CÁLCULO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS CON SOFTWARE PARA ...

CÁLCULO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS CON SOFTWARE

PARA CALCULADORA GRÁFICA HP Y EXCEL

(Adaptado al CTE, exigencias HS-4 y HS-5)

TOMO I

EDITORIALUNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA

Primera edición, 2010 Reimpresión, 201

© Antonio Manuel Romero Sedó Paloma Arrué Burillo

© de las fotografías: el autor

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© de la presente edición: Editorial Universitat Politècnica de València distribución: Telf. 963 877 012 / www.lalibreria.upv.es / Ref.: 0792_03_01_18

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A D. Carlos Ferrer Giménez.Catedrático de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV).

Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales en la ETSII, de la UPV.

“El verdadero arte de un maestro consiste en despertar la alegría por el trabajo y el conocimiento”.

Albert Einstein.

A Encarnación Monzo, José R. Mayans y Francisco Asencio.Doctores en medicina y cirugía del Hospital Arnau de Vilanova de Valencia.

“La suerte favorece a las mentes preparadas”.

Louis Pasteur.

PRESENTACIÓN

A lo largo de mi experiencia profesional, he contemplado numerosos fracasos en instalaciones hidráulicas, tanto a presión como gravitatorias, por no haber el proyectista analizado en profundidad las múltiples facetas que normalmente conforman un proyecto. Estos errores tienen su origen en diversas causas, como por ejemplo:

Por desconocimiento de la necesidad de verificar ciertas unidades específicas del proyecto, dando lugar en ocasiones a que el proyecto ejecutado ni siquiera llegara a entrar en servicio: (Comprobación de que se dispone de los caudales necesarios, por no haber realizado los pertinentes ensayos de bombeo; Asegura-miento de la calidad del recurso a largo plazo, por falta de previsión de su evolución en el tiempo; Fenómenos de corrosión, por no haber llevado a cabo los correspondientes análisis del agua , del terreno o de las instalaciones eléctricas próximas; etc.);

Por minusvalorización del proyectista de la trascendencia de ciertas unidades consideradas secundarias o marginales.

Las derivadas en la ejecución de las instalaciones, a pesar de estar perfectamente redactado el proyecto.

La presente obra va a permitir a los proyectistas no caer en los errores mencionados, especialmente en los dos primeros casos, ya que en ella se aborda de forma metodológica, didáctica, exhaustiva y concisa el cálculo todos los elementos que intervienen en las instalaciones hidrosanitarias. Los autores se han esforzado en presentarnos en una obra todo el formulario requerido para el cálculo de conducciones forzadas y de gravedad, así como su comparación con la normativa existente, siendo especialmente novedosa su aportación a la evacuación de las aguas residuales, por venir perfectamente detallada y estructurada todos los pasos que deben seguirse en su cálculo. También es de gran interés cultural, el resumen histórico cronológico de las aportaciones de los principales autores de la hidráulica.

Hasta la fecha, la ejecución de los cálculos de las instalaciones hidráulicas era ardua y compleja, pero gracias al desarrollo de las herramientas informáticas desarrolladas por los autores, facilitan al usuario las tareas de cálculo, además de ir acompañado de una cantidad de ejemplos didácticos que facilitan su comprensión.

Felicitamos efusivamente a los profesores Romero y Arrué, aún a sabiendas, conociendo su rigor cientí-fico e inquietud, de que esta obra es sólo un punto y seguido en su quehacer universitario, con la plena certeza de que los usuarios del libro extraerán de forma didáctica, diáfana y fiable todo cuanto en ella se expone, para honra de quienes han trabajado en la misma de forma rigurosa en su confección. Satisfacción y beneficio para quienes en un futuro habiten edificios o instalaciones construidas con las premisas especificadas en esta obra, que es la mejor recompensa que puede lograr un profesor universitario, el reconocimiento de que su trabajo es de utilidad a la Sociedad.

Valencia, Abril de 2008.

MANUEL GARCÍA FERRANDO Subdirector Técnico de Aguas Potables de Valencia

PRÓLOGO

La Mecánica de Fluidos es una ciencia con una gran amplitud de aplicaciones; es difícil encontrar alguna actividad en La Tierra en que no intervenga un fluido: desde el plácido discurrir de un arroyo hasta la erupción de un volcán, pasando por la navegación; vuelo de aeronaves; resistencias aerodinámicas al desplazamiento terrestre; fenómenos meteorológicos; conducciones de líquidos, gases y vapores; lubricación de mecanismos de todo tipo, etc. etc., hasta la moderna fluídica, (o fluidónica, según otros autores) que diseña circuitos de funcionamiento análogo a los electrónicos e insensibles a los campos magnéticos y eléctricos.

Necesariamente, pues, precisa la especialización para el estudio en profundidad de cada una de sus aplicaciones. Y la primera aplicación que, históricamente, se produjo, fue la resolución de problemas relativos al agua: sistemas de suministro y evacuación de aguas (más de 2.000 años a.C.), transporte (acueductos romanos), elevación, mediante el Tornillo de Arquímedes, leyes de flotación (más de 200 años a.C.), etc. Así nació la Hidráulica, rama de la Mecánica de Fluidos que se define como la ciencia que estudia las leyes del equilibrio y movimiento de los líquidos en cauces abiertos y cerrados, y la aplicación de estas leyes a la solución de problemas prácticos.

En el campo de la Hidráulica, la aplicación más próxima a nuestra vida cotidiana es, sin duda, las instalaciones hidrosanitarias, destinadas a garantizar el suministro de agua potable y la evacuación de aguas residuales en nuestras viviendas y, por tanto, fundamentales para la sanidad de las poblaciones. Por la importancia de estas instalaciones, las autoridades de diversos países, han editado Reglamentos y Normas que fijan las condiciones mínimas que deben cumplir.

Optimizar el proyecto de estas instalaciones requiere el análisis de muchas variables, fundamentalmente la fijación de caudales de cálculo, calidad del agua, temperatura, bombeo preciso, material y rugosidad de las tuberías, entorno que las aloja, aire a aportar en las conducciones de residuales, etc.

La obra que tenemos el honor de prologar aborda el cálculo de estas instalaciones, con la claridad de conceptos, rigor, amplitud y profundidad requerida en cada parte. Constata la entusiasta dedicación de los autores al estudio de la Hidráulica, su dilatada labor docente y su experiencia en el análisis de fallos producidos en instalaciones reales en funcionamiento, proponiendo en cada caso la solución más adecuada.

Son especialmente destacables el estudio de las fórmulas utilizables, de los índices a considerar en cada caso, de la normativa española a cumplir y su comparación con las de otros países, los ejemplos de problemas en casos reales, así como el proceso detallado del cálculo de las conducciones de residuales. El software adicionado facilita la aplicación práctica de cuanto se expone en el texto con lo que, en conjunto, este libro no solamente será de gran valor didáctico para los alumnos, sino muy recomendable obra de consulta y de cálculo para profesionales.

Es, en resumen, una destacada aportación a la bibliografía de esta especialidad Hidráulica, que será reconocida en todo su valor por cuantos la utilicen, y por la que expresamos nuestra más cordial y sincera enhorabuena a los profesores Romero y Arrué.

Valencia, diciembre de 2008

Luís Lorente Lacruz Catedrático (jubilado) de Mecánica de Fluidos

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial Universidad Politécnica de Valencia

INTRODUCCIÓN

Esta obra nace con una doble necesidad, por una parte proporcionar una herramienta de trabajo que facilite el estudio a los alumnos de la Universidad y por otra facilitar el trabajo de cálculo a los profesionales que utilizan la Mecánica de Fluidos aplicada, tanto al cálculo de las instalaciones hidrosanitarias de suministro de agua potable (Tomo I), como de saneamiento (Tomo II). Toda la obra se acompaña con multitud de ejemplos resueltos totalmente prácticos.

En multitud de ocasiones al abordar los problemas que se plantean en las instalaciones hidrosanitarias nos encontramos con un abanico bastante amplio de bibliografía, libros orientados fundamentalmente al montaje, otros al dimensionamiento con mayor o menor profundidad científica, etc. Pero no cabe duda que, al abordar un cálculo hidráulico siempre se recurre como mínimo a dos o tres libros para obtener valores de coeficientes adimensionales para aplicar en ecuaciones empíricas, rugosidades de los materiales, viscosidad del agua a la temperatura de trabajo, ecuación analítica apropiada para el cálculo requerido, etc.

