trabajo final hidraulica conclusiones

5/13/2018 Trabajo Final Hidraulica Conclusiones - slidepdf.com

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METODO DE HARDY CROSS

HIDRAULICA DE

TUBERIAS

MIGUEL FELIPE POVEDA CASTAÑO

INGENIERIA CIVIL

V SEMESTRE

CORPORACION UNIVERSITARIA MINUTO DE DIOS

ZIPAQUIRA

2011



MEJORAMINETO DE PROBLEMA PROPUESTO

Dentro del estudio de la hidráulica de los conductos forzados o funcionando

bajo presión, uno de los temas más interesantes se refiere al análisis del

balance hidráulico y determinación de presiones en las redes abiertas y

cerradas de tuberías. El problema adquiere mayor relevancia cuando se

adicionan algunos condicionamientos como los que se refieren al costo de las

tuberías y su minimización, lo cual comprende aspectos de optimización;

siempre que sea posible este será la meta que buscará el ingeniero en el

desempeño de sus actividades profesionales.

No obstante de la existencia de diferentes procedimientos de cálculo y

programas computacionales al presente, la mayoría se restringen al cálculo de

caudales y pérdidas de carga en los tramos en redes hidráulicas, así como la

determinación de cotas piezométricas y presiones disponibles en los nudos.

La tendencia actual es la de utilizar métodos que permitan optimizar el costo de

la redes hidráulicas, que a su vez implica la utilización de diámetros mínimos.

Generalmente, al realizar el balance hidráulico y la determinación de los

diámetros óptimos, éstos últimos dan resultados que no siempre se aproximan

a los diámetros comerciales disponibles. Esta dificultad es superada tomando

en consideración la sustitución de la tubería de diámetro no comercial de

longitud “L”y diámetro no comercial “D”, por dos tuberías de diámetros

comerciales, dispuestas en serie, de longitudes “L1” y “L2” y diámetros “D1” y“D2”, pero, que cumplirán la condición: L = L1 + L2

Además, debe tomarse en cuenta que “una tubería puede ser reemplazada por

otras dos tuberías dispuestas en serie, si éstas tuberías conducen el mismo

caudal con la misma pérdida de carga (que resulta ser la suma de las pérdidas

de carga provocada por ambas tuberías) que la primera”.



Métodos de Resolución:

El estudio del diseño de redes hidráulicas, agrupa los diferentes métodos así:

a) Métodos de Verificación

b) Métodos de Diseño o Dimensionamiento

a) En este grupo se consideran los métodos de Hardy Cross, Matricial, Newton

Rapasen, etc. Dichos métodos solo sirven para verificar, si los diámetros

adoptados dan lugar a caudales y presiones razonables, sin contemplar

aspectos económicos como el costo de las tuberías.

b) Aquí, los métodos incluidos se caracterizan por estudiar diseños con algún

criterio económico y a través de ciertas condiciones en cada malla o anillo de la

red permiten hallar los diámetros de los diferentes tramos. Entre estos métodos

se citan a: recosido simulado, algoritmos genéticos, heurísticos y de

programación dinámica.

Es evidente que a través del tiempo, los diferentes investigadores han

formulado diferentes hipótesis y métodos que consideran un cierto criterio

económico, pero que no presentan una base matemática sólida de respaldo,

que asegure que el diseño realizado sea el óptimo.

Antes de la era computacional actual, el cálculo de redes daba lugar a tareas

prolongadas y reiterativas, limitando considerablemente las posibilidades de

evaluar y confrontar diferentes alternativas. Esta limitación era más notoria en



el caso de grandes redes, que requieren imperativamente un diseño óptimo,

por la gran influencia en el costo del sistema.

En la actualidad, dado el uso generalizado de los equipos de computación, las

dificultades que representaban anteriormente: la resolución de sistemas de

ecuaciones, los procesos iterativos y otros tipos de cálculo engorrosos, han

sido superados ampliamente, por lo cual muchos métodos que implicaban

muchas operaciones en el pasado, ahora se resuelven planteando modelos

matemáticos complementados con programas computacionales, que

simplifican el análisis y la evaluación de diferentes alternativas.

Es imprescindible el estudio de nuevos métodos de optimización para el cálculo

de redes hidráulicas, no solo por lograr bajar los costos en la construcción de

sistemas de agua potable, sino porque es un deber de quienes logran alguna

formación académica contribuir con algún aporte en el desarrollo de la ciencia,

como una retribución por el beneficio recibido en su profesionalización.

