentro de estas instalaciones.

Una ventaja de los Tanques Hidroneumáticos es que sustituye el uso de Tanques Elevados por un equipo de menor tamaño y mayor eficiencia.

CAPITULO 1 GENERALIDADES DE UN RASTRO.

El rastro es un establecimiento de Servicio Público Municipal en nuestro caso

donde se da el servicio para el sacrificio de animales, alimentación y comercialización al mayoreo de sus productos.

Los rastros constituyen un papel importante en la cadena producción

consumo, siendo su primer eslabón en la transformación de animales vivos a canales, mismas que a través de un proceso de corte serán consumidos por la población.

Organigrama de un Rastro

1.1.- TIPOS DE RASTROS.

1.1.1.- Rastros Tipo Inspección Federal (TIF). � Son aquellos que además de prestar servicios básicos que proporcionan los

rastros TSS (Rastros Tipo Inspección Secretaria de Salud), permiten una industrialización de los productos derivados de la carne.

� Su operación requiere de instalaciones y maquinaria especializada cuyos

costos son bastante elevados.

� Son establecimientos con equipo moderno y técnicas adecuadas para el sacrificio y conservación de la carne, en donde se logra una óptima calidad del producto y un mejor aprovechamiento de subproductos, a través de la aplicación de normas sanitarias más estrictas y control de calidad supervisados por la SAGARPA.

� Dichos establecimientos así como las industrializadoras, empacadoras y

frigoríficos utilizarán la denominación Tipo Inspección Federal (TIF) como símbolo de calidad de sus productos, cuando sus instalaciones y procesos productivos se ajusten a las normas oficiales y su calidad zoosanitaria esté certificada por un Organismo de Certificación Aprobado.

1.1.2.- Rastros Tipo Inspección Secretaria de Salud (TSS).

� Se conocen comúnmente como rastros municipales.

� La operación de los rastros TSS se llevan a cabo mediante procedimientos

muy simples, el equipamiento que requieren para su funcionamiento es muy elemental.

� Sacrifican en su mayoría bovinos y porcinos, no cuentan con cámaras

frigoríficas o en caso de existir, son de poca capacidad de enfriamiento.

� Su operación esta condicionada al presupuesto anual asignado por el propio municipio. La verificación sanitaria de las canales y sus partes está dada por la Secretaria de Salud.

� Por lo general maquilan o permiten el uso de las instalaciones a introductores

de ganados mediante el pago de un derecho de sacrificio por cabeza que en la mayoría de los casos no llega al salario mínimo vigente de la zona económica en donde esta ubicado.

� Su operación esta totalmente subsidiada por el municipio.

1.2.- ETAPAS DEL PROCESO EN UN RASTRO.

1.3.- CONSUMO DE AGUA POTABLE EN UN RASTRO.

El agua potable es un insumo indispensable en un rastro, ya que se requiere en el proceso de la faena en los siguientes pasos:

• Dotación de agua para consumo del ganado. • Limpieza o baño del ganado. • Lavado del transporte en el que los animales llegan al rastro. • Escaldado en la producción de cerdos y aves (para facilitar la eliminación

de pelos y plumas). • Lavado de la superficie del animal, posterior al escaldado (aves y cerdos). • Remoción de piel (según sea el caso). • Lavado en la evisceración de la canal. • Lavado del canal. • Transporte de algunos subproductos y residuos. • Limpieza y esterilización de cuchillos y equipo. • Limpieza de pisos y superficies de trabajo. Investigaciones realizadas sobre el consumo de agua en una unidad de

producción, muestran una variación considerable. Los factores que afectan este consumo son las prácticas de limpieza, el tamaño de la planta, la modernidad del tipo de proceso, nivel de automatización, la variedad de especies que se faenan e incluso, el tipo de usos y costumbres con los que estén familiarizados los trabajadores.

A continuación en la Figura 1 se presenta, en forma general, un diagrama de

flujo con los insumos y los desechos generados en cada paso del proceso.

Figura 1. Descripción y consumo de agua en las diferentes etapas del proceso de sacrificio.

Distribución del agua utilizada en el proceso de sacrificio de porcinos.

• 15 litros – lavado de transporte. • 20 a 30 litros – bañado de animales. • 6 litros – insensibilización. • 5 a 10 litros – desangrado. • 10 a 15 litros – corte de patas y cabeza. • 60 litros – escaldado. • 40 litros – evisceración y corte de canal. • 50 a 100 litros – lavado de canal.

Distribución del agua utilizada en el proceso de sacrificio de bovinos

• 75 litros – lavado de transporte. • 25 a 35 litros – bañado de animales. • 7 litros – insensibilización. • 10 a 20 litros – desangrado. • 15 a 25 litros – corte de patas y cabeza. • 5 litros – remoción de piel. • 100 litros – evisceración y corte de canal. • 500 a 700 litros – lavado de canal.

CAPITULO 2 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

2.1.- INSTALACIONES CON LAS QUE CUENTA EL RASTRO. El rastro cuenta con una superficie de 6 452 m2 mostrado en la figura 2 –A, donde 308 m2 están destinados para la cisterna de agua, 96m2 para la sala de maquinas que en ella se encuentra instalado el equipo hidroneumático encargado de distribuir el agua a presión a todas las instalaciones como sanitarios, vestidores, oficinas, corrales, línea de sacrificio y extracción de productos. Comedor y Oficinas. La superficie será de 160 m2 para el comedor general, como se muestra en la figura 2 - A, dispone de mesas con banca corrida, una cocina con fregaderos y sanitarios para hombres y mujeres. Las oficinas son de 111.9 m2 que contiene una sala de juntas, gerencia general, sala de espera y sanitarios para hombres y mujeres. Vestidores. Esta área destinada para los trabajadores es de una superficie de 147.6 m2 esta dividido con vestidores para hombres y mujeres que cada uno cuenta con sanitarios, regaderas de agua fría y caliente para el aseo personal y casilleros con bancas como muestra en la figura 2 - A. Laboratorios. Se encuentran 4 laboratorios clasificados de la siguiente manera: Laboratorio Antemorten y Laboratorio Postmortem para el área de Bovinos. Laboratorio Antemorten y Laboratorio Postmortem para el área de Porcinos. Cada laboratorio cuenta con una superficie de 36 m2 y esta destinado para el servicio veterinario y análisis de animales sospechosos, esta instalación cuenta con un sanitario y tarjas de limpieza de herramientas. Corrales. La superficie para encerrar a los animales esta integrada por 412.08 m2 para porcinos, se tienen 6 líneas de tubería y en cada línea una llave de agua para abastecer a 8 bebederos. En el caso del grupo bovino se ocupan 579.55 m2 y cuentan con 6 bebederos; una llave para distribuir agua, por cada 2 bebederos. Cuarto de Máquinas. El primer cuarto de máquinas cuenta con una superficie de 100 m2 como se muestra en la figura 2 –B, este cuarto ha sido designado para alojar el equipo hidroneumático que compone del tanque presurizado, motobombas, tubería de succión y descarga, tablero de control y el equipo contra incendio, dicho conjunto se encuentra 3 m por debajo del nivel de piso terminado.

Por otra parte se encuentra un cuarto de maquinas con una superficie de 37.45 m2

localizado a un costado de los frigoríficos el cual esta compuesto por dos compresores de 74.5 KW (100 H.p.) para el punto de inicio en el ciclo de refrigeración, un tanque de presión que almacena amoniaco para la extracción de humedad dentro de las cámaras frigoríficas, bombas de abastecimiento de amoniaco. Frigoríficos. Para conservar y almacenar el producto a una temperatura de –4°C se contemplan dos áreas frigoríficas, una para derivados del porcino y la otra para derivados del bovino con una superficie total de 798 m2, compuesta por rieles que acomodan al producto conforme su salida programada, en cada frigorífico cuenta con 2 llaves de agua fría para su limpieza y una separación de dos muros con una distancia de 2 m para la instalación y control de la tubería de amoniaco. Área de Lavado para Cabinas de los Transportes. Todos los productos extraídos después del proceso de sacrificio en el animal son almacenados en el frigorífico y para su distribución pasan al área de transporte. Las unidades permitidas que se encargan de la distribución del producto deben ser no mayores a 3 ejes, y cada unidad cuenta con una cabina de almacenamiento, dichas cabinas deben ser lavadas y desinfectadas en áreas designadas, las cuales se encuentran: • Área Destinada al Transporte de Productos. Los productos son carnes comestibles derivados del porcino y bovino, estos provienen del frigorífico y después son llevados al área de las naves de carga que esta sobre una superficie de 600 m2 donde se pueden acomodar 8 unidades. En el lavado de las cabinas para el transporte se usan 4 llaves con salida de agua fría y dichas cabinas serán lavadas a presión por la implementación de hidrolavadoras (uso independiente del tanque hidroneumático). • Área Destinada al Transporte de Subproductos. Los subproductos son todas las vísceras (comestibles), patas y cabezas, pieles (únicamente bovino) y sangre que provienen de porcinos y bovinos los cuales son enviados a las naves de carga. Los subproductos que provienen del porcino y del bovino comprende un área de 300 m2 para cada grupo animal y se pueden acomodar 4 unidades para el transporte de los subproductos, esta área cuenta con servicio de hidrolavadoras por medio de 2 llaves de agua fría para el lavado y desinfección de las cabinas de las unidades transportadoras.

Horno Crematorio. La función principal es la extracción de harinas para la fabricación de alimentos en su uso avícola, y provienen de los residuos del porcino y bovino. Cuenta con una superficie de 238 m2 siendo la zona mas alejada para que los residuos y la combustión de los desechos no afecte a los productos que han sido extraídos de los animales y para su limpieza de esta cuarto crematorio se tienen 2 llaves de agua fría. Anfiteatros. Los animales que padecen de alguna enfermedad y no son aceptados para pasar al área de sacrificio, se llevan al anfiteatro para rescatar algunos productos para el consumo. Se cuentan con dos Anfiteatros, para los bovinos se dispone de una superficie de 233.26 m2 con 6 llaves de agua fría para el proceso de extracción y lavado de productos. Para separar, lavar y almacenar dichos productos se cuenta con 4 llaves de agua fría. Por otra parte una superficie de 233.26 m2 destinada al anfiteatro de porcino que cuenta con 5 llaves de agua fría y 2 para agua caliente que se usan para la extracción y primer lavado de productos derivados del porcino. Para separar los productos y almacenarlos se cuenta con 2 llaves de agua fría.

Figura 2 - A

Área de Vestidores, Comedor y Oficinas

Vestidores 6 Lavabos 9 Inodoros (Fluxómetro) 4 Mingitorios (Fluxómetro) 8 Regaderas

Comedor

6 Lavabos 6 Inodoros (Fluxómetro) 3 Mingitorios (Fluxómetro)

Oficinas

2 Lavabos 2 Inodoros (Tanque)

FIGURA 2 – B

Detalle de Distribución de Agua Potable hacia las Instalaciones del Rastro

0.30

N.P.T.

capacidad cisterna360 m³

Cuarto de Máquinas

1.3

4

3.23

Continua tuberia Ø 2plg C.P.V.C

Continua tuberia Ø 3 Plg C.P.V.C

Ø 4Plg Acero

Ø 3 PlgC.P.V.C.