A través de varias décadas de trabajo profesional dedicado a esta disciplina tan apasionante como compleja como es la Mecánica de Fluidos aplicada, así como en la labor docente en esta disciplina con nuestros alumnos en la Universidad nos hemos encontrado con dos situaciones distintas; por una parte hay una serie de ecuaciones conocidas que se utilizan de forma muy habitual y de forma repetitiva y por otra parte existen problemas que por su complejidad no son abordados en la bibliografía actual. Este libro intenta abarcar las dos situaciones con las respectivas limitaciones.

El campo de aplicación de esta obra está encaminado a solucionar problemas de conducciones forzadas ó conducciones a presión y conducciones por gravedad ó a lámina libre a presión atmosférica en flujo uniforme y permanente, dejando el régimen variable para otras publicaciones.

Las ecuaciones que se abordan a lo largo del libro pueden ser resueltas a través software para la calculadora hp, y mediante la hoja de cálculo Excel. Las hojas Excel están diseñadas para realizar los cálculos de las instalaciones de suministro de agua y de saneamiento en los edificios desde el punto de vista de la Mecánica de Fluidos comparando los resultados con el modelo propuesto por el Código Técnico de la Edificación (CTE) para estas dos exigencias.

Se introduce una cronología de autores por sus aportaciones a la hidráulica así como una breve referencia histórica de los sistemas sanitarios y una escueta legislación española. El fin perseguido es situar al lector de una forma rápida la importancia de los sistemas hidráulicos como escudo sanitario para la vida del hombre y los orígenes de la datación de la legislación española. Se acompaña un anejo de datos donde se incluye un formulario y algoritmos encaminados a peritaciones y una breve exposición de los materiales reconocidos por la actual legislación y se expone una bibliografía recomendada así como direcciones de páginas informáticas que hemos estimado interesantes.

Informar al lector que el sistema utilizado para la aplicación de las ecuaciones ha sido el Sistema Internacional (SI), excepto para algunos cálculos específicos. Y además, se ha seguido la metodología de colocar el número del índice de la ecuación a estudio coincidente con la carpeta del software para la hp.

Esperamos publicar en próximas obras el cálculo del saneamiento en régimen variable, cálculo de las tensiones y deformaciones producidas por las cargas exteriores del suelo sobre las tuberías y el empuje del agua mediante análisis por elementos finitos así como la aplicación de la mecánica de fractura aplicada a las tuberías sometidas a presión interior. Abordando las patologías a nivel macro y microscópico (óptico y electrónico) y el diagnóstico del fallo.

Por último, esperamos que el lector juzgue esta obra con benevolencia y disculpe con sano criterio las inevitables erratas provocados por la colaboración de los pequeños duendes siempre presentes en cualquier obra escrita. Pedimos la colaboración del lector si lo estima oportuno y nos haga llegar aquellas sugerencias y recomendaciones con el fin de mejorar la publicación. La dirección de nuestro correo electrónico se encuentra indicada en la página Web de la UPV. Agradecemos las sugerencias de nuestro amigo y técnico de la Administración Pública D. Federico Valor Beltrán que han servido para mejorar la obra.

Antonio Manuel Romero Sedó Paloma Arrué Burillo

ÍNDICE

ÍNDICE GENERAL DE LA OBRA

TOMO I

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.

1_ CRONOLOGÍA DE ALGUNOS AUTORES POR SUS APORTACIONES A LA HIDRÁULICA.

2_ REFERENCIAS HISTÓRICAS SOBRE LA EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS SANITARIOS.

3_ BREVE CRONOLOGÍA DE LA LEGISLACIÓN EN LOS SISTEMAS SANITARIOS EN ESPAÑA.

CAPÍTULO 2. CONDUCCIONES FORZADAS.

0_ PROPIEDADES DEL AGUA.

1_ CALIDAD DEL AGUA PARA LA ELECCIÓN DE LOS MATERIALES.

2_ VELOCIDAD Y RÉGIMEN DE CIRCULACIÓN.

3_ CAUDAL EN CONDUCCIONES FORZADAS.

4_ DIÁMETRO TUBERÍAS DE ABASTECIMIENTO Y DE IMPULSIÓN.

5_ COEFICIENTE DE FRICCIÓN EN TUBERÍAS.

6_ PÉRDIDA DE CARGA O DE PRESIÓN Y LONGITUD EQUIVALENTE.

7_ CORRELACIÓN ENTRE COEFICIENTES DE FRICCIÓN.

8_ ECUACIÓN DE LA ENERGÍA, BOMBAS Y GRUPOS DE PRESIÓN.

9_ TRANSITORIOS. GOLPE DE ARIETE.

10_ CONDUCCIONES EQUIVALENTES.

11_ TENSIONES Y DEFORMACIONES.

12_ PROBLEMAS PROPUESTOS DE CONDUCCIONES FORZADAS.

CAPÍTULO 3. RESOLUCIÓN CON HOJAS DE CÁLCULO EXCEL.

0_ INTRODUCCIÓN.

1_ CÁLCULO DEL TH Y DE LOS ÍNDICES DE ESTABILIDAD.

2_ DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE SUMINISTRO DE AGUA EN EDIFICIOS DESDE LA RED GENERAL DE ABASTECIMIENTO.

3_ DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE SUMINISTRO DE AGUA EN EDIFICIOS DESDE DEPÓSITO ATMOSFÉRICO.

CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN HP.

0_ INTRODUCCIÓN.

1_ INSTALACIÓN DEL PROGRAMA.

ANEJOS

ANEJO I. FORMULARIO.

ANEJO II. ALGORITMOS DE CÁLCULO.

ANEJO III. TABLAS.

ANEJO IV. TABLAS DE LA EXIGENCIA HS-4 DEL DB-HS SALUBRIDAD DEL CTE.

ANEJO V. MATERIALES.

ANEJO VI. DOTACIONES DE SUMINISTRO DE AGUA.

ANEJO VII. NORMA UNE NORMA UNE 149201:2008. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE CÁLCULO O CAUDAL SIMULTÁNEO.

ANEJO VIII. TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES.

BIBLIOGRAFÍA.

CÁLCULO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS CON SOFTWARE PARA CALCULADORA GRÁFICA HP Y EXCEL

1

TOMO II

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.




CAPÍTULO 2. CONDUCCIONES POR GRAVEDAD.

0_ PROPIEDADES DEL AGUA Y DEL AIRE.

1_ CAUDAL EN CONDUCCIONES POR GRAVEDAD.

2_ DIMENSIONAMIENTO DE BAJANTES POR GRAVEDAD.

3_ DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTILACIÓN EN BAJANTES.

4_ DIMENSIONAMIENTO DE COLECTORES DE DESAGÜE MEDIANTE ECUACIONES EMPÍRICAS Y ANALÍTICAS.

5_ PROBLEMAS PROPUESTOS DE CONDUCCIONES POR GRAVEDAD.

CAPÍTULO 3. RESOLUCIÓN CON HOJAS DE CÁLCULO EXCEL.

0_ INTRODUCCIÓN.

1_ DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE SANEAMIENTO EN EDIFICIOS.

CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN HP.

0_ INTRODUCCIÓN.

1_ INSTALACIÓN DEL PROGRAMA.

ANEJOS.

ANEJO I. FORMULARIO.

ANEJO II. ALGORITMOS DE CÁLCULO.

ANEJO III. TABLAS.

ANEJO IV. TABLAS DE LA EXIGENCIA HS-5 DEL DB-HS SALUBRIDAD DEL CTE.

ANEJO V. MATERIALES.

ANEJO VI. DOTACIONES DE SUMINISTRO DE AGUA.

ANEJO VII. TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES.

BIBLIOGRAFÍA.