LAS TUBERÍAS DE ACUEDUCTO

Las tuberías instaladas en las redes de acueducto de las ciudades y municipiosdel país están fabricadas en materiales diversos como asbesto-cemento,

concreto-acero, hierro, acero, cobre y plástico.

Para identificar y clasificar la tubería se deben tener en cuenta las

características de cada una de ellas, pues están relacionadas con las funciones

que cumplen en la red de acueducto.

La correcta selección de la tubería garantiza la calidad de la instalación y su

reparación.



Características principales a considerar:

- Material

- Longitud de cada tubo

- Diámetros ( ø ) en pulgadas (“)(1) comerciales

- Relación entre el diámetro exterior y el espesor (RDE)

- Presión de trabajo

Requerimientos para la selección de las tuberías de acueducto:

- Caudal a transportar

- Resistencia a la presión interna

- Resistencia a las cargas externas

- Facilidad de mantenimiento

- Resistencia a la corrosión y a la oxidación

- Resistencia a las incrustaciones

- Resistencia a las corrientes eléctricas erráticas

- Vida útil y costos

- Estanqueidad

En el cuadro siguiente

encontrará un resumen de las

tuberías con algunas de las

características comerciales

como los diámetros usuales en

pulgadas, longitud en metros y

algunas propiedades según los

materiales de su fabricación.

Léalo y analícelo. Pero

devuélvase a este cuadro



cuantas veces necesite, especialmente cuando estudie otros aspectos de la

tubería de acueducto.

(1) ø Símbolo empleado para indicar diámetro

( “) Significa pulgadas

Clases de tuberías según el material, diámetro y longitudes

(Presentación comercial usual)

Clases de tuberías según el material, diámetro y longitudes (Presentación

comercial usual)

Tipos de tubería según el

material

Diámetro en pulgadas Longitud en metros

Asbesto-cemento o AC 2,3,4,6,8,10,12, 14, 16, 18, 20,

24, 28.

4

Cloruro de polivinilo o PVC 1/2, 3/4, 1, 1i/4, 2, 21/2, 3, 4, 6,

8, 10, 12.

6

Plástico flexible PF + UAD 1/2, 3/4. Rollo 90Cobre 3/8, 1/2, 3/4, 1,11/4,11/2, 2 Rollo 90 o más

Cilindro de Acero y Concreto

ACCP

10 en adelante sobre pedido

hasta 78

5y10

Hierro acerado o lámina de

acero H.A

1i/a, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12. En

adelante sobre pedido

5y10

Hierro fundido H.F 3, 4, 6,8,10, 12, 14, 18, 24, 30, 6



36.

Hierro Dúctil - H.D 4,6,8,10, 12, etc. 6y12

Hierro Galvanizado H.G 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1i/2, 3/4, 1,

1i/4, 2, 2i/z, 3,4, 6,8, 10, y 12.

6

Polietileno de alta densidad 1/2 a 8. 100

Fibra de vidrio 10 en adelante (Importación) 6

TUBERÍAS MÁS USADAS Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Tuberías de asbesto cemento o fibra-cemento a.c.

Esta tubería se utilizó masivamente en Colombia entre 1945 y 1975 en las

redes de acueducto, pues se fabrican en gran variedad de diámetros.

En Colombia se producen hoy en día para tres usos:

- Para redes de acueducto

- Para alcantarillado

- Para ductos telefónicos



Características de la tubería de Asbesto-Cemento A.C. para acueductos a

presión.

La unión de estos dos materiales, asbesto y cemento, produce una tubería con

las siguientes características:

· Presenta una superficie interior lisa que facilita el paso del agua

· Es inmune a la oxidación metálica pero presenta acartonamiento( ), en

terrenos agresivos, es decir con alto contenido de sulfatos (suelos ácidos).

· Se Han encontrado adherencias internas considerables ocasionadas por

residuos Del sulfato de aluminio utilizado Como coagulante.

· Presenta buen comportamiento ante el golpe de ariete

· Presenta buen comportamiento en casos de movimientos sísmicos

· Es totalmente inmune a las Corrientes eléctricas erráticas. Por no ser

conductor es inmune a la perforación de las paredes del tubo por esta causa.

