Calcular el caudal en una tubería

Protección frente a la humedad, recogida y evacuación de residuos, calidad del aire interior, suministro de agua, evacuación de aguas

Calcular el caudal en una tubería

Notapor ducatijere » 18 Jun 2009, 12:42

Qué tal compañeros? Tengo una duda que puede ser una tontería, pero no doy con la solución, así que espero que me echeis una mano.

Estoy calculando una tubería que alimentará un depósito de 30000 litros. La compañia suministradora me asegura una presión en la acometida de 2.9 kg/cm2, pero no menciona nada del caudal. ¿Cómo puedo saber el caudal que circulará por la tubería? Necesito conocerlo para saber si el agua llega al otro extremo de la tubería sin necesidad de instalar una bomba y, si lo hace, cuánto tarda en llenarse el depósito.

Material de la tubería: Cobre
Diámetro interno de la tubería= 50mm (2")
Longitud del tramo= 62m (suponer en linea recta y sin accesorios que aumenten la pérdida de carga)

Supongo que habrá una fórmula que relacione la presión a la entrada y el diámetro de la tubería, con el caudal en la misma.

Y ya que estamos. ¿Alguien puede pasarme una tabla con las pérdidas de carga para elementos de cobre?

Gracias.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor XIKE » 18 Jun 2009, 13:16

puedes calcularlo como sigue:

Método rápido: Te imaginas una velocidad en la tubería de 3 m/s. Q = A*v (m2*m/s = m3/s, simple, no?)

Método académico: Tu punto de descarga va a tener presión 0 (chorro libre) a partir de ahi, tiras de bernoullí hasta donde te garantizan la presión, despejas y ya está.

Si es la vida real, te recomiendo el primer método.
Si es para el PFC, el segundo.

Saludos,

Luis
XIKE

Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor ducatijere » 18 Jun 2009, 13:43

Es un PFC, así que el primer método, como que no. Con respecto al segundo, ¿te ha dado por hacerlo?

En un tramo de tubería con sección constante, el caudal se considera constante, por tanto, la velocidad es también constante (V1 = V2). Por tanto, se van los términos de la velocidad de la ecuación de Bernoulli

P2 = 0. Otro término menos.

Z1 = Z2, pues la entrada y la salida estan a la misma altura. Dos términos menos.

Lo único que me queda es que (P1/rho*g) es igual a las pérdidas de carga, y las pérdidas de carga no las puedo calcular, porque desconozco el caudal. :cabezazo

No entiendo cómo puedo sacar de aquí el caudal. Te agradecería que me lo aclararas.
Gracias.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor XIKE » 18 Jun 2009, 13:47

Pérdida de carga por diagrama de moody.

Hala, a tirar de Reynolds...

En cualquier caso, tienes infinidad de fuentes para encontrar las pérdidas por metro del cobre y sus singularidades.

Salud :saludo
XIKE

Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor ducatijere » 18 Jun 2009, 17:12

Creo que soy tonto, porque no entiendo nada.

Volvemos a lo mismo. Para utilizar Moody necesito conocer Reynolds y para conocer Reynolds necesito conocer la velocidad. Y la velocidad no la sabemos.

Por favor, intenta calcularlo tú y dime si realmente se puede o no sacar el caudal.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor serch » 18 Jun 2009, 18:03

Ese deposito para que es?

Ya existe? De quien es? Lo vas a usar tu?

Si el deposito es para usarlo tu mismo, tu sabras en cuanto tiempo quieres que se llene. Y si sabes el tiempo ya sabes el caudal.

Lo que no entiendo es como pones directamente un diametro especifico de 50 mm sin saber el caudal. Primero pon el caudal y luego con unas velocidades no mayores de 2 m/s pon el diametro para que no exista unas perdidas muy fuertes.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor ducatijere » 18 Jun 2009, 19:16

Vamos a ver, el depósito lo voy a instalar, y quiero que se llene en menos de 8 horas, para que permanezca lleno durante toda la jornada laboral, así que el caudal debe ser de al menos 1 litro por segundo.

Lo único que quiero es saber como calcular el caudal en una tubería de 50mm de diámetro y 62m de longitud si la presión a la entrada es de 2,9bar y la salida es libre.