ÍNDICE

TOMO I

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA.................................................................... 17

1_CRONOLOGÍA DE ALGUNOS AUTORES POR SUS APORTACIONES A LA HIDRÁULICA.................... 19

2_REFERENCIAS HISTÓRICAS SOBRE LA EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS SANITARIOS. ................... 23

3_BREVE CRONOLOGÍA DE LA LEGISLACIÓN EN LOS SISTEMAS SANITARIOS EN ESPAÑA. ............... 25

CAPÍTULO 2. CONDUCCIONES FORZADAS. ................................................................. 27

0_PROPIEDADES DEL AGUA. ........................................................................................................................ 29

0_1.- DENSIDAD ESPECÍFICA O ABSOLUTA, PESO ESPECÍFICO Y VOLUMEN ESPECÍFICO. ..................................... 29

0_1.1.- Densidad específica o absoluta. ........................................................................................................................ 29

0_1.2.- Peso específico. ................................................................................................................................................ 33

0_1.3.- Volumen específico. .......................................................................................................................................... 33

0_2.- VISCOSIDAD DINÁMICA Y CINEMÁTICA. ................................................................................................................... 34

0_2.1.- Viscosidad dinámica. ......................................................................................................................................... 34

0_2.2.- Viscosidad cinemática. ...................................................................................................................................... 36

0_3.- PRESIÓN DE SATURACIÓN DEL AGUA. .................................................................................................................... 38

0_3.1.- Ebullición. Fenómeno físico. .............................................................................................................................. 38

0_3.2.- Tensión de vapor. .............................................................................................................................................. 39

0_4.- ALTURA DE SATURACIÓN DEL AGUA. ...................................................................................................................... 41

0_5.- CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA.................................................................................................................................. 44

0_6.- MÓDULO DE ELASTICIDAD VOLUMÉTRICO DEL AGUA. .......................................................................................... 45

1_CALIDAD DEL AGUA PARA LA ELECCIÓN DE LOS MATERIALES. ....................................................... 47

Introducción. Patologías y diagnosis en tuberías. ................................................................................................................... 47

1_1.- DUREZA, ALCALINIDAD, PH, CONDUCTIVIDAD, RESISTIVIDAD Y TOTAL DE RESIDUO SECO DEL AGUA. .............. 48

1_1.1.- Dureza del agua. ............................................................................................................................................. 48

1_1.1.1.- La dureza Total o Título Hidrotimétrico (TH). ............................................................................. 48

1_1.1.2.- La dureza permanente (DP) ó dureza no carbonatada. ............................................................. 49

1_1.1.3.- Dureza temporal o carbonatada (TH-DP). ................................................................................. 49

1_1.2.- Alcalinidad. ...................................................................................................................................................... 51

1_1.3.- pH del agua. .................................................................................................................................................... 51

1_1.4.- Conductividad resistividad y total de residuo seco del agua. .......................................................................... 52

Índices de estabilidad del agua (Índices de Langelier, Ryznar y Puckorius). .......................................................................... 53

1_2.- ÍNDICE DE LANGELIER (IS). RECOMENDADO POR EL CTE. ................................................................................... 53

1_3.- ÍNDICE DE RYZNAR (RSI). ............................................................................................................................................ 55

1_4.- ÍNDICE DE PUCKORIUS (PSI). ..................................................................................................................................... 57

Comparativa de resultados a través de tres materiales: PE, amianto cemento y acero galvanizado. .................................... 59

2_VELOCIDAD Y RÉGIMEN DE CIRCULACIÓN. ............................................................................................ 61

2_1.- VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN. .................................................................................................................................. 61

2_2.- RÉGIMEN DE CIRCULACIÓN. NÚMERO DE REYNOLDS. ......................................................................................... 64

3_CAUDAL EN CONDUCCIONES FORZADAS............................................................................................... 67

3_1.- CAUDAL SIMULTÁNEO DE SUMINISTRO DE AGUA EN EDIFICACIÓN. NORMA AFNOR (FRANCESA), MODIFICADA SEGÚN LA ACTIVIDAD. ........................................................................................................................... 67

3_2.- CAUDAL DE SUMINISTRO POR LA ECUACIÓN EMPÍRICA DE HAZEN – WILLIAMS. .............................................. 78

3_3.- CAUDAL DE SUMINISTRO POR LA ECUACIÓN EMPÍRICA DE BAZIN (FÓRMULA FRANCESA). ........................... 80

3_4.- CAUDAL DE SUMINISTRO POR LA ECUACIÓN EMPÍRICA DE KUTTER. ................................................................. 82

3_5.- CAUDAL EN CONDUCCIONES FORZADAS POR GRAVEDAD. DEPÓSITOS. .......................................................... 84

3_6.- CAUDAL EN CONDUCCIONES POR SIFÓN. ............................................................................................................... 88


1

4_DIÁMETRO TUBERÍAS DE ABASTECIMIENTO Y DE IMPULSIÓN. .......................................................... 91

Introducción. Redes de abastecimiento. .................................................................................................................................. 91

4_1.- DIÁMETRO EMPÍRICO DE LA TUBERÍA SEGÚN MOUGNIE. ..................................................................................... 92

4_2.- DIÁMETRO EMPÍRICO DE LA TUBERÍA SEGÚN BONNET. ........................................................................................ 94

Introducción. Diámetro tuberías de impulsión en grupos de presión. ...................................................................................... 96

4_3.- DIÁMETRO ECONÓMICO DE LA TUBERÍA DE IMPULSIÓN SEGÚN AGÜERA SORIANO. ...................................... 97

5_COEFICIENTE DE FRICCIÓN EN TUBERÍAS. ............................................................................................ 99

5_1.- COEFICIENTE DE FRICCIÓN POR BLASIUS. .............................................................................................................. 102

5_2.- COEFICIENTE DE FRICCIÓN POR LA 1ª ECUACIÓN DE KÁRMÁN-PRANDTL. ........................................................ 103

5_3.- COEFICIENTE DE FRICCIÓN POR COLEBROOK-WHITE. ......................................................................................... 104

5_4.- COEFICIENTE DE FRICCIÓN POR LA 2ª ECUACIÓN DE KÁRMÁN-PRANDTL. ........................................................ 110

5_5.- COEFICIENTE DE FRICCIÓN POR SWAMEE-JAIN. .................................................................................................... 111

6_PÉRDIDA DE CARGA O DE PRESIÓN Y LONGITUD EQUIVALENTE. ..................................................... 115

6_1.- PÉRDIDA DE CARGA PRIMARIA POR DARCY – WEISBACH (TUBERÍAS). .............................................................. 115

6_2.- PÉRDIDA DE CARGA SECUNDARIA (ACCESORIOS). ............................................................................................... 129

6_3.- LONGITUD EQUIVALENTE DE TUBERÍA PRODUCIDA POR ACCESORIOS. ........................................................... 150

6_4.- PÉRDIDA DE CARGA TOTAL. ....................................................................................................................................... 155

7_CORRELACIÓN ENTRE COEFICIENTES DE FRICCIÓN. .......................................................................... 159

7_1.- CORRELACIÓN ENTRE COEFICIENTES DE FRICCIÓN DE BAZIN Y COLEBROOK-WHITE. .................................. 159

7_2.- CORRELACIÓN ENTRE COEFICIENTES DE FRICCIÓN DE HAZEN WILLIAMS Y COLEBROOK-WHITE. ..................... 160

7_3.- CORRELACIÓN ENTRE COEFICIENTES DE MANNING Y COLEBROOK-WHITE. .................................................... 161

8_ECUACIÓN DE LA ENERGÍA, BOMBAS Y GRUPOS DE PRESIÓN. ......................................................... 163

8_1.- ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA. DANIELIS BERNOULLI. .............................................................................. 163

8_2.- BOMBAS Y GRUPOS DE PRESIÓN. ............................................................................................................................. 199

8_2.1.- Introducción. .................................................................................................................................................. 199

8_2.2.- Partes principales de una instalación de elevación de líquidos. ................................................................... 200

8_2.2.1.- Tuberías de aspiración. ................................................................................................................ 200

8_2.2.2.- Bombas hidráulicas. Bombas para líquidos. ................................................................................ 201

8_2.2.3.- Tuberías de impulsión. ................................................................................................................. 203

8_2.3.- Expresiones de la altura manométrica. ......................................................................................................... 205

8_2.3.1.- Primera expresión de la altura manométrica. ............................................................................... 205

8_2.3.2.- Segunda expresión de la altura manométrica. ............................................................................. 207

8_2.3.3.- Relación entre la primera y segunda expresión de la altura manométrica .................................. 210