· Su manejo y la instalación requieren cuidado por ser una tubería frágil a los

golpes o caídas.

El costo del transporte es menor que el de las tuberías metálicas por ser más

livianas.

Clases de tuberías de asbesto-cemento,

según la presión de prueba y la presión de

trabajo



Tubo

clase

Color de la banda

de identificación

Presión de

prueba (kg/cmz)

Presión de

trabajo

(kg/cma)

10 AZUL 10 5.0

15 ANARANJADO 15 7.5

20 ROJO 20 10.0

25 VERDE 25 12.5

30 NEGRO 30 15.0

Para su compresión debemos aclarar los siguientes conceptos:

Presión de

trabajo

Es la presión de diseño; es decir, la presión

máxima que calcularon los ingenieros cuando

diseñaron el acueducto en una zona específica de

éste: conducción, distribución, impulsión. (Incluye

sobrepresión por golpe de ariete).

Presión de

prueba

Está determinada por el fabricante y generalmente

es el doble de la presión de servicio del

acueducto, o sea de la presión de trabajo.

Presión de

rotura

Es la presión máxima en la cual se rompe el tubo

La unión normal para instalación de tubería es la Etermatic. La unión de

reparación recomendada es la Gibault (También se utiliza Etermatic sin caucho

central).

Rotulamiento



La Tubería de Asbesto-Cemento viene rotulada con una o dos bandas de color

que identifican su clase, la fecha y el lote de producción. Tales aspectos se

deben tener en cuenta al inspeccionar las tuberías antes de llevarlas a la obra.

Igual ocurre con todas las tuberías para acueducto que venimos estudiando.

Hace algunos años los fabricantes cambiaron (disminuyeron) los espesores de

las tuberías de j 8” en adelante disminuyendo el diámetro exterior, por lo cual

se debe verificar si la tubería y uniones requeridas para una reparación son las

adecuadas. La tabla antigua tiene una sola banda y la tabla nueva dos bandas.

Transporte

En lo posible, estas tuberías deber ser transportadas en camiones con

barandas que permitan el cargue y descargue lateral.

Deben ir sobre plataformas de tal manera que los tubos se puedan colocar

uniformemente, sin que sobresalgan más de un cuarto de su longitud.

En lo posible no se deben usar volquetes, así sea para viajes cortos. Por

ningún motivo utilice el volteo de estos vehículos para descargar la tuberíadirectamente al suelo.

Se recomienda descargar las tuberías tan cerca de la zanja como sea posible,

colocándola del lado opuesto donde va a depositar la tierra excavada, en caso

de que la zanja no esté abierta.

Almacenamiento

Conviene que el piso esté nivelado.

Se pueden sobreponer, sin que los montones sean muy altos. Almacene la

tubería donde no vaya a sufrir golpes, la tropiecen o se ruede. Al hacerlo

manéjela con cuidado y siga las instrucciones contenidas en la cartilla guía que

suministra el proveedor.



MODO DE DESCARGA

Clases Color

CONCLUSIONES

Al tomar en cuenta todas las variables a la hora de diseñar una red de

alcantarillado en el ejercicio propuesto se hizo:

– Se mantuvieron los caudales iniciales y se supuso que estos eran

requerimientos inamovibles en el diseño a realizar.



– Al calcular la presión requerida mínima en c/u de los puntos como de

1.5 kg/cm2 se optó por que esta fuera la presión en el diseño de la red.

– Teniendo en cuenta la longitud de cada uno de los tramos de la tubería y

que esta bajo tierra soportando cargas se optó por una tubería de

ASBESTO-CEMENTO CLASE 10 PORTLAND 5 KG /CM2 gracias a su

resistencia a la compresión además por la facilidad de instalación y

mantenimiento.

– La característica lisa de la parte interna de la tubería la hace óptima para

el transporte de agua fría.

– Debido a que soporta el 5 kg/cm2 de presión de fuerza es óptima

porque en el diseño se busca que resista mínimo el doble de la presión

requerida en obra.

– Es resistente al golpe de ariete

– Presenta buen comportamiento en casos de movimientos sísmicos

debido a la amenaza intermedia de la zona (Zipaquirá)

– Es inmune a las corrientes eléctricas erráticas que se presentan debido

a la longitud de tramos que se requieren.

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