HF Riego (Excel): Diseño Hidráulico/Tubería Ciega

De

En este formulario  (Figura 1) se puede calcular la pérdida de carga por fricción en tuberías ciegas o simples o sin salidas; es decir, el caudal que entra en un extremo es el mismo caudal que sale al otro extremo

Figura 1. Ventana de tuberia ciega 


¿Cómo se emplea en HF Riego? 

Antes de hacer los cálculos debe asegurar de que se selecciono el método y el material, y además agrego/edito los coeficiente de fricción y diametros interno de las tuberías a emplear. 
  • En HF Riego la perdida de carga por fricción se calcula en base a la ecuación que selecciono el usuario en la sección de Configuración, el cual puede ser: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Manning y Scobey. 
  • El material se selecciona de igual manera en Configuración y el usuario puede seleccionar entre PVC, Polietileno, Aluminio, Asbesto-Cemento, Acero Galvanizado. 
  • El usuario además debe indicar el criterio de diseño (pestaña  "Método de Diseño" de Configuración) para que HF Riego le recomiende si aumentar o disminuir el diámetro. 

Datos de entrada: 

Se requieren únicamente tres datos de entrada: 
  • Gasto o caudal: Se debe ingresar el gasto o caudal que entra en la tuberia, la unidad es lps. 
  • Diámetro: se debe seleccionar el diámetro dentro de una lista. HF Riego hace los cálculos tomando en cuenta los diametros interno de las tuberías y los diametros nominales los utiliza para mostrarlos en las diferentes ventanas en que se emplean diametros.
  • Longitud: La longitud a ingresar en en metros 

Resultados

  • Pérdida: Se refiere a la perdida de carga por fricción en tuberías que se calcula en base a los datos ingresados por el usuario. Se calcula en m 
  • Velocidad: es la velocidad del fluido dentro de la tuberia 
  • Diseño: Se muestra una recomendación sobre el diámetro seleccionado en base al criterio de diseño seleccionado por el usuario. Se tienen tres opciones: Ok. Pierdes x m en x m; que se refiere a que el diámetro seleccionado es adecuado para el caudal; Aumentar diámetro, que se refiere a que el diámetro necesita aumentarse para reducir las pérdidas de carga por fricción y disminuir la velocidad del flujo; y Disminuye Diámetro significa que se debe disminuir el diametros ya que es inferior a la velocidad mínima que configuro el usuario. 

Metodología de calculo

Se utiliza la ecuación general para perdidas de carga por fricción en tuberías

 \[hf=K*\frac{Q^{m}}{D^{n}}*L\] 

                (1)


Dónde: hf es la pérdida de carga por fricción; K involucra a un coeficiente de conversión de unidades y al coeficiente de fricción que depende de la fórmula empleada para cuantificar la pérdida de carga (Manning, Hazen-Williams, Scobey, Darcy-Weisbach, etc); Q es el caudal que circula en la tubería desde el inicio hasta el final de la misma; D es el diámetro interno de la tubería; L es la longitud de la tubería; m y n exponentes del caudal y del diámetro interno de la tubería, respectivamente.


Se sustituyen los valores de entrada en la formula que selecciono el usuario para determina hf, internamente se realizan algunas conversiones de unidades y se calcula el valor de hf y la velocidad del fluido (Gasto/ área del tubo). Dependiendo del criterio seleccionado por el usuario se brinda una recomendación sobre el diámetro seleccionado.  
Para el caso de que del método de Darcy-Weisbach;  para flujo laminar (Re < 2.000) se emplea la fórmula de Hagen–Poiseuille; mientras que para los demás flujo se puede seleccionar entre Colebrook-White y Swamee-Jain. 
  • Formula de Hagen–Poiseuille

 \[f=\frac{64}{Re}\] 

                (2)


 \[hf = \frac{0.25}{\left ( log_{10}\left ( \frac{e/d}{3.7} + \frac{5.74}{Re^{0.9}}\right ) \right )^{2}}\] 

                (3)


Ejemplo

Calcular la perdida de carga por fricción en una tuberia de 100 m de longitud para PVC y diámetro nominal de 100 mm (114 mm diámetro interno) y circula una caudal de 10 lps. 
Coeficientes de rugosidad 
Manning= 0.009
Hazen-Williams= 145
Darcy-Weisbach= 0.0015 mm

  • Con Manning 
En la siguiente figura se muestra con HF Riego 
 y con EPANET da... 



Existe una diferencia debido a que EPANET considera el exponente del Diámetro de 5.33 y en HF Riego es igual a 16/3. 

  • Con Hazen- Williams 

y con EPANET

  • Con Darcy-Weisbach y la aproximación explícita de Swamee y Jain

y con EPANET...




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