El diámetro es supuesto. Mi intención es calcular el caudal con varios diámetros y después calcular las pérdidas de carga, y con los datos obtenidos, realizar la mejor elección.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor serch » 18 Jun 2009, 19:23

Pues ya lo tienes. 30.000 l/8 h = 3.750 l/h = 1 04 l/s

Ya sabes el caudal. Ahora con el diametro que tienes 50 mm Q= A*v ya tienes la velocidad. Controla que no sea superior a 2 m/s ni inferior a 0,5 m/s y con esa velocidad y formula de Colebrook o Darcy hallas las perdidas por longitud de tramo. Esas perdidas mas diferencia de cota (en tu caso has dicho 0) mas perdidas puntos singulares, las restas a la presion que te da la compañia y si son mayores a 0 mca (doy por supuesto que el deposito esta a presion atmosferica) Voila.
Última edición por serch el 18 Jun 2009, 19:35, editado 1 vez en total
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor pepeska » 18 Jun 2009, 19:34

El calculo teórico lo haces iterando, tomas un caudal y ves cuanto es la pérdida. Que te sale mayor pues disminuyes el caudal, si sale mayor pues al contrario.
Por colebrook y darcy-weissbach (tomando viscosidad cinemática = 0,000001306 m²/s y rugosidad absoluta = 0,015 mm)
Caudal = 9,743 l/s
Velocidad = 4,962 m/s
Por Hazem-William (valor C=140)
Caudal = 8,125 l/s
Velocidad (por hazem-william) = 4,05 m/s

Tomando 8 l/s, 1 h 2' 30'' en llenarlo

Un saludo.
Posdata: Parece muy favorable (y por si acaso lo he hecho por el otro método) pero hay que tener en cuenta que es teórico, luego con ese caudal seguro que disminuye la presión a la entrada (a menos que sea una buena acometida y este caudal no le haga ni cosquillas...) y sale menos de lo teórico.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor serch » 18 Jun 2009, 19:46

Pepeska, esas velocidades me parecen un poco excesivas, mas que nada porque en conducciones de abastecimiento te limitan la velocidad a 3 m/s para evitar problemas de erosion interior de la tuberia y el propio CTE en su DB -HS4 en el punto 4.2.1 te limita la velocidad para tuberias metalicas entre 0,5 y 2 m/s
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor pepeska » 18 Jun 2009, 20:10

serch escribió:Pepeska, esas velocidades me parecen un poco excesivas, mas que nada porque en conducciones de abastecimiento te limitan la velocidad a 3 m/s para evitar problemas de erosion interior de la tuberia y el propio CTE en su DB -HS4 en el punto 4.2.1 te limita la velocidad para tuberias metalicas entre 0,5 y 2 m/s


Yo no he recomendado esas velocidades, sino que estoy contestando a la pregunta ¿qué caudal y cuanto tiempo tarda en llenarse el deposito con una tubería de 62 m, Ø50 mm y con una presión inicial constante de 2,9 kg/cm²?

Aun así, para garantizar que en días de poca presión se llene en las 8 h, pues puedes poner esa tubería (aunque con otra inferior iría también bien) y controlar la velocidad con una llave de paso y ya tienes menos caudal y por tanto velocidad. Tal y como se hace en viviendas, supones unos caudales, pero realmente con las presiones supuestas siempre va a ir mas caudal ya que te sobran como mínimo 100 Pa. En cambio en el calculo de rociadores pues si se hace correctamente.

Un saludo.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor serch » 18 Jun 2009, 20:18

pepeska escribió:Yo no he recomendado esas velocidades, sino que estoy contestando a la pregunta ¿qué caudal y cuanto tiempo tarda en llenarse el deposito con una tubería de 62 m, Ø50 mm y con una presión inicial constante de 2,9 kg/cm²?



:brindis :brindis
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor jurama » 19 Jun 2009, 12:00

Buenas ducatijere

Yo estoy en la misma situación que tu, con el PFC de ls.... :cabezazo , yo estoy calculando las instalaciones mecánicas de un centro comercial y para dimensionar la fontaneria lo que hice es conociendo el caudal (dado por ls tomas de fontaneria existentes), partir de una hipotesis de v=2 para calcular el diámetro minimo necesario, y a partir de él y s/material utilizado obtener el DN estandarizado, con lo que se obtiene la velocidad real.