8_2.4.- Rendimientos y potencias en la bomba como consecuencia de la primera y segunda expresión de la altura manométrica. ............................................................................................. 210

8_2.4.1.- Rendimientos. ............................................................................................................................... 211

8_2.4.2.- Potencias. ..................................................................................................................................... 213

8_2.4.3.- Curvas características de una bomba. ......................................................................................... 215

8_2.5.- Necesidad de grupo de presión en edificios. ................................................................................................ 240

8_2.5.1.- Introducción. ................................................................................................................................. 240

8_2.5.2.- Predimensionamiento del grupo de presión. ................................................................................ 241

8_2.5.3.- Altura máxima de suministro sin necesidad de grupo de presión. ............................................... 243

8_2.5.4.- Algoritmo de necesidad del grupo de presión y predimensionamiento. ....................................... 244

8_2.5.5.- Esquema del grupo de presión conectado a depósito de aspiración. .......................................... 245

8_2.5.6.- Esquema del grupo de presión conectado directamente desde la red de abastecimiento. ......... 246

8_2.5.7.- Caudal de la bomba. .................................................................................................................... 247

8_2.5.8.- Regulación del funcionamiento de la bomba (tipo convencional). ............................................... 250

8_3.- ALTURA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA DISPONIBLE NPSHd. ................................................................................. 251

8_4.- COMPROBACIÓN DE LA NO CAVITACIÓN EN BOMBAS HIDRÁULICAS. ................................................................ 253

ÍNDICE

1

8_5.- VOLUMEN DEL CONDENSADOR HIDRÁULICO DE ASPIRACIÓN EN EDIFICIOS. .................................................. 254

8_6.- VOLUMEN DEL CONDENSADOR HIDRÁULICO DE IMPULSIÓN EN EDIFICIOS CON COMPRESOR Y VEJIGA. . 255

8_7.- VOLUMEN DEL CONDENSADOR HIDRÁULICO DE IMPULSIÓN EN EDIFICIOS SIN COMPRESOR NI VEJIGA. .. 255

9_TRANSITORIOS. GOLPE DE ARIETE. ........................................................................................................ 257

Introducción.............................................................................................................................................................................. 257

Fenómeno físico. Descripción del fenómeno. .......................................................................................................................... 258

Banco de ensayos. ................................................................................................................................................................... 260

Fenómeno físico por cierre instantáneo de válvula. Ensayo. .................................................................................................. 261

Fenómeno físico por parada imprevista de bomba (corte de fluido eléctrico). Ensayo. .......................................................... 263

9_1.- CELERIDAD DE ONDA. ............................................................................................................................................... 265

9_2.- TIEMPO CRÍTICO. ....................................................................................................................................................... 272

9_3.- TIEMPO DE PARADA IMPREVISTA DE BOMBA POR MENDILUCE. ....................................................................... 276

9_4.- CIERRE RÁPIDO. SOBREPRESIÓN MÁXIMA POR JOUKOWSKI. ........................................................................... 279

9_5.- CIERRE LENTO. SOBREPRESIÓN POR MICHEAUD. .............................................................................................. 280

9_6.- ALTURA DE PRESIÓN POR JOUGUET...................................................................................................................... 282

9_7.- COEFICIENTE DE SPARRE. ....................................................................................................................................... 283

9_8.- ALTURA DE TRABAJO. ............................................................................................................................................... 284

9_9.- ALTURA NOMINAL. ..................................................................................................................................................... 284

9_10.- PRESIÓN NOMINAL. ................................................................................................................................................... 285

Aplicaciones prácticas muy comunes. ..................................................................................................................................... 286

10_CONDUCCIONES EQUIVALENTES. .......................................................................................................... 289

10_1.- CONDUCCIONES EN SERIE. ...................................................................................................................................... 289

10_2.- CONDUCCIONES EN PARALELO. ............................................................................................................................. 292

11_TENSIONES Y DEFORMACIONES. ........................................................................................................... 295

Tensiones principales en la superficie exterior de la tubería. Coeficientes de seguridad. ...................................................... 295

Deformaciones. ........................................................................................................................................................................ 295

11_1.- TENSIÓN LONGITUDINAL. ......................................................................................................................................... 296

11_2.- TENSIÓN CIRCUNFERENCIAL O RADIAL. ................................................................................................................ 296

11_3.- DEFORMACIÓN LONGITUDINAL. .............................................................................................................................. 297

11_4.- DEFORMACIÓN CIRCUNFERENCIAL O RADIAL. ..................................................................................................... 297

12_PROBLEMAS PROPUESTOS DE CONDUCCIONES FORZADAS. .......................................................... 303

CAPÍTULO 3. RESOLUCIÓN CON HOJAS DE CÁLCULO EXCEL ................................ 359

0_INTRODUCCIÓN. .......................................................................................................................................... 361

1_CÁLCULO DEL TH Y DE LOS ÍNDICES DE ESTABILIDAD. ..................................................................... 363

El libro de cálculo esta compuesto por los siguientes apartados.

Hoja 1.- Introducción ................................................................................................................................................. 363

Hoja 2.- Métodos de cálculo. ..................................................................................................................................... 364

1.- Dureza total del agua (TH). .................................................................................................................................. 364

2.- Índices de estabilidad: Langelier, Ryznar y Puckorius. ........................................................................................ 364

Hoja 3.- Incompatibilidades. ...................................................................................................................................... 366

Hoja 4.- Cálculo TH, IS, RSI, PSI. ............................................................................................................................. 367

Hoja 5.- Ejemplos. ..................................................................................................................................................... 368

2_DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE SUMINISTRO DE AGUA EN EDIFICIOS DESDE LA RED GENERAL DE ABASTECIMIENTO. ................................................................................. 371


Hoja 1. Datos ............................................................................................................................................................. 373

1.- Características del edificio. .................................................................................................................................. 373

2.- Dotación. .............................................................................................................................................................. 373


1

Hoja 2. Red ................................................................................................................................................................ 374

3.- Dimensionamiento de las conducciones. ............................................................................................................. 374

3.1.- Dimensionamiento de las conducciones comunes del edificio. ......................................................... 374

3.2.- Dimensionamiento de las derivaciones. ............................................................................................. 374

Hoja 3. Equipo de presión. ........................................................................................................................................ 375

4.- Dimensionamiento del grupo de presión. .............................................................................................. 375

4.1.- Justificación de la necesidad del grupo de presión. ........................................................................... 375

4.2.- Depósito de aspiración. ...................................................................................................................... 375

4.3.- Grupo de bombeo. ............................................................................................................................. 375

4.4.- Depósito de presión. .......................................................................................................................... 375

4.5.- Comprobación de la presión residual en el punto de entrada de la derivación individual. ................ 376

4.6.- Resumen. ........................................................................................................................................... 376

3_DIMENSIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE SUMINISTRO DE AGUA EN EDIFICIOS DESDE DEPÓSITO ATMOSFÉRICO. .......................................................................................................... 379


Hoja 1. Datos ............................................................................................................................................................. 381

1.- Características del edificio. ................................................................................................................................... 381

2.- Dotación. ............................................................................................................................................................... 381

Hoja 2. Red ................................................................................................................................................................ 382

3.- Dimensionamiento de las conducciones. .............................................................................................................. 382

3.1.- Dimensionamiento de las conducciones comunes del edificio. .......................................................... 382

3.2.- Dimensionamiento de las derivaciones. ............................................................................................. 382

Hoja 3. Equipo de presión. ......................................................................................................................................... 383

4.- Dimensionamiento del grupo de presión. ............................................................................................................. 383

4.1.- Justificación de la necesidad del grupo de presión. .......................................................................................... 383

4.2.- Depósito de aspiración atmosférico.................................................................................................... 383

4.3.- Grupo de bombeo. .............................................................................................................................. 383

4.4.- Comprobación de que el grupo de bombeo no cavite. ....................................................................... 383

4.5.- Depósito de presión. ........................................................................................................................... 384

4.6.- Comprobación de la presión residual en al entrada de la derivación individual. ................................ 384

4.7.- Resumen. ........................................................................................................................................... 384

CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN HP ...................................................................................... 387

0_INTRODUCCIÓN. .......................................................................................................................................... 389

1_INSTALACIÓN DEL PROGRAMA. .............................................................................................................. 389