2.2.-TUBERÍA Y ACCESORIOS. 2.2.1.- Sistema de Tubería. Las tuberías son elementos de diferentes materiales que cumplen la función de permitir el transporte el agua u otros fluidos en forma eficiente. El sistema de tubería esta constituido por tubos, accesorios, válvulas, bridas, codos y empaquetaduras. Las características de la tubería pueden ser de cobre, fierro galvanizado o C.P.V.C; así como piezas especiales utilizadas para unir uno y otro material. Se debe considerar en este proyecto los materiales para la tubería sanitaria que pueden ser de fierro fundido, fierro galvanizado, cobre o P.V.C.

Normas de Diseño.

Las normas más utilizadas en el análisis de sistemas de tuberías son las normas conjuntas del American Estándar Institute y la American Society of Mechanical Engineers ANSI/ASME B31.1, B31.3, etc. Cada uno de estos códigos recoge la experiencia de numerosas empresas especializadas, investigadores, ingenieros de proyectos e ingenieros de campo en áreas de aplicación específicas, a saber:

• B31.1. (1989) Power Piping • B31.3 (1990) Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping • B31.4 (1989) Liquid Transportation System for Hydrocarbons, Petroleum

Gas, Andhydroys Anmonia and Alcohols • B31.5 (1987) Refrigeration Piping • B31.8 (1989) Gas Transmisión and Distribution Piping System • B31.9 (1988) Building Services Piping • B31.11 (1986) Slurry Transportation Piping System

En lo que concierne al diseño todas las normas son muy parecidas, existiendo algunas discrepancias con relación a las condiciones de diseño, al cálculo de los esfuerzos y a los factores admisibles

Cargas de Diseño para Tuberías

Un sistema de tuberías constituye una estructura especial irregular y ciertos esfuerzos pueden ser introducidos inicialmente durante la fase de construcción y montaje. También ocurren esfuerzos debido a circunstancias operacionales. A continuación se resumen las posibles cargas típicas que deben considerarse en el diseño de tuberías.

Cargas por la presión de diseño

Es la carga debido a la presión en la condición más severa, interna o externa a la temperatura coincidente con esa condición durante la operación normal.

Cargas por peso

a. Peso muerto incluyendo tubería, accesorios, aislamiento, etc. b. Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de proceso

c. Efectos locales debido a las reacciones en los soportes

Cargas dinámicas

a. Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberías expuesto al viento

b. Cargas sísmicas que deberán ser consideradas para aquellos sistemas ubicados en áreas con probabilidad de movimientos sísmicos

c. Cargas por impacto u ondas de presión, tales como los efectos del golpe de ariete, caídas bruscas de presión o descarga de fluidos

d. Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presión, por variaciones en las características del fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o del viento.

2.2.2.- Materiales y Accesorios para Instalaciones Hidráulicas.

Las instalaciones hidráulicas precisan de materiales muy resistentes al impacto y a la vibración. Los materiales que se requieren en una red de distribución para agua, pueden ser de cobre, fierro galvanizado o P.V.C. industrial cedula 40.

La tubería de fierro galvanizado se utiliza cuando la tubería y piezas especiales se encuentran expuestas a la intemperie y expuestas al paso de las personas y maquinaria o equipo que pudieran golpearla de manera accidental. La tubería de cobre es empleada en instalaciones ocultas o internas, ya que resiste muy bien la corrosión y sus paredes son lisas por lo que reducen las perdidas de carga. Es menos resistente al trabajo rudo por lo que es conveniente una buena instalación y saberla localizar en el interior de la construcción. La tubería P.V.C. Cementada es resistente al alto impacto, no se corroe ni se oxida, tiene conductividad de calor baja.

Codo Es un accesorio usado para obtener cambios de dirección en la tubería, los cambios de dirección se pueden realizar en diferentes ángulos, estos se encuentran de 45°,90° y 180°. Los codos pueden ser de radio corto o de radio largo, estando este ultimo en función directa con la relación entre el radio de curvatura y el diámetro nominal del mismo. Cruz y Tee. Su función directa es unir ramales y permitir el paso de un fluido en diferentes direcciones dependiendo del sentido del sentido de flujo. El tipo de unión tee o cruz pueden ser roscado o soldables, de fierro galvanizado o de cobre (transporte de agua) y deben estar diseñadas para resistir diferentes temperaturas o presiones.

Brida Sirve para conectar tubos entre si o tubos y accesorios, los materiales usados para bridas son de acero fundido, o forjado del grado que se ajuste a las especificaciones ASTM recomendadas bajo estas normas para las diversas capacidades de presión – temperatura para las que se han especificado en dicha norma, La designación de los diámetros de las bridas corresponde al diámetro nominal del tubo. Las bridas mas usadas para la unión de tuberías son: las bridas roscadas, bridas reducción, bridas ciegas y bridas bonetes. La forma más usual de unir tubería es por medio del atornillado de dos bridas formando parte integral del tubo o accesorios, roscados a bridas sueltas sobre tubos con los extremos abocinados y bridas soldadas. Válvulas Se utiliza para controlar el flujo de un fluido, que puede ser de paso o corte, estrangulación, reducción de la presión de un fluido, para la prevención de puntos con alta presión, además previene a controlar el golpe de ariete. Válvula de Globo: su construcción interna y apariencia externa de la válvula de globo se muestra en la figura 2.1 y 2.2 respectivamente. Al girar la llave se hace que el dispositivo sellador se eleve en forma vertical y se aleje del fondo. Esta es una de las válvulas más comunes y es relativamente barata. Sin embargo, su rendimiento es muy bajo, en términos de energía que se pierde. Su aprovechamiento de la válvula de globo es estrangular el flujo de un sistema. El termino estrangular se refiere al agregar a propósito resistencia al flujo con el fin de controlar la cantidad de flujo que circula. La principal aplicación de las válvulas de globo es regular al flujo desde el cierre completo hasta la capacidad total. Estas válvulas pueden ser operadas frecuentemente y eficientemente con el vástado en cualquier posición.

Figura 2.1

Partes que lo conforman:

1. Asiento de Cuerpo. 2. Bonete. 3. Cuerpo. 4. Disco. 5. Empaques. 6. Prensa Empaques. 7. Tuerca del Disco. 8. Tuerca del Volante. 9. Tuerca Prensaempaques. 10. Tuerca Unión. 11. Vástago. 12. Volante.

Figura 2.2

Válvula de Angulo: en la figura 2.3 muestra su aspecto externo y diagrama de sus conductos interiores. Su construcción es muy parecida a la válvula de globo. Sin embargo su trayectoria es algo mas simple, debido a que el fluido llega por la entrada inferior, se mueve alrededor del fondo de la válvula y gira para salir por el lado derecho.

La función primordial es regular el flujo desde el cierre completo hasta la capacidad máxima. El cambio en la dirección del fluido a través de este tipo de válvula produce la caída de presión necesaria para la regulación. Válvula de Compuerta: En la figura 2.4 se muestra una válvula de compuerta (posición cerrada). Al hacer girar la llave, la compuerta se eleva en forma vertical y se aparta de la trayectoria del flujo. Cuando esta abierta por completo, hay muy poca obstrucción del camino de flujo lo cual ocasionara poca turbulencia. Este tipo de válvula es uno de los mejores para limitar la perdida de energía.

Figura 2.3

El diseño de la válvula de compuerta permite o impide el flujo de fluidos. Proveen un paso recto y completo, en uno u otro sentido, con mínima caída de presión. Son empleadas para operar totalmente abiertas o completamente cerradas, ya que en posiciones intermedias se produciría el desgaste prematuro de los asientos. Su operación debe ser poco frecuente. Los materiales de construcción son: bronce, hierro, acero, acero inoxidable y aleaciones especiales.

Partes que lo conforman:

1. Bonete. 2. Cuerpo. 3. Disco. 4. Empaques. 5. Prensa Empaques. 6. Tuerca del Volante. 7. Tuerca Prensaempaques. 8. Tuerca Unión. 9. Vástago. 10. Volante.

Figura 2.4

Válvula de Retención: el objeto principal de este tipo de válvulas, es usualmente el de proteger bombas o equipos similares, permitiendo el paso de un fluido por una línea solamente en un sentido, impidiendo así el regreso del fluido cuando se presenten contrapresiones. En la figura 2.5 se muestra una válvula de retención del tipo columpio.

Partes que componen la válvula de retención tipos columpio:

1. Columpio. 2. Cuerpo. 3. Disco. 4. Perno del Columpio. 5. Tapa. 6. Tapón Lateral. 7. Tuerca del Disco.

Válvula de Pie con Alcachofa: este tipo de válvulas se emplean en la entrada de las líneas de succión que conducen fluido de un tanque de abastecimiento a una bomba, como se ilustra en la figura 2.6. Es común que estén equipadas con un filtro integral para separar los objetos extraños fuera del sistema de tuberías, además protege al impulsor de la bomba.

Figura 2.5

Figura 2.6

CAPITULO 3 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE INGENIERÍA HIDRAULICA.

3.1 DEFINICIÓN DE FLUIDO. Fluido es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Generalmente al hablar de fluidos se menciona a los gases y a los líquidos, de los cuales: LOS GASES son fluidos compresibles, esto es que poseen una densidad variable, dependiendo esta de la presión a la cual esta sometida el gas. LOS LIQUIDOS, se consideran fluidos incompresibles, porque su densidad se mantiene constante o casi constante en un amplio intervalo de presiones. Aunque en ciertas circunstancias algunos gases cuando están sometidos a presiones constantes y bajas se pueden analizar como fluidos incompresibles esto es por la simplicidad de las ecuaciones de los fluidos incompresibles.

Otra perspectiva de lo dicho anteriormente es como a continuación dice: aquellos flujos donde las variaciones en densidad son insignificantes se denominan incompresibles; cuando las variaciones en densidad dentro de un flujo no se pueden despreciar, se llaman compresibles. Si se consideran los dos estados de la materia incluidos en la definición de fluido, líquido y gas, se podría caer en el error de generalizar diciendo que todos los flujos líquidos son flujos incompresibles y que todos los flujos de gases son flujos compresibles. La primera parte de esta generalización es correcta para la mayor parte de los casos prácticos, es decir, casi todos los flujos líquidos son esencialmente incompresibles. Por otra parte, los flujos de gases se pueden también considerar como incompresibles si las velocidades son pequeñas respecto a la velocidad del sonido en el fluido.

Los flujos compresibles se presentan con frecuencia en las aplicaciones de ingeniería. Entre los ejemplos más comunes se pueden contar los sistemas de aire comprimido utilizados en la operación de herramienta de taller y de equipos dentales, las tuberías de alta presión para transportar gases, y los sistemas censores y de control neumático o fluídico. Los efectos de la compresibilidad son muy importantes en el diseño de los cohetes y aviones modernos de alta velocidad, en las plantas generadoras, los ventiladores y compresores.

3.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. 3.2.1 Densidad Específica o Absoluta. La densidad es la masa por unidad de volumen.

V

m=ρ

Donde: m= masa en kg. V = volumen en m3.

