Este documento presenta métodos numéricos para calcular el coeficiente de fricción en redes de tuberías, incluyendo el método de punto fijo y el método de Newton-Raphson. Explica la ecuación de Colebrook-White para calcular f de forma implícita y provee ejemplos numéricos para ambos métodos. Finalmente, pide practicar cálculos manuales y computarizados de f usando estos métodos.
HIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIAS
HIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIASHIDRAULICA EN TUBERIAS
OBJETIVOS
Entender el comportamiento de operación energética de dos bombas centrífugas operándolas como sistemas integrados en serie y paralelo al unificar las características unitarias de ambas.
Presentar dos alternativas más de flujo con la finalidad de resolver problemas de carga y de gasto en la transportación de líquidos.
Proporcionar los criterios y métodos que permitan analizar y representar la operación de los sistemas en serie y paralelo.
INTRODUCCIÓN
En los procesos u operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar un sistema de bombeo con más de una bomba; esto puede ser porque la demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.
El uso de dos o más bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en su mejor región de eficiencia la mayor parte del tiempo de operación, aún cuando los costos iniciales pueden ser mayores, el costo de operación más bajo y la mayor flexibilidad en la operación ayuda a pagar la inversión inicial.
De acuerdo con la necesidad, se pueden presentar casos en que es necesario que el sistema esté integrado por pares motor bomba iguales o pares diferentes. La siguiente matriz muestra los diferentes arreglos y situaciones en que se pueden operar los sistemas en serie y paralelos.
De esta matriz el término BAJO significa que una unidad puede satisfacer la demanda de gastos o carga. El término ALTO es cuando a una unidad le es imposible satisfacer una demanda de gasto o carga.
Tuberías en serie, paralelo y equivalentes por D-W y H-W - URACCANEnrique Santana
Según la bibliografía, dos o más tuberías, de diferente diámetro y/o rugosidad, están en serie cuando se hallan dispuestas una a continuación de la otra, de modo que por ellas escurre el mismo gasto o caudal.
Todo parte de la ecuación de Bernoulli. ¡Vamos, descárgalo ya!
El conocimiento debe ser libre e igual para todos.
OBJETIVOS
Entender el comportamiento de operación energética de dos bombas centrífugas operándolas como sistemas integrados en serie y paralelo al unificar las características unitarias de ambas.
Presentar dos alternativas más de flujo con la finalidad de resolver problemas de carga y de gasto en la transportación de líquidos.
Proporcionar los criterios y métodos que permitan analizar y representar la operación de los sistemas en serie y paralelo.
INTRODUCCIÓN
En los procesos u operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar un sistema de bombeo con más de una bomba; esto puede ser porque la demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.
El uso de dos o más bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en su mejor región de eficiencia la mayor parte del tiempo de operación, aún cuando los costos iniciales pueden ser mayores, el costo de operación más bajo y la mayor flexibilidad en la operación ayuda a pagar la inversión inicial.
De acuerdo con la necesidad, se pueden presentar casos en que es necesario que el sistema esté integrado por pares motor bomba iguales o pares diferentes. La siguiente matriz muestra los diferentes arreglos y situaciones en que se pueden operar los sistemas en serie y paralelos.
De esta matriz el término BAJO significa que una unidad puede satisfacer la demanda de gastos o carga. El término ALTO es cuando a una unidad le es imposible satisfacer una demanda de gasto o carga.
Tuberías en serie, paralelo y equivalentes por D-W y H-W - URACCANEnrique Santana
Según la bibliografía, dos o más tuberías, de diferente diámetro y/o rugosidad, están en serie cuando se hallan dispuestas una a continuación de la otra, de modo que por ellas escurre el mismo gasto o caudal.
Todo parte de la ecuación de Bernoulli. ¡Vamos, descárgalo ya!
El conocimiento debe ser libre e igual para todos.
laboratorio graficamos un conjunto de datos experimentales en el sistema de coordenadas cartesianas rectangulares, en papel milimetrado, papel logarítmico y semilogaritmico. Aplicamos el método de mínimos cuadrados para poder convertir nuestra curva en rectas
VIRUS COXSACKIE, CASOS CLÍNICOS, ANÁLISIS, MORFOLOGÍA ENTRE OTROS
03 metodos numericos_para_calular_f
1. utpl ucg centro de investigaciones en ingeniería hidráulica & saneamiento
www.utpl.edu.ec
Hidráulica de tuberías
Redes ramificadas
Métodos numéricos
aplicados al cálculo del
coeficiente de fricción
Holger Benavides Muñoz
1. Diseño de redes ramificadas o
abiertas
1.2 Modelos matemáticos para redes
ramificadas.