1.1.- Instalación desde el CD a la computadora hp, a través de la tarjeta de memoria SD. .................................................... 389

1.2.- Transferencia de programa de una computadora hp a otra hp por infrarrojos. ............................................................... 392

ANEJOS.............................................................................................................................. 395

ANEJO I. FORMULARIO .................................................................................................................................. 397

I.1.- Propiedades del agua. .................................................................................................................................................... 397

I.2.- Calidad del agua para la elección de los materiales. ...................................................................................................... 399

I.3.- Velocidad y régimen de circulación. ................................................................................................................................ 400

I.4.- Caudal en conducciones forzadas. ................................................................................................................................. 400

I.5.- Diámetro tuberías de abastecimiento y de impulsión. .................................................................................................... 401

I.6.- Coeficiente de fricción en tuberías. ................................................................................................................................. 401

I.7.- Pérdida de carga o de presión y longitud equivalente. ................................................................................................... 402

I.8.- Correlación entre coeficientes de fricción. ...................................................................................................................... 403

I.9.- Ecuación general de la energía, bombas y grupos de presión. ...................................................................................... 403

I.10.- Transitorios. Golpe de ariete. .......................................................................................................................................... 406

I.11.- Conducciones equivalentes. ........................................................................................................................................... 408

I.12.- Tensiones y deformaciones. ........................................................................................................................................... 410

ÍNDICE

1

ANEJO II. ALGORITMOS DE CÁLCULO. ........................................................................................................ 411

II.1.- Obtención del coeficiente de fricción de Colebrook-White. ............................................................................................. 411

II.2.- Necesidad de grupo de presión. ...................................................................................................................................... 412

II.3.- Cálculo de la presión nominal de la tubería. .................................................................................................................... 414

ANEJO III. TABLAS. ......................................................................................................................................... 415

III.1.- Densidad del agua en función de la temperatura. ........................................................................................................ 415

III.2.- Viscosidad dinámica del agua en función de la temperatura. ...................................................................................... 415

III.3.- Viscosidad cinemática del agua en función de la temperatura. .................................................................................... 415

III.4.- Presiones de saturación (Psa) y altura de saturación a distintas temperaturasde saturación del vapor de agua en valor absoluto. ................................................................................................... 416

III.5.- Clasificación del agua según su dureza total (TH). ...................................................................................................... 416

III.6.- Equivalencia entre diversas unidades de dureza. ........................................................................................................ 417

III.7.- Calidad del agua en función de la mineralización. ....................................................................................................... 417

III.8.- Caudales instantáneos mínimos de aparatos sanitarios, según el CTE HS-4. ............................................................ 417

III.9.- Coeficiente de uso del edificio para la obtención del caudal simultáneo ...................................................................... 418

III.10.- Coeficiente de simultaneidad Ks, norma AFNOR modificada. ..................................................................................... 418

III.11.- Coeficiente de simultaneidad Kn, norma AFNOR . ...................................................................................................... 420

III.12.- Coeficiente de fricción de Hazen – Williams para distintos materiales. ........................................................................ 421

III.13.- Coeficiente de fricción de Bazin para distintos materiales. .......................................................................................... 421

III.14.- Coeficiente de fricción de Kutter para distintos materiales. .......................................................................................... 421

III.15.- Rugosidad absoluta de los materiales. ......................................................................................................................... 421

III.16.- Valores del RN para Colebrook White 2ª ecuación de Kármán Pr andtl , para distintas r . ............................................. 422

III.17.- Valores del RN para Swamee Jain 2ª ecuación de Kármán Pr andtl , para distintas r . ................................................. 422

III.18.- Tabla de valores del módulo de elasticidad de algunos materiales. ............................................................................ 423

III.19.- Módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson de algunos materiales. ...................................................................... 423

III.20.- Coeficientes de fricción de Manning de los materiales. ................................................................................................ 424

III.21.- Coeficientes de pérdida de carga secundaria “ ”, en accesorios. ............................................................................... 424

ANEJO IV. TABLAS DE LA EXIGENCIA HS-4 DEL DB-HS SALUBRIDAD DEL CTE .................................... 427

IV.1.- Caudal instantáneo mínimo para cada tipo de aparato. Tabla 2.1. ................................................................................ 427

IV.2.- Diámetros mínimos de las derivaciones de los aparatos. Tabla 4.2. ............................................................................. 427

IV.3.- Diámetros mínimos de alimentación. Tabla 4.3. ............................................................................................................ 427

ANEJO V. MATERIALES. ................................................................................................................................. 428

V.1.- Tuberías de cobre. .......................................................................................................................................................... 428

V.2.- Tuberías de acero. .......................................................................................................................................................... 431

V.3.- Tuberías de acero galvanizado. ...................................................................................................................................... 431

V.4.- Tuberías de acero inoxidable. ......................................................................................................................................... 433

V.5.- Tuberías de polietileno. ................................................................................................................................................... 435

V.6.- Tuberías de polietileno reticulado (PE-X). ....................................................................................................................... 439

V.7.- Tuberías de polipropileno. ............................................................................................................................................... 440

V.8.- Tuberías de polibutileno. ................................................................................................................................................. 442

V.9.- Tuberías multicapa de polímero/aluminio/polietileno reticulado (PE-X). ......................................................................... 443

V.10.-Tuberías multicapa de polímero/aluminio/polietileno reticulado resistente a la temperatura (PE-RT). ......................... 445

ANEJO VI. DOTACIONES DE SUMINISTRO DE AGUA. ................................................................................ 447

VI.1.- Caudales en establecimientos. ...................................................................................................................................... 447

VI.2.- Caudales en instituciones............................................................................................................................................... 447

VI.3.- Caudales en zonas comerciales..................................................................................................................................... 447

VI.4.- Caudales en viviendas. .................................................................................................................................................. 447


ANEJO VII. NORMA UNE 149201:2008. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE CÁLCULO O CAUDAL SIMULTÁNEO. .................................................................................................................................................. 448

ANEJO VIII. TABLAS DE CONVERSIÓN DE UNIDADES. .............................................................................. 452

VIII.1.- Prefijos y factores para la formación de unidades decimales múltiples y fraccionarios. .............................................. 452

VIII.2.- Relación entre unidades de masa. ............................................................................................................................... 452

VIII.3.- Relación entre unidades de longitud. ........................................................................................................................... 452

VIII.4.- Relación entre unidades de superficie. ......................................................................................................................... 453

VIII.5.- Relación entre unidades de volumen. .......................................................................................................................... 453

VIII.6.- Relación entre unidades de fuerza. .............................................................................................................................. 453

VIII.7.- Relación entre unidades de trabajo y energía. ............................................................................................................. 453

VIII.8.- Relación entre unidades de potencia. .......................................................................................................................... 453

VIII.9.- Relación entre unidades de presión. ............................................................................................................................ 454

VIII.10.- Relación entre unidades de temperatura. ................................................................................................................... 454

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................................... 455

http://tiny.cc/0792_Software

Descarga del software para la resolución de los cálculos planteados en las ecuaciones sobre instalaciones de suministro de agua en conducciones forzadas. Instrucciones de instalación recogidas en capítulo 4 pág. 387.

Si tiene problemas para acceder al contenido mediante la dirección indicada en el QR, envíe un correo a [email protected]

Tornillo de Arquímedes de Siracusa (287-212 a.C.), durante su estancia en Alejandría se supone que inventó el tornillo de Arquímedes para elevar el agua. Dicho tornillo consistía en un cilindro helicoidal hueco que cuando giraba alrededor de su eje servía de bomba para sacar agua (aunque se dice que los egipcios lo habían descubierto mucho antes que Arquímedes).

“No olvideís nunca que las cosas maravillosas que aprendéis en la escuela son obra de muchas generaciones, producto del esfuerzo entusiasta y del trabajo incansable de todos los países del mundo. Se deposita todo esto en vuestras manos como herencia para que lo recibáis, lo honréis, lo aumentéis y podáis trasmitirlo un día fielmente a vuestros hijos. Así como nosotros, los mortales, alcanzamos la inmortalidad en las cosas permanentes que creamos en común.

Si nunca olvidáis esto, hallareís un sentido a la vida y al trabajo y adoptaréis la actitud más correcta hacia otras naciones y otras épocas”.