La densidad absoluta es función de la temperatura y la presión. La variación de la densidad absoluta de los líquidos es muy pequeña, salvo a muy altas presiones. La densidad del agua destilada a la presión atmosférica de 4º C es máxima e igual aproximadamente a:

3m

kg 1000=ρ

3.2.2 Peso Específico o Volumétrico. El peso específico de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen.

V

W=γ

Donde:

W = peso en N. V = volumen en m3

El peso específico es función de la temperatura y de la presión aunque en los líquidos no varía prácticamente con esta última. Como gmW ⋅= se deduce que:

gργ =

3.2.3 Densidad Relativa. Densidad relativa es la relación entre la masa del cuerpo a la masa de un mismo volumen de agua destilada a la presión atmosférica y 4º C. En relación con que gργ = , esta relación es igual a la de los pesos específicos del cuerpo en cuestión y del agua en las mismas condiciones. La densidad relativa es una magnitud adimensional y esta es función de la temperatura y de la presión. 3.2.4 Volumen Específico. En el Sistema Internacional volumen específico es el recíproco de la densidad absoluta:

ρυ

1=

El volumen que ocupa 1 kg de masa de la sustancia.

kg

m3

=υ

3.3 VISCOSIDAD. 3.3.1 Viscosidad Dinámica. Un sólido puede soportar esfuerzos normales (llamados así por que la fuerza es normal al área que resiste la deformación) de dos clases: de compresión y de atracción. Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de cohesión. Al desplazarse unas moléculas con relación a las otras se produce a causa de ellas una fricción. Por otra parte, entre las moléculas de un fluido en contacto con un sólido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de adherencia. El coeficiente de fricción interna del fluido se llama viscosidad y se designa con la letra η. La viscosidad, como cualquier otra propiedad del fluido, depende del estado del fluido caracterizado por la presión y la temperatura. Es muy común expresar la viscosidad dinámica en el sistema cegesimal (C.G.S)

P 111 12

=⋅

=⋅

=scm

g

cm

sdinaη

Donde: P= Poise, también se emplea el submúltiplo 1 cP (centipoise)= 10-2 P

Tanto el P como el cP son submúltiplos de la unidad de η en el SI y pueden seguir empleándose, pero se tiene en unidades del SI:

sm

kg1sPa 11 1

2 ⋅=⋅=

⋅=

m

sNη

sPaP ⋅== -3-2 1010cP 1 3.3.2 Viscosidad Cinemática. En hidrodinámica intervienen junto con las fuerzas debidas a la viscosidad las fuerzas de inercia, que dependen de la densidad. Por eso tiene un significado importante la viscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación de la viscosidad dinámica η a la densidad ρ que se denomina viscosidad cinemática

ρ

η=v

3.4 PRESIÓN. 3.4.1 Definición y Propiedades. La presión se define como la cantidad de fuerza ejercida sobre un área unitaria de una sustancia. Y se establece con la siguiente ecuación.

A

Fp =

Donde: F = fuerza ejercida sobre un área expresada en N. A = área expresada en m2.

La presión actúa uniformemente en todas direcciones sobre un pequeño volumen de fluido. En un fluido confinado entre fronteras sólidas la presión actúa perpendicularmente a la frontera. 3.4.2 Presión Atmosférica. Sobre la superficie libre de un líquido reina la presión del aire o gas que sobre ella existe. Esta presión puede adquirir un valor cualquiera en un recipiente cerrado; pero si el recipiente está abierto, sobre la superficie libre del líquido reina la presión atmosférica pamb, debida al peso de la columna de aire que gravita sobre el fluido. La presión atmosférica, varía con la temperatura y la altitud. La presión media normal a 0º C y al nivel del mar es de 760 Torr = 1.01396 bar y se llama atmósfera normal. 3.4.3 Presión Absoluta y Presión Excedente o Relativa. La presión en cualquier sistema de unidades se puede expresar como presión absoluta, pabs, o como presión excedente o relativa, pe. Esta denominación no afecta a la unidad, sino al cero de la escala. Sucede lo mismo con las, temperaturas: los grados centígrados expresan temperaturas relativas, tomando como 0º C la temperatura de fusión del hielo; mientras que las temperaturas en Kelvin expresan temperaturas absolutas, medidas a partir del 0 absoluto.

En el sistema inglés de unidades los grados Fahrenheit expresan temperaturas relativas (temperatura de fusión del hielo, 32º F); mientras que los grados Rankine expresan temperaturas absolutas. El 0 absoluto de temperaturas es el mismo en todos los sistemas de unidades. Lo mismo sucede con el 0 absoluto de presiones. Las presiones absolutas se miden con relación al 0 absoluto (vacío total o 100% de vacío) y las presiones relativas con relación a la atmósfera. Resulta la ecuación fundamental:

ambeabsppp +=

Donde: pabs = presión absoluta, Pa, SI pe = presión relativa, Pa, SI (medida con manómetro) pamb = presión atmosférica, presión ambiente o presión barométrica, Pa, SI (medida con un barómetro).

3.5 FLUJO DE FLUIDOS Y ECUACIÓN DE BERNOULLI. 3.5.1 Definición de Caudal. Caudal Q es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal a la corriente. Por ejemplo, en una tubería de agua los litros por hora que circulan a través de un plano transversal a la tubería.

seg

mQ

3

=

3.5.2 Ecuación de Continuidad. El método de calculo de la velocidad de flujo en un sistema de conductos cerrados depende del principio de continuidad .Considere el conducto en la figura (3.1), un fluido circula con un flujo volumétrico constante de la sección 1 a la sección 2, es decir, la cantidad de fluido que circula a través de cualquier sección en cierta cantidad de tiempo es constante. Esto se conoce como flujo estable. Si entre las secciones 1 y 2 no se agrega fluido ni se almacena o retira, entonces la masa del fluido que circula por la sección 2 en cierta cantidad de tiempo debe ser similar a la que circula por la sección 1.

Figura (3.1). Porción de un sistema de distribución de fluido en el que hay variaciones de velocidad, presión y elevación.

La ecuación de continuidad es un planteamiento matemático que se utiliza para relacionar la densidad del fluido, el área de flujo y la velocidad de flujo en dos secciones de un sistema en el que existe flujo estable. Si el fluido que se encuentra en el tubo de la Fig. 3.1, es un líquido que puede ser considerado incompresible, los términos de densidad son iguales. La ecuación queda:

2211 vAvA = Como Q = A V, se tiene:

21 QQ = 3.5.3 Conservación de la Energía – Ecuación de Bernoulli. Para el análisis de un problema de tubería como el que se muestra en la figura, toma en cuenta toda la energía dentro del sistema. Hay tres formas de energía que se toman siempre en consideración cuando analiza un problema de flujo en tuberías. Considere un elemento de fluido como en la figura (3.2), dentro de una tubería en un sistema de flujo. Se localiza cierta elevación z, tiene velocidad v y presión p.

Figura (3.2). Elemento de fluido en una tubería.

El elemento de fluido posee las formas de energía siguientes: 1.-Energía potencial: Debido a su elevación, la energía potencial, del elemento en relación con algún nivel de referencia es:

EP = w z Donde: w es el peso del elemento. 2.- Energía cinética: Debido a su velocidad, la energía cinética del elemento es:

g

wvEC

2

2

=

3.-Energía de flujo: A veces llamada energía de presión o trabajo de flujo, y representa la cantidad de trabajo necesario para mover el elemento de fluido a través de cierta sección contra la presión p. La energía de flujo se abrevia EF y se calcula por medio de:

γ

wpEC =

Esta ecuación se obtiene, como sigue, la figura (3.3) muestra al elemento de fluido en la tubería mientras se mueve a través de una sección. La fuerza sobre el elemento es p A, donde p es la presión en la sección y A es el área de ésta.

Figura (3.3). Energía de flujo.

Al mover el elemento través de la sección, la fuerza recorre una distancia L igual a la longitud del elemento. Por tanto, el trabajo que se realiza es:

pVpALTrabajo ==

Donde V es el volumen del elemento. El peso del elemento w es:

Vw γ= Entonces, el volumen del elemento es

γ

wV =

y obtenemos

γ

pwpVTrabajo ==

Denominada energía de flujo. Entonces, la cantidad total de energía de estas tres formas que posee el elemento de fluido es la suma E

g

wvwz

wpE

ECEPEFE

2

2

++=

++=

γ

Cada uno de estos términos se expresa en unidades de energía como el Newton – metro (N-m) en el SI, y el pie-libra (pie-lb) en el Sistema Tradicional de Estados Unidos. Considere el elemento de fluido en la figura (3.4), que se mueve de la sección 1 a la 2. Los valores de p, z y v son diferentes en las dos secciones. En la sección 1, la energía total es:

g

wvwz

wpE

2

2

11

11 ++=

γ

En la sección 2, la energía total es

g

wvwz

wpE

2

2

22

22 ++=

γ

Figura (3.4).Elemento de fluido utilizado en la ecuación de Bernoulli.

Si no hay energía que se agregue o pierda en el fluido entre las secciones 1 y 2, entonces el principio de conservación de la energía requiere que:

21 EE =

g

wvwz

wp

g

wvwz

wp

22

2

22

2

2

11

1 ++=++γγ

El peso del elemento w es común a todos los términos y se elimina al dividir entre él. Así, la ecuación se convierte en:

g

vz

p

g

vz

p

22

2

22

2

2

11

1 ++=++γγ

Ecuación de Bernoulli.

En el análisis del flujo de fluidos los términos se expresan por lo común como altura, en alusión a una altura sobre un nivel de referencia.

En específico:γ

p es la carga de presión, z es la carga de elevación,

g

v

2

2

es la carga

de velocidad. A la suma de estos tres términos se le denomina carga total.

Conforme el fluido se mueve del punto 1 al 2, la magnitud de cada término puede cambiar su valor. Sin embargo, si el fluido no pierde o gana energía, la carga total permanece a un nivel constante. La ecuación de Bernoulli se utiliza para determinar los valores de carga de presión, carga de elevación y cambio de la carga de velocidad, conforme el fluido circula a través del sistema. En la figura (3.5) observamos que la carga de velocidad en la sección 2 será menor que en la sección 1. Esto se demuestra por medio de la ecuación de continuidad,

=

=

2

112

2211

A

Avv

vAvA

Figura (3.5).Carga de presión, carga de elevación, carga de velocidad y carga total.

La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que posibilita resolver problemas en los que hay pérdidas y ganancias de energía. En la figura (3.6) se aprecia la interpretación lógica de la ecuación de la energía, la cual representa un sistema de flujo.

Figura 3.6

Los términos E’1y E’2 de la ecuación 1 denota la energía que posee el fluido por unidad de peso en las secciones 1 y 2 respectivamente. Se muestran las energías agregadas, removidas y pérdidas hA, hR y hL. Para un sistema tal expresión del principio de la conservación de la energía.

21 '' EhhhE LRA =−−+ (1) La energía que posee el fluido por unidad de peso es:

g

vz

pE

2'

2

++=γ

(2)

Entonces la ecuación 1 se convierte en:

g

vz

phhh

g

vz

pLRA

22

2

22

2

2

11

1 ++=−−+++γγ

(3)

Cada término de la ecuación (3) representa una cantidad de energía por unidad de peso de fluido que circula por el sistema. Las unidades comunes en el SI son Nm/N, o metros. Las del sistema tradicional de Estados Unidos son lb-pie/lb, o pies. Es esencial que la ecuación general de la energía se escriba en la dirección del flujo, es decir, desde el punto de referencia en el lado izquierdo de la ecuación hacia aquel en el lado derecho. Los signos algebraicos tienen importancia por que el lado izquierdo de la ecuación (3) establece que en un elemento de fluido que tenga cierta cantidad de energía por unidad de peso en la sección 1, podrá ganarse energía, (+hA), removerse energía (-hR) o perderse energía (-hL), antes de que alcance la sección 2. Ahí contiene una cantidad de energía diferente por unidad de peso, como lo indican los términos en el lado derecho de la ecuación.

Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso de fluido que circula por él. Esto también se conoce como carga. Como abreviación de carga utilizamos el símbolo h, para las perdidas y ganancias de energía. Se manejan los términos siguientes: hA = Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una bomba; es frecuente que se le denomine carga total sobre la bomba. hR = Energía que se le remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico, como un motor de fluido. hL = Perdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o perdidas menores por válvulas y otros accesorios.

3.6 RESISTENCIA DE LOS FLUIDOS. 3.6.1 Flujo Laminar y Flujo Turbulento. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular.

Flujo laminar de un fluido perfecto en torno al perfil de un objeto.

La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2100.

Distribución de velocidades en un tubo con flujo laminar.

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible.

Distribución de velocidades al interior de un tubo con flujo turbulento.

3.6.2 Numero de Reynolds. El número de Reynolds es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos. El número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. Así por ejemplo en conductos si el número de Reynolds es menor de 2000 el flujo será laminar y si es mayor de 4000 el flujo será turbulento, si se encuentra en medio se conoce como flujo transicional y su comportamiento no puede ser modelado. Viene dado por siguiente fórmula:

o

Donde: ρ: densidad del fluido vs: velocidad característica del fluido D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido µ: viscosidad del fluido ν: viscosidad cinemática del fluido

3.6.3 Diagrama de Moody. El diagrama de Moody es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de una tubería. En la ecuación de Darcy-Weisbach aparece el término λ que representa el factor de fricción de Darcy, conocido también como coeficiente de fricción. El cálculo de este coeficiente no es inmediato y no existe una única fórmula para calcularlo en todas las situaciones posibles. Se pueden distinguir dos situaciones diferentes, el caso en que el flujo sea laminar y el caso en que el flujo sea turbulento. En el caso de flujo laminar se usa una de las expresiones de la ecuación de Poiseuille; en el caso de flujo turbulento se usa la ecuación de Colebrook-White.

En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería, por eso en este caso se representa mediante una familia de curvas, una para cada valor del parámetro k / D, donde k es el valor de la rugosidad absoluta, es decir la longitud (habitualmente en milímetros) de la rugosidad directamente medible en la tubería. En la zona de flujo laminar, para valores por debajo de 2000, f se calcula de la siguiente ecuación:

RNf 64=

La ecuación siguiente, que permite el cálculo directo del valor del factor de fricción f para flujo turbulento, la desarrollo P. K. Swamee y A. K. Jain.

2

9.0

74.5

7.3

1log

25.0

+

=

RND

f

ε

Esta ecuación produce valores de f que están %0.1± dentro del rango de rugosidad relativa D/Є, de 100 a 6101× y para número de Reynolds de 3105× a

8101× . Esta es virtualmente toda la zona turbulenta del diagrama de Moody. En la siguiente imagen se puede observar el aspecto del diagrama de Moody.

3.6.4 Ecuación de Darcy – Weisbach. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería.

Donde: hf = pérdida de carga debida a la fricción, calculada a partir de la fricción λ (término este conocido como factor de fricción de Darcy o coeficiente de rozamiento). L/D = la relación entre la longitud y el diámetro de la tubería. v = la velocidad del flujo. g = la aceleración debida a la gravedad que es constante. El factor de fricción λ varía de acuerdo a los parámetros de la tubería y la velocidad del flujo, y puede ser conocido con una gran exactitud dentro de ciertos regímenes de flujo. 3.6.5 Pérdidas de Forma. Generalmente, en las líneas de conducción, las pérdidas locales pueden ignorarse debido a que tienen un valor relativamente bajo en función de la pérdida total. Sin embargo si el trazo de la línea presenta demasiados cambios de dirección o de diámetro, debidos a condiciones especiales de topografía o espacio, deberán considerarse dichas pérdidas. Para calcular las pérdidas locales de energía se utilizará la expresión siguiente:

g

vkhL

2

2

=

3.6.6 Formula de Hazen - Williams para el Flujo de Agua. La ecuación de Darcy presentada en este capítulo para calcular la pérdida de energía debido a la fricción es aplicable para cualquier fluido newtoniano. Para el caso de flujo de agua en sistemas de tubería es conveniente un enfoque alternativo. La fórmula de Hazen-Williams es una de las más populares para el diseño y análisis de sistemas hidráulicos. Su uso se limita al flujo de agua en tuberías con diámetros mayores de 2.0 Plg. y menores de 6.0 pies. La velocidad del flujo no debe exceder los 10.0 pies/s. Asimismo, está elaborada para agua a 60 °F. Su empleo con temperaturas mucho más bajas o altas ocasionaría cierto error. La fórmula de Hazen-Williams es específica en cuanto a las unidades. En el sistema de unidades tradicional de Estados Unidos adopta la forma siguiente:

v = 1.32 Ch R0.63s0.54

Donde: v = Velocidad promedio del flujo (pies/s). Ch = Coeficiente de Hazen - Williams (adimensional). R = Radio hidráulico del conducto de flujo (pies) s = Relación hL/L: pérdida de energía /longitud del conducto (pies/pies) El uso del radio hidráulico en la fórmula permite su aplicación a secciones no circulares y también a circulares. Para las secciones circulares se emplea R = D/4. El coeficiente Ch sólo depende de la condición de la superficie de la tubería o conducto. La tabla siguiente proporciona valores que son comunes. Observe que algunos de ellos son descritos como tubos nuevos y limpios, mientras que el valor de diseño toma en cuenta la acumulación de depósitos en las superficies interiores de la tubería después de cierto tiempo, aun cuando fluya agua limpia a través de ellos.

Ch Tipo de tubo. Promedio para tubería

nuevas y limpias. Valor de diseño.

Acero, hierro dúctil o fundido com aplicación centrifuga de cemento o revestimiento bituminoso.

150 140

Plástico, cobre, latón, vidrio.

140 130

Acero, hierro fundido, sin recubrimiento

130 100

Concreto 120 100 Acero corrugado. 60 60 Con Unidades del SI, la fórmula de Hazen-Williams es:

v = 0.85 Ch R 0.63s0.54

Donde: v = Velocidad promedio del flujo (m/s) Ch = Coeficiente de Hazen-Williams (adimensional). R = Radio hidráulico del conducto de flujo (m) s = Relación hL/L: pérdida de energía/longitud del conducto (m/m) Igual que antes, el flujo volumétrico se calcula con Q = Av.

3.7 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO INDUSTRIAL 3.7.1 Principio de Funcionamiento Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión. El sistema, funciona como se explica a continuación: El agua que es suministrada desde una toma público u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde, a través de un sistema de bombas o una bomba dependiendo del caudal, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red), y que posee volúmenes variables de agua y aire.

Cuando el agua entra al recipiente aumenta su nivel, se comprime el aire y aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinada, se produce la señal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red.

Cuando el agua es suministrada casi en su totalidad, la bomba espera a que se active la señal de baja presión para volver a encenderse.

Cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos, se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente.

3.7.2 Componentes del Sistema Hidroneumático. El Sistema Hidroneumático deberá estar construido y dotado de los componentes que se indican a continuación:

a. Un tanque de presión, el cual consta entre otros de un orificio de entrada y otro de salida para el agua (en este se debe mantener un sello de agua para evitar la entrada de aire en la red de distribución) y uno para la inyección de aire en caso de faltar el mismo.

b. Un número de bombas acorde con las exigencias de la red. c. Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso de

faltar el agua en el estanque bajo. d. Llaves de purga en las tuberías de drenaje. e. Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de las

bombas al tanque hidroneumático. f. Conexiones flexibles para absorber las vibraciones. g. Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; entre éste y el

sistema de distribución. h. Manómetro. i. Válvula de seguridad. j. Dispositivo para control automático de la relación aire/agua. k. Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión

máxima, arranque aditivo de la bomba en turno y control del compresor. l. Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión, para la indicación

visual de la relación aire-agua. m. Tablero de potencia y control de los motores. n. Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático, con su correspondiente

llave de paso. o. Compresor u otro mecanismo que reponga el aire perdido en el tanque

hidroneumático. p. Filtro para aire, en el compresor o equipo de inyección.

3.8. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA. Cada sistema de flujo posee su propia ecuación del sistema específica. Si el flujo es laminar las perdidas por fricción son proporcionales a Q1 más que a Q2. A efecto de elegir una bomba para una aplicación particular es necesario utilizar la curva del sistema, según es determinada por la ecuación del sistema y la curva de eficiencia de la bomba. En la curva del sistema y en la curva de rendimiento de la bomba se obtiene el punto de operación del sistema. Su intersección representa el punto de operación del sistema. Es decir, este punto proporciona la carga y el caudal que satisfacen tanto la ecuación del sistema como la ecuación de la bomba. Idealmente se espera que el punto de operación esté próximo al mejor punto de eficiencia (MPE) de la bomba.

Las bombas se pueden disponer en serie o en paralelo a fin de obtener carga o capacidad de flujo adicionales. Cuando dos bombas se colocan en serie, la curva de eficiencia de la bomba resultante se obtiene al sumar las cargas del mismo caudal; y para dos bombas idénticas en paralelo, la curva de eficiencia combinada se obtiene al sumar los caudales a la misma carga.

3.8.1 Altura Útil y Manométrica Se definen como altura útil de una bomba el llevado al ascenso vertical e que experimenta la superficie sobre el líquido, sea, del peso del agua hasta el depósito de almacenamiento. Se designe a la altura humanamente que ha de una a bomba elevadora es la suma de la altura útil más las pérdidas de carga producidas en las cañerías de aspiración y de elevación 3.8.2 Tipos de Pérdida Las pérdidas de energía en el interior de la bomba son de tres especies: Pérdida hidráulica: debido a un frotamiento continuo para accidentales que el líquido encuentran al atravesar la bomba, para evitarlas se deben realizar los aforismos ya enunciados. Pérdidas volumétricas: Dividas a las fugaces que eventualmente se pueden producir al pasar el líquido a través de la bomba, las obras pueden ser diferencias de presiones, o que existe entre las partes fijas y móviles de la bomba. Otras fugas importantes son por creación de gases o vapores y ocupar un volumen concentrado en el interior de la bomba lo que provoca la disminución del caudal. Pérdida mecánica: debido a los frotamientos mecánicos en el las partes fijas y las partes de la bomba, como por ejemplo en el pernos y cojinetes, entre pistones y cilindros, etc. 3.8.3 Tubería. Una tubería es un conjunto de elementos que conforman la red y que deben de garantizar su estanquidad y hermeticidad, cumpliendo con las características y especificaciones de las normas mexicanas o normas del producto ya sean nacionales e internacionales. La presión máxima de diseño de la red de distribución esta dada por la carga estática máxima admisible la cual no debe ser mayor a 0.5Mpa (5kg/cm2). La prueba de hermeticidad a la que se deben someter todas las tuberías de una red (primaras y secundarias) se deben de realizar a una presión de 1.5 veces la presión de trabajo de las tuberías.

El parámetro más importante es la velocidad del fluido la que debe ser suficientemente baja. Generalmente, los valores máximos admisibles son: Para agua fría 2 m/s Para agua caliente 1.3 m/s En el primer caso, el fluido usado es agua prácticamente exenta de O2 porque la temperatura de operación entre 70 y 85º C favorece el equilibrio físico, reduciendo la presión parcial del gas cuyo contenido queda limitado a fracciones. Por lo tanto, se puede afirmar que en instalaciones de agua caliente no se presentará el fenómeno de corrosión por contacto. 3.8.4 Accesorios de Tuberías Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso. Entre los tipos de accesorios mas comunes se puede mencionar:

� Bridas � Codos � Tees � Reducciones � Cuellos o acoples � Válvulas

� Empacaduras � Tornillos y niples

Características Entre las características se encuentran: tipo, tamaño, aleación, resistencia, espesor y dimensión. Diámetros. Es la medida de un accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas. · Resistencia. Es la capacidad de tensión en libras o en kilogramos que puede aportar un determinado accesorio en plena operatividad. · Aleación. Es el material o conjunto de materiales del cual esta hecho un accesorio de tubería. Espesor. Es el grosor que posee la pared del accesorio de acuerdo a las normas y especificaciones establecidas. 3.8.5 Soporteria

Las tuberías verticales y horizontales deberán sujetarse a los elementos estructurales o a travesaños metálicos por medio de abrazaderas tipo omega de fierro galvanizado, ancladas con taquetes y tornillos.