Para calcular las PdC, lo que hice es considerar una Leq=1,2*L, para tener en cuenta accesorios o codos y con esa longitud, la velocidad obtenida, el Di de la tubería a instalar y el coef de rugosidad (C) del material de la tubería obtener, por Hazen williams las PdC de la instalación.

Espero que te sirva de algo, xq yo estuve en el mismo dilema que tu hace nada, (ahora tocan otros muchos), tu caudal a considerar serían el obtenido con los 30000l y el tiempo de llenado (yo le pondria menos de 8 horas, con 4 h, salen 2 m/s que es una v buena, asi que yo pondria 4h<=t<=8h), para conocer los DN estandarizados del cobre mira la norma UNE EN 1057 (posiblemente lo sepas)

Una cosilla, simple curiosidad, ¿Cómo optaste por tubería de cobre? ¿es un requisito?, yo optaria por PPr o PB, considero que habria menos cosas que considerar.

Un saludo, que sepas que hay alguien mas como tu ahora!! :usuario :cabezazo
jurama
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor ducatijere » 22 Jun 2009, 18:32

Gracias a todos. De verdad. Pero lo cierto es que un profesor me comentó un método que me ha convencido. Os lo explico:

Consiste en aplicar la fórmula de pérdidas de carga de Darcy-Weissbach: Hr = H + [(0,0827·f·L.Q^2)/(D^5)]

· Para el valor de Hr tomaremos la presión de entrada, en este caso, 29 m.c.a.
· H es la diferencia de altura entre el principio y el fin de la línea: H = 5,5 m.
· El valor de f oscila normalmente entre 0,015 y 0.025, por lo que tomaremos de forma provisional f = 0,02.
· Longitud de la tubería: L = 62,21m.
· Tomaremos el mínimo caudal necesario para mantener lleno el depósito: Q = 10^-3 m3/s (1 l/s)
· D será el diámetro de la túbería que buscamos con las condiciones que tenemos.

Realizando los cálculos: D = 0,02345m = 23,45mm, pero la sección normalizada según, UNE-EN 1.057, inmediatamente superior es de 28x1mm, es decir, de 26mm de diámetro exterior.

Aplicando de nuevo la fórmula de Darcy-Weissbach: Q = 1,29·10^-3 m3/s (algo mayor) pero válido. Pero ¿qué velocidad llevará el agua en la tubería? Como Q = V·S, calculo V y sale V = 2,43m/s. Otro problema, pues el CTE en su
DB-HS4 en el punto 4.2.1 limita la velocidad para tuberías metálicas entre 0,5 y 2m/s.

He relizado varias pruebas con diferentes caudales y diferentes diámetros, y la velocidad sigue siendo elevada, así que creo que el problema está en la presión. Creo que es muy elevada. He oido hablar de reductores de presión.
¿Alguien sabe si debo instalar un reductor de presión? Si alguien sabe como funcionan, me gustaría que me lo indicara.

Gracias a todos.
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Re: Calcular el caudal en una tubería

Notapor pepeska » 22 Jun 2009, 19:48

ducatijere escribió: Hr = H + [(0,0827·f·L.Q^2)/(D^5)]


En la formula anterior, si quieres ser meticuloso se te ha quedado atras la pérdida por velocidad v²/2·g, y la hr suele considerarse [(0,0827·f·L.Q^2)/(D^5)], que es la pérdida de carga en la tubería, es decir, quedaría así:
H=Hr + v²/2g + z (salida libre)
H= Energía total, la presión de entrada.
Hr = pérdidas por rozamiento.
v²/2g = "pérdidas" por enegia de velocidad (no se como se llama exactamente)
z = diferencia de altura.

Si pruebas con una tuberia de 12x10 mm, ya te saldrá menos de 2 m/s, pero tu pones una tubería mayor y limitando el caudal con una llave de paso consigues limitar la velocidad y resuelto, piensa que en el código técnico al decirte que como mínimo tengas una presión en el grifo mas desfavorable de 100 Pa, se entiende perfectamente que en la realidad se darán casos de mayor velocidad que la que tu calculas suponiendo unos caudal determinados.. Y no tienes que instalar ni mucho menos un reductor de presión en este caso.
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