Charla a un grupo de niños por Albert Einstein en 1934.

INTRODUCCIÓN

HISTÓRICA

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

19


AUTOR LUGAR DE NACIMIENTO

PERIODO DE VIDA /

Publicación (*) CONTRIBUCIÓN A LA HIDRÁULICA

Arquímedes. Siracusa, Italia. 287 a 212 a.C. Leyes de la flotación. Tornillo de Arquímedes para elevar el agua.

Leonardo di Ser Piero da Vinci.

Anchiano, Italia.

Pintor, escultor, inventor, arquitecto e ingeniero.

1452 a 1519 Ecuación de la continuidad. La máxima con-tribución fue elevar a los artistas a la categoría de intelectuales.

Evangelista Torricelli. Faenza, Italia.

Físico y matemático.

1608 a 1647 Ley del movimiento del líquido a la salida por un orificio. Alumno del monje dominico Benedetto Castelli en 1628 quien realizó los primeros trabajos sobre el problema de derrame de líquidos.

Blaise Pascal. Clermont-Ferrand, Auvernia, Francia.

Matemático, físico y filósofo religioso.

1623 a 1662 Ley de Pascal. Ley fundamental en las trans-misiones y controles hidráulicos.

Sir Isaac Newton. Woolsthorpe, Lincolnshire, Reino Unido.

Físico, filosofo, alquimista y matemático.

1643 a 1727 Autor de la obra “Philosophiae Naturales Principia Mathematica” donde describe la ley de gravitación universal. Estableció las bases de la Mecánica Clásica. Destacan los trabajos sobre la luz, la óptica y el cálculo matemático. Comparte con Leibniz el desarrollo del cálculo integral y diferencial.

Ley de la viscosidad dinámica. Danielis Bernoulli. Groningen, Holanda.

Estudio medicina y física.

1700 a 1782 Teoría de probabilidades y ecuaciones dife-renciales en mecánica hidrodinámica. Su obra cumbre fue “Hydrodynamica”.

Leonhard Paul Euler. Basilea, Suiza.

Matemático y físico.

1707 a 1783 El genio de las matemáticas, maestro de matemáticos. Trabajador incansable, generoso y siempre amable. Amigo de Danielis Bernoulli. Su contribución fue en el campo de las ecuaciones diferenciales del movimiento del fluido perfecto, formulación del teorema de Bernouilli.

Jean Le Rond D´Alembert.

Francia.

Matemático.

1717 a 1783 Ecuación diferencial de la continuidad.

Antoine de Chézy. Paris, Francia.

Ingeniero hidráulico.

1718 a 1798 Velocidad media de la corriente en un canal. Semejanza de modelos en canales.

Giovanni Battista Venturi

Bibbiano, Italia.

Físico.

1746 a 1822 Flujo en embocaduras y contracciones de la vena líquida. Mediciones de Venturi (medida de caudales).

Jean Louis Marie Poiseuille.

Paris.

Estudio medicina y física.

1797 a 1869 Ley que rige la circulación laminar de los fluidos viscosos en tubos cilíndricos.

Henry Philibert Gaspard Darcy.

Dijón, Francia

Ingeniero de puentes y caminos.

1803-1858

1857 (*)

Tratado sobre las fuentes públicas de Dijón. Tratado sobre el movimiento del agua en tuberías.

“Recherches expérimentales relatives au mouvement de l´eau dans les tuyaux, Mallet-Bachelier. Paris, 1857.”


20

AUTOR LUGAR DE NACIMIENTO

PERIODO DE VIDA /

Publicación (*) CONTRIBUCIÓN A LA HIDRÁULICA

Julius Weisbach Lugwig.

Mittelschmiedeberg, Alemania

Matemático, físico e ingeniero

1806 a 1871

1855 (*)

Formulación de la resistencia del fluido en las tuberías.

“Die Experimental-Hydraulik, J.G. Engelhardt, Frieberg, 1855.”

William Froude. Dartington, Reino unido

Ingeniero y arquitecto naval.

1810 a 1879 Ley de semejanza de modelos.

Jonathan S. Stokes. Reino Unido (UK).

Médico y botánico.

1819 a 1903 Ecuaciones diferenciales del movimiento de los fluidos viscosos.

Osborne Reynolds. Belfast, Irlanda del Norte.

Ingeniero y físico.

1842 a 1912 Distinción entre el régimen laminar y turbulento.

Nicolai Joukowski. Rusia.

Matemático.

1847 a 1921 Padre del análisis del golpe de ariete.

Lorenzo Allievi. Milán, Italia.

Ingeniero.

1856 a 1941 Modelo gráfico y matemático para el tratamiento del golpe de ariete.

Ludwig Prandtl. Freising, Alemania.

Físico.

1875 a 1953 Teoría de la capa límite. Padre de la moderna Mecánica de Fluidos.

E. Ganguillet y W.R Kutter.

1889(*) “Flor of water in rivers and other channels”, traducción al ingés por Herring y Trautwine, John Wiley &Sons, Inc, Nueva York, 1889.

Manning y Robert. 1890 (*) “Flor of Water in Open Chanenels and Pipes”, Trans. Inst. Civil Engrs., Irlanda, volumen 20, 1890.

Hunter, Babbitt y Dawson - Kalinke .

1924(*) 1935(*)1937(*)

Estudio del flujo vertical en bajantes investigado por Hunter (1924), Babbitt (1935) y Dawson – Kalinke (1937).

Williams, G.S., y A. Hazen.

1933 (*) “Tables, 3ª edición revisada, John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 1933.”

J. Nikuradse. Alemania.

Ingeniero.

“Stromungsgesetze in rauhen Rohren”, Forschungsheft 361, V.D.I., 1933.

CF Colebrook y CM White.

”Experiments with fluid friction in roughened pipes, Proc Roy Soc (A), 161, p367”,(1937).

Colebrook, C.F. 1939 (*) “Turbulent Flor in Pipes, with Particular referente to the Transition region between Smooth and Rough pipe Laws. J. Inst. Civil Engrs., Londres, febrero 1939”.

L.F. Moody. 1944 “Friction factors for pipe flow”. Discusión por A. D. Ippen, Trans. ASME, noviembre 1944.

J.A. Swaffield y L.S. Gallowin.

Reino Unido (UK) 1992(*) The Engineerred design of Building Drainage Systems.


21

GRÁFICAS DE LA CRONOLOGÍA DE ALGUNOS AUTORES Y SUS CONTRIBUCIONES.

-500 0 500 1.000 1.500 2.000

Auto

res

MOODY

DAWSONNIKURADSE

HUNTER

MANNINGKUTTER

ALLIEVI

JOUKOWSKIREYNOLDS

STOKESFROUDEWEISBACH

DARCY

POISEUILLE

VENTURICHÉZYD´ALEMBERT

EULER

TORRICELLIPASCAL

TORRICELLI

DANIELIS BERNOULLI

NEWTON

COLEBROOK

PRANDL

Año a.C.

ARQUIMEDES LEONARDO DA VINCI

J.A. SWAFFIELD

Año d.C.

1.664 AÑOS SIN NINGÚN APORTE CIENTÍFICO

Cronología a.C. y d.C. vs. Autores.

1.400 1.450 1.500 1.550 1.600 1.650 1.700 1.750 1.800 1.850 1.900 1.950 2.000

Cálculo analítico del coeficiente de fricción en tuberías con rugosidad artificial

Diseño y cálculo del saneamiento en edificios Cálculo gráfico del coeficiente de fricción en tuberías lisas y rugosas

Cálculo analítico del coeficiente de fricción en tuberías lisas y rugosas Flujo vertical del agua en bajantes

Flujo vertical del agua en bajantesMovimiento del agua en canales

Movimiento del agua en ríos y canales

Modelo gráfico y matemático del golpe de arietePadre del análisis del golpe de ariete

Ecuación diferencial movimiento líquidos viscososLey de semejanza de modelos

Resistencia del agua en las tuberíasMovimiento del agua en las tuberías

Medida de caudalesSemejanza de modelos en canales

Ecuación diferencial de la continuidad

Transmisión de la presión

Ecuación dela continuidad

Salida del líquido por un orificio

Régimen laminar en fluidos viscosos

Distinción entre régimen laminar y turbulento

Padre de la moderna Mecánica de Fluidos

Cálculo diferencial

Ecuación diferencial de la energía

J.A. SWAFFIELDMOODY

COLEBROOKDAWSON

NIKURADSEHUNTER

MANNINGKUTTER

PRANDLALLIEVI

JOUKOWSKIREYNOLDS

STOKESFROUDE

WEISBACHDARCY

POISEUILLEVENTURI

CHÉZYD´ALEMBERT

DANIELIS BERNOULLIEULER

NEWTONPASCAL

TORRICELLI

Año d.C.