Cuando se sujeten a elementos estructurales, y dependiendo del tipo de tubería y de su diámetro, se utilizarán taquetes expansores o balazos. Si se sujetan a travesaños metálicos, se usarán tornillos galvanizados de cabeza hexagonal y tuercas.

La soportería elemental -compuesta por abrazaderas tipo omega de fierro galvanizado, abrazaderas uña, grapas, taquetes de fibra o plástico y tornillos; formará parte de los cargos que incluyen los precios unitarios del concepto correspondiente. Las abrazaderas tipo pera y similares se estimarán por separado.

Las tuberías agrupadas, deberán suspenderse de elementos estructurales, usando la soportería diseñada para cada caso.

La soportería de tuberías agrupadas para instalaciones especiales se ejecutará de acuerdo al proyecto.

3.9 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS. Las Bombas pueden clasificarse sobre la base de las aplicaciones a que están destinadas, los materiales con que se construyen, los líquidos que mueven y aún su orientación en el espacio. Todas estas clasificaciones, sin embargo, se limitan en amplitud tienden sustancialmente a traslaparse entre sí. Un sistema más básico de clasificación, define primero el principio por el cual se agrega energía al fluido, investiga la identificación del medio por el cual se implementa este principio y finalmente delinea las geometrías específicas comúnmente empleadas. Este sistema se relaciona por lo tanto, con las bombas mismas y no se relaciona con ninguna consideración externa a la bomba o aun con los materiales con que puede estar construida. Bajo este sistema, todas las bombas pueden dividirse en dos grandes categorías: Dinámicas, en las cuales se añade energía continuamente, para incrementar las velocidades de los fluidos dentro de la máquina a valores mayores de los que existen en la descarga, de manera que la subsecuente reducción en velocidad dentro, o más allá de la bomba, produce un incremento en la presión. Las bombas dinámicas pueden, a su vez, subdividirse en otras variedades de bombas centrífugas y de otros efectos especiales. De Desplazamiento, en las cuales se agrega energía periódicamente mediante la aplicación de fuerza a uno o más límites móviles de un número deseado de volúmenes que contienen un fluido, lo que resulta en un incremento directo en presión hasta el valor requerido para desplazar el fluido a través de válvulas o aberturas en la línea de descarga. Las bombas de desplazamiento se dividen esencialmente en los tipos reciprocantes y rotatorios, dependiendo de la naturaleza del movimiento de los miembros que producen la presión. Cada una de estas clasificaciones mayores puede, a su vez, subdividirse en varios tipos específicos de importancia comercial, como se indica en la siguiente figura.

CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Doble Doble, simple Vapor acción Pistón Simple embolo acción Simple, doble

Doble Potencia Reciprocantes succión Triple, múltiple Desplazamiento Simple Positivo Operada Diafragma por un fluido Múltiple Operada mecánicamente Aspas Pistón Rotor simple Miembro flexible Rotatorias Tornillo Engranes Bombas Rotor múltiple Lóbulos Balancines Tornillos Autocebantes Cebadas por medios Centrífugas Flujo mixto externos Flujo radial Unipaso Impulsor abierto Impulsor semiabierto

Dinámicas Multipaso Impulsor cerrado Impulsor abierto Flujo axial Simple succión Impulsor cerrado Unipaso Autocebantes Periféricas

Multipaso Cebadas por medios externos

Especiales Electromagnetismo

3.9.1 Dimensionamiento de las Bombas y Motores. La primera consideración al seleccionar el tamaño de las bombas, es el hecho de que deben ser capaces por si solas de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con la (s) otra (s) y para cubrir entre todas, por lo menos el 140 % de la demanda máxima probable. 3.9.2 Numero de Bombas y Caudal de Bombeo. Como ya fue mencionado, solo es permitido el uso de una bomba en el caso de viviendas unifamiliares; en cualquier otro tipo de edificaciones deben seleccionarse dos o más unidades de bombeo. Ya que se debe dejar una unidad de bombeo de reserva para la alternancia y para confrontar caudales de demanda súper-pico, se deberá usar el siguiente criterio: La suma total de los caudales de las unidades de bombeo utilizados no será nunca menor del 140 % del caudal máximo probable calculado en la red. Existen bombas que se utilizan para cambiar la posición de un cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo salga a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería un acueducto, en donde las alturas, así como los diámetros de tubería y velocidades son iguales, en tanto que la presión es aumentada para vencer las pérdidas de fricción que existen en la conducción.

3.9.3 Ciclos de Bombeo.

Se denomina ciclos de bombeo al número de arranques de una bomba en una hora. Cuando se selecciona un tanque se debe considerar la frecuencia del número de arranques del motor en la bomba. Si el tanque es demasiado pequeño, la demanda de distribución normal extraerá el agua útil del tanque rápidamente y los arranques de las bombas serán demasiado frecuentes. Un ciclo muy frecuente causa un desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia.

Por convención se usa una frecuencia de 4 a 6 ciclos por hora, el ciclo de cuatro (4) arranques/hora se usa para el confort del usuario y se considera que con mas de seis (6) arranques/hora puede "haber" un sobrecalentamiento del motor, desgaste innecesario de las unidades de bombeo y excesivo consumo de energía eléctrica. El punto en que ocurre el número máximo de arranques, es cuando el caudal de demanda de la red alcanza el 50% de la capacidad de la bomba. En este punto el tiempo que funcionan las bombas iguala al tiempo en que están detenidas. Si la demanda es mayor que el 50%, el tiempo de funcionamiento será mas largo; cuando la bomba se detenga, la demanda aumentada extraerá el agua útil del tanque más rápidamente, pero la suma de los dos periodos, será mas larga. 3.9.4 Características de las Bombas 3.9.4.1 Características del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma mas frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante. La forma de los impulsores y de los alabes y su relación con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las pérdidas por choque, la fricción del fluido y la turbulencia. Dichos parámetros varía con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las características de las bombas. La altura en vacío es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrífugas de flujo mixto, la altura en vacío es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de máximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vacío puede ser hasta tres veces la altura normal. La elección de una bomba para condiciones determinadas dependerá de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva característica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relación entre la altura y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.

3.9.4.2 Punto de Funcionamiento de una Bomba La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual vaya a trabajar. En este caso, la bomba está suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática mas la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente proporcional) a Q²). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por la intersección de las dos curvas. Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas. El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solo dinámica es el de la curva H - Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto mas empinada se la curva H - Q, mas significativo será el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento. Por ejemplo, una bomba con una curva H - Q empinada presentará un pequeño cambio de descarga pero la altura variará mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambio una bomba cuya curva H - Q sea plana, mostrará un gran cambio de capacidad pero la altura variará poco al desplazarse el punto de funcionamiento Las curvas H - Q para las bombas centrífugas son sustancialmente planas, con tendencia a que el sedimento máximo se sitúe inmediatamente después de la capacidad media. Las curvas H - Q para una bomba de flujo axial es aún más empinada, con su punto de demanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente. 3.9.4.3 Cavitación en las Bombas Al diseñar una bomba, para carga y gasto determinados, debe escogerse la velocidad especifica mas alta, ya que en ello redunda en una reducción en tamaño de la bomba; en este caso, el factor que se debe tener en cuenta es el incremento de la velocidad del liquido. Ya que los líquidos son fluidos que se evaporizan, se presenta el fenómeno de la cavitación, el cual le fija dichos límites. La cavitación no es más que la evaporización local de un liquido debido a las reducciones locales de presión, por la acción dinámica del fluido. Este fenómeno esta caracterizado por la formación de burbujas de vapor en el interior o en las proximidades de una vena fluida. La condición física mas general para que ocurra la cavitación es cuando la presión en ese punto baja al valor de la presión de vaporización.

Recordemos que la presión de vaporización de un liquido para cierta temperatura, es la presión a la cual un liquido se convierte en vapor cuando se le agrega calor. Para los líquidos homogéneos como el agua, la presión de vaporización tiene un valor definido para cierta temperatura y tablas tales como las de vapor de Keenan dan estos valores. Sin embargo, ciertas mezclas de líquidos, están formadas por varios componentes, cada uno de los cuales tiene su propia presión de vaporización y pueden llegar a ocurrir vaporizaciones parciales a diferentes presiones y temperaturas. La cavitación se manifiesta de diversas maneras, de las cuales las mas importantes son;

� Ruidos y vibración � Una caída de las curvas de capacidad y carga y la de eficiencia � Desgaste de las aspas del impulsor

Medios para reducir o evitar la cavitación

� Tener un conocimiento completo de las características del fenómeno en nuestra bomba

� Conocimiento de las condiciones de succión existentes en el sistema � Las condiciones de succión se pueden mejorar, eligiendo un tubo de

succión de mayor diámetro, reduciendo su longitud y eliminando codos, así como todo aquello que pueda ocasionar perdidas de carga

� Una revisión completa de todas las secciones de la cabeza de succión, impulsor y carcaza por donde va a pasar el liquido, cuidando de que no existan obstrucciones

� Elementos de guía que conduzcan el liquido convenientemente � Uso de materiales adecuados � Introducción de pequeñas cantidades de aire para reducir el efecto

3.9.5 Características de Rendimiento y de Selección de la bomba. 3.9.5.1 Rendimiento Volumétrico. El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente debería comprimir, conforme a su geometría y a sus dimensiones. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión, fugas que se deben a las holguras existentes en el interior de los componentes de la bomba. El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba, así si el rendimiento volumétrico disminuye con una alta tasa de cambio, el desgaste de sus elementos ya es demasiado. El rendimiento volumétrico se ve afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y también por la temperatura del mismo.

3.9.5.2 Rendimiento Mecánico. El rendimiento mecánico mide las perdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los mecanismos internos. Es esencial evitar la fricción y el rozamiento en el interior de la bomba, de tal manera que la energía que se comunica al eje de la bomba se invierta, en el mayor grado posible en aumentar la presión del liquido y no en vencer rozamientos y fricciones excesivas entre las partes mecánicas de la bomba. En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado, principalmente debido al rozamiento que sufre las partes en movimiento. 3.9.5.3 Rendimiento Total o Global El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba. Esta consideración, de aporte mínimo de energía a los mecanismos del avión, es general y muy importante en la ingeniería aeronáutica, debido a que toda la energía se obtiene de los motores. Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema. 3.9.5.4 Carga de Aspiración Neta Positiva (NPSH) Sobre el lado de aspiración de una bomba es común que haya bajas presiones, con la posibilidad concomitante de que dentro de la bomba ocurra cavitación. La cavitación ocurre cuando la presión del fluido en un punto dado es menor que la presión del vapor del liquido. Cuando ocurre esto se forman burbujas de vapor y este fenómeno puede provocar una reducción de la eficiencia, así como un daño estructural de la bomba. Para caracterizar el potencial de cavitación se usan la diferencia entre la carga total sobre el lado de aspiración, cerca de la entrada del impulsor de la bomba y la carga de presión de vapor del liquido. La CANP se define como:

RD NPSHNPSH ≥ En realidad existen dos valores de CANP, el primero es la CANP requerida la cual es necesario mantener o exceder de modo que no ocurra cavitación.