LEONARDO DA VINCI

Ecuación de la energía

Apor

taci

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auto

r

Cronología d.C. vs. Aportación /Autor.


23

_ REFERENCIAS HISTÓRICAS SOBRE LA EVOLUCIÓN DE LOS


8.000 a.C. Sistemas sanitarios de evacuación en Jericó.

4.000 a.C. Sistemas de fontanería en el Valle del Indo.

3.000 a.C. Presa de agua de Sadd el-Kafara Wadi el-Garawi.

2.000 a.C. Suministro de agua y sistema de saneamiento Knossos en Creta.

1012 a 972 a.C.

Antiguo Testamento II Libro de Samuel, capítulo 5, época del Rey David. Conquista de Jerusalén. El rey David conquistó la ciudad de Jerusalén sin derramar ni una gota de sangre, para ello introdujo sus tropas a través de los canales de desagüe de la ciudad (esto da pié a pensar la envergadura de los sistemas de desagüe de la época y que aún funcionan en la actualidad).

800 a.C. Sistemas de captación de agua, utilizados por Medos y Persas.

582 a 497 a.C. El ingeniero Eupalino de Megara, construyó un acueducto subterráneo para Polícrates, el tirano de Samos, comenzando por los extremos y encontrándose en el medio con un error de solo medio metro.

285 a 222 a.C. El ingeniero Ctesibio, concibió la bomba hidráulica de émbolo. Fundó la escuela Alejandrina de ingenieros.

287 a 212 a.C. Arquímedes de Siracusa, inventó el tornillo de Arquímedes para elevar el agua.

27 a.C. Los edificios públicos de Roma estaban conectados a un sistema de alcantarillado que descargaba directamente al Tiber.

1346 a 1350

Brote de la peste Justiniano (bubónica). El bacilo de la peste ataca al hombre sólo cuando las pulgas infectadas, después de haber acabado con toda la población de ratas, sus preferidas, se ven obligadas a atacar a los humanos. En Europa aniquiló aproximadamente 20 millones de hombres y mujeres, cerca de la cuarta parte de la población europea, el mayor número de bajas provocado por una sola epidemia en toda la historia de Europa. Esta epidemia fue como consecuencia de la falta de higiene.

Siglo XVI La obra hidráulica más completa se realizó en este siglo destinado al Monasterio de San Lorenzo de El Escorial, cuyo primer proyecto y planteamiento inicial correspondió a Juan Bautista de Toledo (ingeniero hidráulico) por orden de Felipe II, J.B.

1565 a 1569 Construcción del ingenio de Juanelo de Turriano (ingeniero y relojero cremonés) para elevar agua al Alcázar de Toledo desde el río Tajo, por orden de Carlos V. Cumpliendo con creces el contrato, el rey nunca le pago dinero alguno, muriendo pobre y endeudado en Toledo el 13 de junio de 1585.

1566Construcción de la red de abastecimiento y saneamiento del palacio del Pardo efectuado por Juan Bautista de Toledo (ingeniero hidráulico), siguiendo el mismo modelo del Escorial y el Alcázar de Madrid por orden de Felipe II, J.B.

1596 El primer W.C. reconocido fue diseñado por Sir John Harrington, en su Metamorfosis de Ajax. Excéntrico isabelino, cuyo W.C. disponía de una taza, tuberías de agua y asiento.

En la primera mitad del siglo XVII.

El ingeniero y arquitecto fray Andrés de San Miguel propone en la Nueva España, como materiales para la construcción de tubería la maderas del tipo el sabino, guayamel y el cedro.

Finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX.

Revolución industrial. Desarrollo con existo de las primeras bombas de cilindros con movimientos de émbolos aspirantes e impelentes para la elevación de agua y distribución de agua a las ciudades creando riqueza y utilidad a toda la comunidad.

1840 a 1850 Hasta esta década en Europa y Estados Unidos no se experimentó ningún progreso notable en el proyecto y construcción de redes de saneamiento desde la época romana.


24

1842 En la ciudad de Nueva York, se realizaron instalaciones de servicio de agua a presión en los sótanos y patios de edificios.

1855 Se hizo un estudio de la ciudad de Londres que sirviera de base para la planificación de las redes de alcantarillado.

Siglo XVIII Diseño práctico del W.C. patentado por Joseph Bramah.

Siglo XIX

Este siglo trajo dispensarios y hospitales para los enfermos necesitados mantenidos por donaciones de organizaciones benéficas (religiosas o laicas) y subsidios públicos. Para enfrentarse a las crecientes enfermedades de la sociedad industrial, los movimientos a favor de un buen saneamiento pedían aguas limpias y alcantarillado además de higiene física y moral.

1890 Aparece el primer inodoro moderno.

Siglo XX

La gripe española que arrasó el globo después de la Gran Guerra, fue la peor pandemia jamás vista, aniquiló aproximadamente 60 millones de personas en todo el mundo en menos de 2 años (sigue sin conocerse su causa exacta). A buen seguro la carencia de alcantarillado y la deficiente calidad del agua ayudo a su propagación de forma violenta.

1906 a 1910 Mueren en España 191.000 niños sobre una población de 18 millones de habitantes, siendo las causas principales: Abastecimiento de agua de deficiente calidad, carencia de alcantarillado, falta de tratamiento básico y falta de depuración.

A finales de 1920 Después de la Primera Guerra Mundial, las nuevas construcciones fueron equipadas con los más modernos sistemas de fontanería y aparatos. Instalaciones completas de cuartos de baño, consistentes en un inodoro, lavabo y tina con una ducha.

1922La situación en España es la siguiente: El 80% de la población carece de abastecimiento de agua potable, el 90% de la población carece de alcantarillado y no existe tratamiento ni depuración de agua.

1957

Riada en Valencia, días 13 y 14 de octubre. El número de victimas oficiales ascendió a 81 entre muertos y desaparecidos. La intensidad de lluvia en la cabecera del río Túria fue muy superior a la propuesta por las autoridades administrativas (Ayuntamiento de Valencia, y el CTE) actualmente en vigor para el dimensionamiento del saneamiento para aguas pluviales.

1965En España el 10% de la población carece de abastecimiento de agua potable, el 30% de la población carece de alcantarillado y existe tratamiento de agua y un cierto número de estaciones depuradoras.

1990En España prácticamente la población está abastecida y saneada, todos los núcleos tratan o al menos cloran el agua y existen 2.500 estaciones depuradoras, aunque su funcionamiento tienen fallos en muchas de ellas.


25


1973 Publicación en España de las Normas Tecnológicas de la Edificación sobre alcantarillado, saneamiento, agua fría y caliente. Normas recomendables y no de obligado cumplimiento.

NTE ISA Alcantarillado (Evacuación de aguas pluviales y residuales desde las respectivas acometidas hasta el cauce receptor o hasta la estación depuradora cuando ésta sea necesaria). NTE ISS Saneamiento (Red de evacuación de aguas residuales y pluviales en edificios con un máximo de 20 plantas).NTE IFF Agua fría (Instalaciones de agua fría para uso en cocinas y aseos desde la acometida interior del inmueble hasta los aparatos de consumo, en edificios con un máximo de 20 plantas). NTE IFC Agua caliente (Instalaciones de distribución de agua caliente para uso en cocinas y aseos, desde la toma de red interior de agua fría hasta los aparatos de consumo en edificios con máximo 20 plantas).

1974 Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo. Orden de 28 de julio de 1974 por el que se aprueba el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Abastecimiento de Aguas (BOE 2 y 3 de octubre de 1974 y corrección de errores el 30 de octubre de 1974).