Debido a que en el ojo del impulsor se desarrollan presiones inferiores a las del tubo de aspiración, suele ser necesario determinar experimentalmente para una bomba dada la CANP requerida; el segundo valor de la CANP es la disponible que representa la carga que realmente ocurre para el sistema de flujo particular. El valor de la CANP disponible esta dado por:

vps h--h succspD hhNPSH ±=

Para este cálculo se utilizan normalmente presiones absolutas debido a que la presión de vapor se especifica como una presión absoluta. Con base en la ecuación anterior se observa que a medida que aumenta la altura del impulsor de la bomba por arriba de la superficie del fluido, la CANP disponible disminuye. Por consiguiente existe algún valor crítico de Z por arriba del cual la bomba no puede operar sin que ocurra cavitación.

4.1 Levantamiento Hidráulico. El diseño de la red de distribución, se presenta en la siguiente figura. Esta es la propuesta para instalar la tubería aérea C.P.V.C. algunos tramos del mismo tipo de tubería son subterráneos, toda la distribución satisface a todas las áreas que comprende el Rastro.

4.2 Cálculos.

4.2.1 Cálculo de la zona del personal. Oficinas y comedor Agua Potable: 20 °C Presión Atm: 0.785 Kg./cm2 Texcoco, Edomex.

� Cálculo del caudal del comedor Mueble Cantidad U.M. TotalLavabo 6 1 6W.C. Fluxómetro 6 6 36Fregadero 1 4 4Mingitorio Fluxómetro 3 5 15Total 10 51

smxsmxQ /1097.1/1034.0 333- +=

smxQ /1031.2 33-=

� Cálculo del caudal de las oficinas Mueble Cantidad U.M. TotalLavabo 2 1 2W.C. Tanque 2 3 6Total 8

smxQ /1029.0 33−=

Se suman los dos caudales para obtener el diámetro de entrada

smxsmxQ /1029.0/1031.2 3333- +=

smxQ /106.2 33-=

� Cálculo del diámetro

( )( )

lg2

lg6.1

04.0

5.2π

106.24

π

4∴

4

π

4

π

3-

2

2

PD

PD

mD

xD

V

QD

D

V

Q

DA

AVQ

=

=

=

=

=

=

=

=

� Cálculo de Perdidas por Fricción Tubería de 2”

mLt 2.7=

Formula de Hazen – Williams

85.1

63.0318.1)( +=

RC

VLeLHf

L = L + Le; Longitud del tubo (m), Le longitud equivalente (m) V = Velocidad real del fluido (m/s) C = Coeficiente de Hazen – Williams R = Gradiente Hidráulico (d/4) Material Coeficiente PVC hidráulico 150

( )

85.1

63.0

4

04417.0150318.1

5.265.32.7 +=Hf

mHf 64.0=

El criterio que se utilizo en este procedimiento, es el que se uso para la demás instalación, a continuación solo se pondrá el caudal como resultado de la implantación del método Hunter, para posteriormente hacer la suma del gasto total. Por otra parte las operaciones de pérdidas de carga por fricción, aplicando la formula de Hazen - Williams se efectuaron en una hoja de cálculo Excel (Pagina 67) para comodidad de los proyectistas.

Longitudes equivalentes No. de

accesorios Long, equivalente

Total

Valv. de compuerta 1 0.35 0.35 Codo 90° 2 1.1 2.2 Reducciones de 2” a 1 ½”

1 0.35 0.35

Reducciones de 2” a ½”

1 0.75 0.75

3.65m

Vestidores

� Cálculo del caudal smxsmxQ /1028.2/1058.0 3333 +=

smxQ /1086.2 33=

� Cálculo del diámetro

( )( )

lg4

31

lg50.1

0382.0

5.2π

1086.24

π

4∴

4

π

4

π

3

2

2

PD

PD

mD

xD

V

QD

D

V

Q

DA

AVQ

=

=

=

=

=

=

=

=

Comercialmente, no se fabrican tuberías con diámetro de 1 ¾ Plg. Por consiguiente se toma el diámetro de 2”.

Cálculo del diámetro de salida para abastecer la zona del personal. Comedor y Oficinas

smxQ /106.2 33-=

Vestidores

smxQ /1086.2 33= Gasto total del edificio

smxxxQ /1046.51086.2106.2 3333∑ =+=

La velocidad se propuso por medio del manual de instalaciones hidráulicas.

2.5m/sυ=

( )( )

lg2

12

lg076.2

0527.0

5.2π

1046.54

π

4∴

4

π

4

π

3

2

2

PD

PD

mD

xD

V

QD

D

V

Q

DA

AVQ

=

=

=

=

=

=

=

=

4.2.2 Cálculo de la sección 1. Cálculos para lavado de frigoríficos, incinerador y cabinas de transporte. Contando el número de llaves de la instalación y aplicando el Método Hunter se obtiene el caudal probable de las siguientes áreas:

� Cálculo del caudal lpsQ 34.0=

Cálculos Laboratorio Postmortem-bovinos

� Cálculo del caudal lpsQ 29.0=

Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte-bovinos (1ª parte)

� Cálculo del caudal lpsQ 25.0=

Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte-bovinos (2ª parte)

� Cálculo del caudal lpsQ 29.0=

Cálculo para el Área de Sacrificio para Bovinos

� Cálculo del caudal

( )s

lts

s

hr

hrs

laboraldia

laboraldia

lts

s

ltsses

.157.1

3600

1

.12

.

.

50000

Re1000Re50 =

lpsQ 157.1=

Cálculos en Área de Sacrificio para Porcino

� Cálculo del caudal 50 porcinos en un día, durante una jornada laboral de 12 horas, 500 litros/día/res

( )s

lts

s

hr

hrs

laboraldia

laboraldia

lts

puerco

ltspuer

.578.0

3600

1

.12

.

.

25000500cos50 =

s

ltsQ

.578.0=

Se suman ambos caudales obtenidos en el área de sacrificio.

lpslpslpsQ 735.1578.0157.1 =+= Cálculos de anfiteatro-bovinos (seis llaves)

� Cálculo del caudal lpsQ 25.0=

Cálculo del caudal total de la sección 1

lpsQ 34.0= Frigoríficos, incinerador y del transporte

lpsQ 29.0= Cálculos Laboratorio Postmortem-bovinos

lpsQ 25.0= Llaves para lavado de productos y transporte-bovinos

lpsQ 29.0= Llaves para lavado de productos y transporte-bovinos

lpsQ 735.1= Área de Sacrificio para bovinos y porcinos

lpsQ 25.0= Anfiteatro-bovinos (seis llaves)

lpsQ 155.325.0578.0157.129.025.029.034.0∑ =++++++=

Se calcula el diámetro que va a abastecer la sección 1.

� Cálculo del diámetro

( )( )

lg2

lg57.1

04.0

5.2π

10155.34

π

4∴

4

π

4

π

3

2

2

PD

PD

mD

xD

V

QD

D

V

Q

DA

AVQ

=

=

=

=

=

=

=

=

4.2.3 Cálculo de la sección 2 Cálculos de anfiteatro-bovinos (cuatro llaves)

� Cálculo del caudal (Empleando Tabla Método Hunter) lpsQ 16.0=

Cálculos del laboratorio Antemorten-bovinos

� Cálculo del caudal lpsQ 32.0=

Cálculos de los aspersores (bovinos y porcinos) El gasto que ocupan los aspersores es de 25 litros para el baño de porcinos y de 30 litros para los bovinos, y si en un día laboral que se matan 50 porcinos y la misma cantidad de bovinos, se efectúo el siguiente calculo:

( )s

lts

s

hr

hrs

laboraldia

laboraldia

lts

res

ltsreses

.035.0

3600

1

.12

.

.

15003050 =

( )s

lts

s

hr

hrs

laboraldia

laboraldia

lts

puerco

ltspuer

.029.0

3600

1

.12

.

.

125025cos50 =

� Cálculo del caudal

lpslpslpsQ 64.0029.0035.0 =+=

lpsQ 064.0= Cálculos de bebederos-bovinos

� Cálculo del caudal

Se cálculo para el abastecimiento de los bebederos con la formula:

t

VQ =

Teniendo el volumen, se propone un tiempo de llenado apropiado. La demanda de agua en el área de bebederos no es muy grande a comparación del área de sacrificio, así que se planteo hacer un llenado del tanque con 30 minutos que a partir de la formula siguiente y un volumen de bebedero con 1.9012 m3 se tiene:

3.03.011 xxV =

s

mQ

1800

99.0 3

=

lpsQ 55.0= Para un solo bebedero

lpsQ 55.0= Multiplicado por 6 para tener el gasto de suficiente en los 6

bebedores con los que cuenta el area de corrales.

lpsQ 3.3=

Cálculos de bebederos-porcinos

El sistema de distribución de agua para los bebederos respecto al grupo porcino, se cuentan con tanques de 2.5 m de largo, 0.20 m de ancho y 0.20 m de altura cada uno. Teniendo un volumen de V = 0.1 m3 y para llenar el tanque se requieren de 30 minutos (1800 segundos) tenemos para la siguiente ecuación:

� Cálculo del caudal lpsQ 055.0= Para un solo bebedero

lpsQ 055.0= Multiplicado por 48, que es el numero total de

bebederos Q = 2.64x10-3 m3/s Cálculos del laboratorio Antemortem-porcinos

� Cálculo del caudal (Empleando Método Hunter) lpsQ 32.0=

Cálculos de anfiteatro-porcinos (cuatro llaves)

� Cálculo del caudal lpsQ 16.0=

Cálculos de anfiteatro-porcinos (seis llaves)

� Cálculo del caudal lpsQ 25.0=

Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte-bovinos (2ª parte)

� Cálculo del caudal lpsQ 29.0=

Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte-bovinos (1ª parte)

� Cálculo del caudal lpsQ 25.0=

Cálculos Laboratorio Postmortem-porcinos

� Cálculo del caudal lpsQ 29.0=

Cálculos del caudal total de la sección 2

lpsQ 16.0= Cálculos de anfiteatro-bovinos (cuatro llaves)

lpsQ 32.0= Cálculos del laboratorio Antemorten-bovinos Cálculos de los aspersores (bovinos y porcinos)

lpsQ 3.3= Cálculos de bebederos-bovinos

lpsQ 64.2= Cálculos de bebederos-porcinos

lpsQ 32.0= Cálculos del laboratorio Antemorten-porcinos

lpsQ 16.0= Cálculos de anfiteatro-porcinos (cuatro llaves)

lpsQ 25.0= Cálculos de anfiteatro-porcinos (seis llaves)

lpsQ 29.0= Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte-

porcinos

lpsQ 25.0= Cálculos de llaves para lavado de productos y transporte- porcinos

lpsQ 29.0= Cálculos Laboratorio Postmortem-porcinos

lpsQ 064.0=

lpsQ 494.829.025.029.025.061.032.064.23.3064.032.016.0∑ =++++++++++=

� Cálculo del diámetro

( )( )

lg3

lg58.2

065.0

5.2π

10494.84

π

4∴

4

π

4

π

3

2

2

PD

PD

mD

xD

V

QD

D

V

Q

DA

AVQ

=

=

=

=

=

=

=

=

En resumen tenemos que para abastecer las oficinas, comedor y vestidores se necesita una tubería de 2 ½ Plg. En la sección 1 se debe utilizar una tubería de alimentación de 2 Plg. Y por ultimo se requiere de una tubería con diámetro de 3 Plg para abastecer la sección 2. Mediante estos cálculos hemos conocido los diámetros que serán utilizados para satisfacer la demanda de agua en las diversas áreas del Rastro. Posteriormente de los diámetros que obtuvimos y que estarán colocados a 4m del nivel del piso terminado del Rastro utilizaremos la reducción apropiada de tubería para distribuir el agua y hacerla llegar a los sanitarios, regaderas, lavabos, mangueras, etc.

4.2.3 Resultados.

4.2.3.1 Gasto total.

Gasto total del rastro

Edificio Gasto Total del Edificio smxQ /1046.5 33= Sección 1 Gasto Total de la Sección 1 sltsQ /155.3=

Sección 2 Gasto Total de la Sección 2 sltsQ /494.8=

Gasto Total del Rastro

sltsQ /109.17494.8155.346.5∑ =++=

m

ltsQ 5.1026=

gpmQ 2.271=

4.2.3.2 Resultado de Pérdidas por Fricción. Basándose en la Formula de Hazen – Williams (Pág. 38) y usando una hoja de cálculo se obtuvieron los siguientes resultados de Pérdida de Carga por Fricción:

4.2.4 Cálculo de la Cisterna. Para el gasto máximo diario se toma el mayor consumo de agua, en general se toma el horario de trabajo. Gasto máximo instantáneo

sltsQ /17= A partir de lo anterior se calculara el gasto máximo diario (G.M.D.)

...36.0... IMxTxGDMG = Donde: G.M.D. = Gasto MáximoDiario 0.36 = Constante para conversión de unidades T = Tiempo de servicio G.M.I. = Gasto Máximo Instantáneo

sltshrsxxDMG /171236.0... =

ltsDMG 73440... = Calculo de consumo maximo por dia. Para obtener el gasto horario se considera un coeficiente de variación horario de 1.5 considerando que durante el día, hay horas de mayor consumo y que varían aproximadamente 1.5 veces el consumo promedio durante las 24 horas del día.

ThQDMC ).max(... = Donde: G. máx. h = Gasto maximo horario

== 5.1)86400/73440(.max hQ T = tiempo de servicio 1.5 = coeficiente de variación horario

5.1)86400/73440(.max =hQ ltshQ 275.1.max =

T = 86400seg

Sustituyendo se tiene: )86400/275.1(... =DMC

ltsDMC 110160... = Para la reserva del consumo diario, se prevé en fallas en el sistema de abastecimiento y se estima que debe ser un 50% del consumo máximo promedio por día. Por lo tanto se obtiene el consumo máximo por día, con la siguiente expresión:

%50110160... += ltsDMC ltsltsDMC 55080110160... +=

ltsDMC 165240... =

Volumen de la Cisterna

Considerando el gasto máximo por día, tenemos: Consumo diario = 165240lts Dia de reserva = 82620lts Total = 247860lts Cuando el rastro se encuentre en operación se espera un 100% de ocupación (área de sacrificio) por lo que se considera la capacidad de la cisterna de 247860lts y de dimensiones 12mx10mx3m La capacidad de la cisterna es para tener un funcionamiento normal en el servicio para la zona de personal y para la zona de trabajo, así como para las personas que trabajan y los visitantes que llegasen a ir al rastro. Se considera una reserva de 50% por tiempo de estiaje o fallas en el suministro. Por otra parte se necesita contemplar un volumen de agua para el sistema contra incendio, y se determina agregando 5lts por cada m2 del área total con la que cuenta el Rastro. Área total del Rastro = 6 452 m2 Sistema Contra Incendio = 5 lts/m2

= 22

56452

m

ltsmAT

Por cada m2 se le agregan 5lts, se obtiene el volumen de 32 260 Litros o 32.26 m3

que se necesita para el sistema contra incendio y es agregado al volumen total que se obtuvo anteriormente. Un factor importante a considerar es incorporar una pendiente del 1% para la sedimentación de arenas. Se hace una inclinación de 3 cm para una altura de 3 metros y retomando las dimensiones iniciales de la cisterna de un largo de 12 m por un ancho de 10 m y ahora incorporando una altura de 0.03 m; se favorece por la pendiente un Volumen de: 3.6m3

El Volumen Total Disponible de la Cisterna será de: 247.86 + 32.26 + 3.6 m3 = 283.72 m3

Cisterna Volumen de Agua Requerido: 283.72 m3 Volumen Disponible: 360.00 m3 Volumen de Agua Disponible: 312.00 m3 Pendiente 1%

Acot. Metros

4.2.4 Selección de la Bomba. Calculo de la gravedad en la ubicación de la instalación. Tomando en cuenta la siguiente ecuación, el rastro se encuentra ubicado en Texcoco Edo. De México a una latitud de 19.64º y esta 2252m promedio sobre el nivel del mar.

Hxsenffsengegl6-2

4

2 10806.3-)Φ2-Φ 1( +=

Donde: gl = aceleración de la gravedad local (m/s2) ge = 9.780318m/s2, aceleración de la gravedad en el Ecuador (Φ=0º) f = 0.0053024 (aplastamiento gravitacional) f4 = 0.0000058 Φ = latitud (19º38´46”) H = altitud (ortométrica) sobre el nivel de medio del mar, en metros 2252m

[ ] )2252(10806.3-)(19.640000058.0-(19.64)0053024.0 17801318.9 6-22 xsensengl +=

[ ] -37-4- 10571.8-1055.6-1099.5 17801318.9 xxxgl +=

2/777.9 smgl=

Calculando la carga total de la bomba 0 0

LB HZZgg

PPH +++= 12

2

1

2

212-

2

υ-υ

ρ

-

Como la presión 1 es atmosférica su valor es cero. La velocidad υ1 se considera cero por la inmensidad del volumen (en la cisterna). Z1 es cero por ser nuestro nivel de referencia.

LB HZgg

PH +++= 2

2

22

2

υ

ρ

LB HmcaH +++= 26)777.9(2

2.525

2

LdesLsuccL hhH +=

Formula de Hazen – Williams

85.1

63.0318.1)( +=

RC

VLeLhLsucc

Coeficiente de Hazen – Williams de PVC cedula 40. C = 110 - 120 R = Gradiente Hidráulico (d/4) V = Velocidad real del fluido (m/s) L = L + Le; Longitud del tubo (m), Le longitud equivalente (m) D = 4” plg. (Tabla 6.2) Rango recomendado de velocidades de succión 0.6 – 1.2m/s Le Le = (Le/D) D Codo largo de 90º (20) 0.0779 = 1.55m Válvula de pie (de vástago) (420) 0.0779 = 32.718m

( )

85.1

63.0 )

4

1023.0115318.1

1)(6.348.3( +=Lsucch

mhLsucc

255.0=

Para seleccionar un tanque hidroneumático se calcula la carga en metros columna de agua.

Las pérdidas por fricción se toman desde la succión de la bomba hasta la salida más lejana que se tiene en la instalación, los cálculos de perdida de carga por fricción se efectuaron en una hoja de cálculo Excel.

mhLdesc

98.35=

LdesLsuccL hhH +=

mH L 25.3698.35263.0 =+=

La presión mínima requerida es de 14.22Psi o 10mca

mcamcamcaH B 25.3626)777.9(2

2.510

2

+++=

mcaH B 56.72=

El NPSH disponible

vps h--h succspD hhNPSH +=

La presión es atmosférica, por que es la que se presenta en la cisterna.

γ

phsp =

.100135.11 5 PaxatmP == 3/998ρ mkg=

2/777.9 smg=

mx

hsp 39.107)(998)(9.77

100135.1 5

==

0.30

capacidad cisterna360 m³

Cuarto de Máquinas

3Ø 4Plg

Diferencia de elevación del nivel del fluido de la bomba

mh s 8.2=

Perdida en la línea de succión

mhf

263.0=

Carga de presión de vapor (De la Tabla B)

mhvp

2388.0=

vps h--h- succspD hhNPSH =

0.2388m-263.0-2.8m39.10 mmNPSHD

+=

mNPSH D 68.12= fto 64.41

Como el caudal es muy alto, mostraremos un arreglo de bombas en paralelo, donde están conectadas 3 bombas centrífugas.

321 HHHH B ===

mH B 56.72= piesH B 07.238=

El NPSH disponible al igual que la carga no varía con el arreglo de las bombas.

321 NPSHNPSHNPSHNPSH D ===

mNPSH D 68.12= fto 64.41

Para seleccionar la bomba se toman en cuenta principalmente la carga de la bomba y el caudal, así como el NPSH disponible.

321 QQQQt ++=

sltsQ /7.51= = smxQ /107.5 33= = mltsQ /342=

gpmQ 4.90=

RD NPSHNPSH ≥

El NPSH requerido como se observa en la grafica es de 5 y nuestro disponible es de 12, por lo que nuestra selección de bomba es la correcta.

� Presión de la bomba )56.72)(777.9)(/998(ρ

3

2 mkggHP BOHb ==

708000Pa=b

P

� Potencia que requieren las bomba

)56.72)(/107.5)(/777.9)(/998(ρ3323

H2O msmxsmmkggQHP Bh ==

wattssNmPh == /6.4035

Bomba seleccionada

gpmQ 4.90= Aurora Pentair Pump – Group

rpmn 3500= Size: 1 ½ x 2 x 9c

%50=be Type: Serie 340 / 360

hpPot 10. = Impulsor cerrado

lg4..min. puimpDia = Limites de uso Temperatura del fluido hasta + 60°C Máxima temperatura de ambiente + 40°C Empleos e instalaciones Se recomiendan para bombear agua limpia que no contengan partículas abrasivas y/o líquidos químicamente no agresivos para los materiales que constituyen la bomba. La instalación se debe efectuar en lugares cerrados o protegidos de la intemperie.

Características de construcción � CUERPO BOMBA: en hierro fundido, con bocas de succión y descarga

roscadas ISO 228/1. � SOPORTE MOTOR: en aluminio con inserto frontal en latón; reduce las

dificultades de arranque causadas por el bloqueo del rodete tras largos períodos de inactividad.

� RODETE: en latón, con aspas de tipo periféricas radiales. � EJE MOTOR: acero inoxidable EN 10088-3 - 1.4104. � SELLO MECANICO: cerámica - grafito - NBR. � MOTOR ELECTRICO: las bombas están acopladas directamente a un motor

eléctrico expresamente dimensionado, silencioso, cerrado, con ventilación externa y apta para servicio continuo. PKm: monofásico 230 V - 60 Hz con condensador y salvamotor térmico incorporado. PK: trifásico 230/460 V - 60 Hz.

� AISLAMIENTO: clase F. � PROTECCION: IP 44. � MODELO REGISTRADO Nº 72753.