1976 Publicación en España de las Normas Tecnológicas de la Edificación sobre abastecimiento de agua potable. Normas recomendables y no de obligado cumplimiento. NTE IFA Abastecimiento (suministro de agua a poblaciones inferiores a 12.000 habitantes).

1976 Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. Orden de 9 de diciembre de 1975 por el que se aprueba las Normas Básicas para las Instalaciones Interiores de Suministro de Agua “NIA” (BOE 13 de enero de 1976, corrección de errores 12 de febrero de 1976).

Centro de Estudios Hidrográficos. Normas para la redacción de proyectos de abastecimiento de agua y saneamiento de poblaciones.

1980 Real Decreto 1618/1980, de 4 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de instalaciones de Calefacción, Climatización y Agua caliente sanitaria con el fin de racionalizar su consumo energético.

1984 Ministerio de Sanidad y Consumo. Resolución de 23 de abril de 1984, de la Subsecretaria, por el que aprueba la lista positiva de aditivos y coadyuvantes tecnológicos autorizados para tratamientos de aguas potables de consumo público (BOE número 111 de 9 de mayo de 1984).

1986 Orden de 15 de septiembre de 1986 por la que se aprueba el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Saneamiento de Poblaciones (BOE número 228, martes 23 de septiembre de 1986).

1987 Ministerio de Relaciones con las Cortes y de la Secretaria del Gobierno. Orden de 1 de julio de 1987 por la que se aprueban los métodos oficiales de análisis físico químicos para aguas potables de consumo público (BOE número 163 del 9 de julio de 1987) y corrección de errores BOE número 223 del 17 de septiembre de 1987).

1988 Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo. Orden de 8 de febrero de 1988 relativa a los métodos de medición y a la frecuencia de muestreos y análisis de aguas superficiales que se destinen a la producción de agua potable (BOE número 53 de 2 de marzo de 1988).

Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo. Orden de 11 de mayo de 1988 sobre características básicas de calidad que deben ser mantenidas en las corrientes superficiales cuando sean destinadas a la producción de agua potable (BOE número 124 de 24 de mayo de 1988).

1990 Ministerio de Relaciones con las Cortes y de la Secretaría del Gobierno. Real Decreto 1138/1990, de 14 de septiembre, por el que se aprueba la Reglamentación Técnico Sanitaria para el abastecimiento y control de calidad de las aguas potables de consumo público (BOE número 226 del 20 de septiembre de 1990).

Consellería d´Industria, Comerç i Turisme (Generalitat Valenciana). Resolución aprobatoria: Ampliación a las Normas Básicas de Suministro de Agua Condensadores Hidráulicos.

1993 Ley 10/1993, de 26 de octubre de 1993. Saneamiento industrias en general. Vertidos industriales al sistema integral de saneamiento (BOE número 269, de 12 de noviembre de 1993).

2003 Criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano en el ámbito de la Comunidad Valenciana. RD. 140 de 7 de febrero de 2003. (BOE 45 21/2/2003).

2006 Código Técnico de la Edificación. RD 314/2006, de 17 de marzo. (BOE nº 74 de 28 de marzo de 2006). Modificaciones RD1371/2007, de 19 de octubre, (BOE nº 254, de 23 octubre 2007) y corrección de errores y erratas: (BOE nº 22, de 25 de enero de 2008).

2007 REAL DECRETO 1027/2007, de 20 de julio, que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. (BOE nº 207, 29 de agosto de 2007. Corrección de errores (BOE nº 51 de 28 de febrero de 2008).

Ingenio de Juanelo de Turriano (ingeniero y relojero cremonés) para elevar agua al Alcázar de Toledo desde el río Tajo, por orden de Carlos V. Cumpliendo con creces el contrato, el rey nunca le pagó dinero alguno, muriendo pobre y endeudado en Toledo el 13 de junio de 1585.

“En estos últimos días he hecho un descubrimiento nuevo que será muy útil en la construcción de los nuevos suministros de agua”.

PRESIÓN + VIS VIVA = CONSTANTE

Carta de Danielis Bernoulli a su amigo Crhistian Goldbac.

CONDUCCIONES

FORZADAS

2

CAPÍTULO 2. CONDICIONES FORZADAS

29

0_ PROPIEDADES DEL AGUA.

0_1.- DENSIDAD ESPECÍFICA Ó ABSOLUTA, PESO ESPECÍFICO Y VOLUMEN ESPECÍFICO.

0_1.1.- Densidad específica o absoluta.

Se define la densidad como la masa del fluido por unidad de volumen, ecuación f 1 . La densidad específica o absoluta es función de la temperatura y de la presión f(T,P) .

mV

f 1

: Densidad del fluido 3kg m .

m : Masa del fluido kg .

V : Volumen ocupado por la masa del fluido 3m .

Mediante ensayos en el laboratorio se han obtenido los siguientes valores de la densidad del agua en función de la temperatura a presión atmosférica normal cuyos resultados vienen dados en la tabla F-1.

Temperatura Densidad absoluta Temperatura Densidad absoluta Temperatura Densidad absoluta Temperatura Densidad absoluta

T (º C) (kg/m3) T (º C) (kg/m3) T (º C) (kg/m3) T (º C) (kg/m3) 0 999,8 18 998,5 36 993,4 75 974,82 999,9 20 998,2 38 992,8 80 971,84 1.000,0 22 997,7 40 992,2 85 968,66 999,9 24 997,2 45 990,2 90 965,38 999,8 26 996,6 50 988,0 95 961,810 999,7 28 996,1 55 985,7 100 958,412 999,4 30 995,7 60 983,2 150 916,914 999,2 32 994,9 65 980,6 200 864,616 998,9 34 994,2 70 977,8 300 712,4

Tabla F-1.- Densidad del agua en función de la temperatura.

Existe una característica física específica para el agua de 0 a 4ºC la densidad aumenta y a partir de los 4ºC disminuye. Las curvas modelizadas pueden verse en las figuras F-1 y F-2.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0999,75

999,80

999,85

999,90

999,95

1.000,00

1.000,05

0 2 2C

2

0

c

CURVA MODELIZADAModel : Lorentz

2 A WEquation : f 1.14 T X W

R 0,98819

999,58113 0,0665A 5,22955 1,76554W 8,13013 1,63319X 3,97975 0,15462

CORRELACIÓN ENTRE LA TEMPERATURA Y LA DENSIDAD DEL AGUAA PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

Temperatura T (ºC)

Den

sida

d

( kg/

m3 )

Curva experimental Curva modelizada

Figura F-1.- Modelización de la densidad del agua para el rango de 0 a 8ºC.


30

PROPIEDADES DEL AGUA

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100955

960

965

970

975

980

985

990

995

1.000

2T Xc2W

0

2

0

CURVA MODELIZADAModel: Gauss

A= e f 1.2W

2

R 0,99945=1.002,60519 W=107,67356

A= -7.808,19327 Xc=140,0472

CORRELACIÓN ENTRE LA TEMPERATURA Y LA DENSIDAD DEL AGUAA PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

Den

sida

d

( kg/

m3 )

Temperatura T (ºC)

Curva experimental Curva modelizada

Figura F-2.- Modelización de la densidad del agua para el rango de 0 a 100ºC.

LOCALIZACIÓN CARPETA. 1.- Conectada la computadora pulsar la tecla VAR. Si no aparece el directorio HIDRA, pulsar NXT hasta que aparezca.

Pulsar la tecla F1 para poder acceder al directorio: HIDRÁULICA.

Pulsar ENTER ( ).

\ HOME \ HIDRÁULICA

2.- Pulsar F1 para poder entrar en la carpeta de conducciones forzadas.

En la parte inferior de la pantalla aparecerán las ecuaciones de cálculo ubicadas en el directorio:

\HOME\HIDRÁULICA \FORZADA

3.- Pulsar de forma secuencial las teclas NUM.SLV (NUM.SLV coincide con la tecla 7).

Situarse sobre:

1. Solve equation... OK ( )

Por defecto la pantalla mostrará la última ecuación utilizada.

Para elegir la ecuación correcta deberemos de pulsar la tecla F2 (CHOOS)

4.- Posicionar con las flechas la carpeta seleccionada.

0_1_ _H2O OK ó ENTER ( )

Para seguir leyendo haga click aquí

http://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_792-3-1

CÁLCULO DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS CON SOFTWARE PARA ...

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