4.2.6 Selección del Tanque Hidroneumático. El tanque con membrana es muchísimo mejor que los tanques convencionales, es mas eficiente ya que suministra mas del doble de agua que un tanque convencional. El agua y el aire están separados por una membrana, por lo que al no mezclarse no existe perdida de aire, por lo que no hace falta un compresor. Es higiénico y de larga vida, como el agua no esta en contacto con la lamina no hay corrosión ni oxidación. Para evitar un número excesivo de arranques y paradas, la experiencia ha demostrado que el volumen útil del tanque precargado tiene relación con la potencia de la bomba. Volumen útil = K x Q Potencia (Hp) 0.5 0.75 1 1.5 2 3 4 5.5 7.5 10 12.5

K 0.20 0.21 0.23 0.26 0.29 0.35 0.41 0.51 0.63 0.79 0.94 Volumen útil = 0.79 x 342lts/min Volumen útil = 270.18lts/min

Tabla de calculo de un tanque precargado Pedrollo

Presión de arranque de la bomba (psi)

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Presión de parada de la bomba (psi)

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Presión de precarga del tanque (psi)

17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97

Volume

n del

tanque (lts)

Volumen útil del tanque (lts) 5 1.7 1.6 1.9 1.4 1.7 1.3 1.4 1.4 1.4 1.4 1.8 1.8 1.4 1.4

8 2.8 2.1 3 2.3 2.7 2.1 2.2 2.2 2.2 2.2 2.9 2.9 2.3 2.3

19 6.6 5 7.1 5.4 6.3 4.9 5.2 5.2 5.2 5.2 6.5 6.5 5 5 20 6.9 5.3 7.5 5.7 6.9 5.2 5.5 5.5 5.5 5.5 7.2 7.2 5.7 5.7

24 8.3 6.3 9 6.8 8 5.7 6 6 6 6 8.3 8.3 6.2 6.2 40 13.8 10.5 14.9 11.3 13.7 10.4 11 11 11 11 14.4 14.4 11.4 11.4

60 20 15 22 17 20 15 16 16 16 16 21 21 17 17

80 27 21 2 22 27 20 21 21 21 21 28 28 22 22

100 34 26 37 28 34 25 27 27 27 27 36 36 28 28 35 35 32.4

200 69 52 74 56 68 51 54 54 54 54 72 72 56 56 71 71 64.8

300 103 78 112 84 102 77 82 82 82 82 108 108 85 85 106 106 97.1

500 172 131 188 141 171 129 137 137 137 137 180 180 142 142 178 178 161.9

700 241 184 261 198 240 181 192 192 192 192 252 252 199 199 249 249 226.7

1000 345 262 373 282 342 259 274 274 274 274 360 360 284 284 356 356 323.8 1400 483 368 522 396 480 362 384 384 384 384 504 504 398 398 498 498 453.3

Seleccionaremos un tanque de 1000lts para cada bomba, recordemos que el gasto total se dividió en tres. La distribución del Sistema Hidroneumático se muestra en los Diagramas: B, C Y D.

Tanque Seleccionado: Fondos y revestimientos: acero al carbono, estampados en frió. Temperatura de trabajo: con membrana de goma EPDM –10 +70º C con membrana de goma butilo –10 +100º C Presión de prueba: 1.5 veces la presión máxima de trabajo. Barnizado con polvo epoxido. Modelo del equipo WX-453-C Volumen del tanque 1000lts o 264gal. Bombas No. 3 Tanques No. 3 Total en litros 3000 Medidas Diámetro (m) 0.914 Alto (m) 2.184

Sugerencia de fraccionamiento

Fraccionamiento

Sugerencia de fraccionamiento para los sistemas Tipo de uso Menos de 250 gpm 250 a 500 gpm

Apartamentos y oficinas 50/50 20/40/40 Hoteles 65/65 30/40/40 Colegios 50/50 20/40/40 Hospitales 70/90 30/70/70

50/50/50 Industrias 65/65 20/50/50 70/70 20/50/50

CAPITULO 5 ANALISIS DE COSTO - BENEFICIO

5.1 Costo de la Instalación Hidráulica El rastro debe cumplir con grandes requerimientos respecto a la higiene. Para este proyecto es ampliamente el beneficio al utilizar tubería C.P.V.C. El precio es mas reducido y mayores ventajas respecto al cobre. Análisis de Precios: Ejemplo del diámetro de tubería mas utilizada: 1 Plg y 1 ½ Plg C.P.V.C Tubería 1 " = 25 mm Precio Neto = $ 283.86 Tubería 1 ½ " = 38 mm Precio Neto= $ 721.34 Cobre Tubería 1 " = 25 mm Tipo K = $ 1380 + IVA Tipo M = $ 562 + IVA Tipo L = $ 909 + IVA Tubería 1 ½ " = 38 mm Tipo K = $ 2005 + IVA Tipo M = $ 1216 + IVA Tipo L = $ 1511 + IVA

88

Dentro las ventajas más importantes del C.P.V.C se mencionan a continuación:

• Dura más. • Es fácil y rápida de instalar. • Es resistente al alto impacto • No se corroe ni se oxida. • Evita problemas de salud causados por beber agua contaminada con

soldadura de plomo en tuberías tradicionales. • No se tapa por acumulación de sedimentos. • Es mejor aislante térmico. • Precio estable. • No requiere de herramientas especiales.

5.1.1 Costo de Accesorios, Tuberías y del Equipo Hidroneumático. La selección de los accesorios cumple con las expectativas del usuario, en este proyecto se tomo la decisión de usar tubería C.P.V.C por las grandes ventajas que se mencionaron anteriormente. Dicha tubería (Tubería aérea) se encuentra en la mayor parte de nuestra instalación, como los sanitarios de oficinas y vestidores del personal, cada área esta protegida por válvulas de compuerta o de globo según las necesidades de la instalación ya sea por alguna fuga o mantenimiento. Los accesorios de 13, 19, 25, 32, 38,50 y 75mm son del material C.P.V.C. El material de Acero Cedula 40 de 100mm se usa en el Sistema Hidroneumático. Por lo cual tenemos el estimado del costo de tuberías y accesorios de la siguiente manera:

� TUBERÍA C.P.V.C UTILIZADA: 13, 19, 25, 32, 38, 50, 60, 75 y 100 mm. � COSTO TOTAL DE TUBERIA Y ACCESORIOS: $ 67, 374.69 M.N.

� COSTO DEL EQUIPO HIDRONEUMATICO: $ 112 978.77 M.N.

Las grandes exigencias respecto a higiene dentro del Rastro satisfacen al utilizar la tubería C.P.V.C. incluso debido a su gran resistencia a la Presión y Temperatura se puede utilizar para suministrar agua caliente, no mayor a los 70°C y esta temperatura es conveniente utilizarlo en las regaderas que se encuentran en el área de vestidores, lo cual sirven para el aseo personal del trabajador, dando un gran beneficio para la reducción de costos en el proyecto. Por otra parte se optó por la Tubería de Acero Cedula 40 únicamente para el Sistema Hidroneumático, que esta localizado en la Sala de Máquinas y ahí solamente se usa dicha tubería por su uso rudo en el momento del funcionamiento de bombas y tanques presurizados. Como habíamos mencionado las necesidades de higiene que requiere el Rastro, usar Tubería y Accesorios de Acero Inoxidable nos traerían consecuencias en incremento de costos. El acero Inoxidable es más caro, las piezas son más difíciles de conseguir y sí se requiere mantenimiento o alguna soldadura, se necesita de personas calificadas para que hagan la reparación, al igual que maquinas especiales. El beneficio de usar Acero Cedula 40 nos ayudara a realizar nuestras conexiones de una manera mas fácil y para hacer unión con soldadura será mas accesible encontrar la persona que efectuara la reparación y así realizar el trabajo de una manera mas rápida ya que el Sistema de Distribución de Agua Potable por medio del Tanque Hidroneumático no puede estar interrumpido por mucho tiempo.

APENDICE Tabla A

Tabla B Presión de vapor y carga de presión de vapor del agua.

Tabla C Dimensiones de Tubería de Acero. Cedula 40

Tabla D Dimensiones de Tubería C.P.V.C.

Tabla E Dimensiones de Tubería P.V.C. Cementado Industrial. Cedula 40

Diagrama A Nomograma

Diagrama B Detalle del Sistema Diagrama C Arreglo de Bombas y Tanques Hidroneumáticos

Diagrama D Distribución Elegida del Sistema Hidroneumático en la Sala de Máquinas Nota: El esquema solo representa la distribución de los dispositivos, las dimensiones de tubería varia según su diámetro y tamaño de las bombas y tanques hidroneumáticos.

N° de N° de N° de Gastounidades Tanque Válvula unidades Tanque Válvula unidades probable

3 0.12 - 120 1.83 2.72 1100 8.274 0.16 - 130 1.91 2.80 1200 8.705 0.23 0.91 140 1.96 2.85 1300 9.156 0.25 0.94 150 2.06 2.95 1400 9.567 0.26 0.97 160 2.14 3.04 1500 9.908 0.29 1.00 170 2.22 3.12 1600 10.429 0.32 1.03 180 2.29 3.20 1700 10.89

10 0.34 1.06 190 2.37 3.25 1800 11.2512 0.38 1.12 200 2.45 3.36 1900 11.7114 0.42 1.17 210 2.53 3.44 2000 12.1416 0.46 1.22 220 2.60 3.51 2100 12.5718 0.50 1.27 230 2.65 3.58 2200 13.0020 0.54 1.33 240 2.75 3.65 2300 13.4222 0.58 1.37 250 2.84 3.71 2400 13.8624 0.61 1.42 260 2.91 3.79 2500 14.2926 0.67 1.45 270 2.99 3.87 2600 14.7128 0.71 1.51 280 3.07 3.94 2700 15.1230 0.75 1.55 290 3.15 4.04 2800 15.5332 0.79 1.59 300 3.32 4.12 2900 15.9734 0.82 1.63 320 3.37 4.24 3000 16.2036 0.85 1.67 340 3.52 4.35 3100 16.5138 0.88 1.70 380 3.67 4.46 3200 17.2340 0.91 1.74 390 3.83 4.60 3300 17.8542 0.95 1.78 400 3.97 4.72 3400 18.0744 1.00 1.82 420 4.12 4.84 3500 18.4046 1.03 1.84 440 4.27 4.96 3600 18.9148 1.09 1.92 450 4.42 5.08 3700 19.2350 1.13 1.97 480 4.57 5.20 3800 19.7555 1.19 2.04 500 4.71 5.31 3900 20.1760 1.25 2.11 550 5.02 5.57 4000 20.5065 1.31 2.17 600 5.34 5.8370 1.36 2.23 650 5.85 6.0975 1.41 2.29 700 5.95 6.3580 1.45 2.35 750 6.20 6.6185 1.50 2.40 800 6.60 6.8490 1.56 2.45 850 6.91 7.1195 1.62 2.50 900 7.22 7.36

100 1.67 2.55 950 7.53 7.61110 1.75 2.60 1000 7.84 7.85

Nota:Los gastos están dados en lt/seg y corresponden a un ajuste de la tabla original del método de Hunter

Gastos Probables para Aplicación del Método de Hunter

Gasto probable Gasto probable

Para el número deunidades de esta columna

es indiferente que losartefactos sean de tanque

o de válvula

Fuente: Reglamento Nacional de Construcciones

BIBLIOGRAFÍA.

� Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas.

Claudio Mataix. Ed. Alfaomega-segunda Ed.

� Manual de Flujo de Fluidos y Tubería.

Crane. Ed. Mc Graw Hill.

� Manual de Instalaciones. Hidráulicas, Sanitarias, Aire, Gas y

Vapor. Ing. Sergio Zepeda C. Ed. Limusa.

� Mecánica de Fluidos.

Robert L. Mott. Ed. Prentice Hall-sexta Ed.

� Bombas – Teoría - diseño y aplicaciones.

Manuel viejo Zubicaray-segunda Ed. Javier Álvarez Fernández-tercera Ed. Ed. Limusa.