‰ Conferencia 03:
“Métodos numéricos aplicados al cálculo del
coeficiente de fricción”
‰ Contenidos:
„ Punto fijo.
„ Newton - Raphson
Raphson.
„ Ejercicios de aplicación.
„ Apoyo ofimático al cálculo (Excel – solver).
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2. Bibliografía
„ SALDARRIAGA, J. 2000. Hidráulica de tuberías.
Bogotá, Col., McGraw – Hill. 592 p.
„ SOTELO, G. 1987. Hidráulica General, vol. I,
fundamentos. México, Limusa. 561 p.
„ MATAIX, C. 1982. Mecánica de fluidos y máquinas
hidráulicas. 2ª de. México, HARLA.660 P.
„ PEREZ, R. 1993. Dimensionado óptimo de redes de
distribución de agua ramificadas. Universidad
Politécnica de Valencia. Tesis doctoral.
‰ Reconocimiento y agradecimiento: Dr. Ing. Rafael Pérez García. GMMF.
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Modelos matemáticos
Darcy - Weisbach
„ La expresión para el cálculo de pérdidas en
sistemas de tuberías a presión es:
=
2 8
2
h f L f
f = factor de fricción
2
f L
2 5
Q
g D
g
V
D
=
π
L = longitud de tubería
D = diámetro interno
Q = caudal
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3. Modelos matemáticos
Cálculo del factor de fricción.
„ Para tubos lisos o rugosos en la zona de transición
o turbulenta (para Re > 4000), se utiliza la ecuación
de Colebrook Colebrook-White para determinar el factor de
fricción f de forma implícita de la ecuación de
Darcy-Weisbach.
„ Mediante un sencillo cálculo iterativo de punto fijo o
por el método de Newton - Raphson, cuya
convergencia está asegurada para los valores de
Re y habitualmente empleados p
en redes de
distribución.
2.51
1 2log
ε
= − +
f 10
3.7
D Re f
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Velocidad en función de pérdidas
v L
⋅ ⋅
2.51
⋅ ⋅ ⋅
⋅ +
− ⋅ ⋅ ⋅
=
f
f
D g D h
g D h
L D
V
2
3.7
log
2 2
10
ε
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4. CÁLCULO DE f POR TANTEOS ε
1
2.51
= − +
f 3.7
D Re f
1 2log
10
Re ε D
(m) (m)
300000 0.0002 0.7
f
x =
= − +
2.51
D f
g x
Re
3.7
( ) 2 log10
ε
f i x g(x) f i+1
0 0.0010000 31.6227766 6.9324627 0.0208077
1 0.0208077 6.9324627 7.7379073 0.0167014
2 0.0167014 7.7379073 7.6956645 0.0168853
3 0.0168853 7.6956645 7.6978297 0.0168758
4 0.0168758 7.6978297 7.6977186 0.0168762
5 0.0168762 7.6977186 7.6977243 0.0168762
6 0.0168762 7.6977243 7.6977240 0.0168762
7 0.0168762 7.6977240 7.6977240 0.0168762
8 0.0168762 7.6977240 7.6977240 0.0168762
9 0.0168762 7.6977240 7.6977240 0.0168762
10 0.0168762 7.6977240 7.6977240 0.0168762
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Modelos matemáticos
CÁLCULO DE f POR NEWTON RAPHSON
( )
x x g x x
i i
1 '( )−1
i i g x
2.51
x 1 =
f
= − +
f 3.7
D Re f
1 2log
10
ε
−
= − +
i
'( ) 2 ( )
ε
2.51
Re
+
⋅
= −
2.51
D f
g x
Re
3.7
ln 10
( ) 2log10
ε
= − +
2.51
D f
g x
Re
3.7
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5. CÁLCULO DE f POR NEWTON RAPHSON
Re ε D
(m) (m)
308405 0.000001522 0.1522
Modelos matemáticos
f i x g(x) g'(x) Xi+1 f i+1
0 0.00100000 31.62277660 7.16982156 -0.02718175 7.81690675 0.01636553
1 0.01636553 7.81690675 8.35668789 -0.10658855 8.30469522 0.01449949
2 0.01449949 8.30469522 8.30619189 -0.10056864 8.30605513 0.01449474
3 0.01449474 8.30605513 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
4 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
5 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
6 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
7 0 01449474 8 30605514 8 30605514 0 10055280 8 30605514 0 01449474
0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
8 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
9 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
10 0.01449474 8.30605514 8.30605514 -0.10055280 8.30605514 0.01449474
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Ejemplo de cálculo
Modelos matemáticos
„ Calcular el Q de agua que puede ser movido a través de
una tubería de PVC de 293 mm de diámetro. Longitud: 730
m, y con una carga gravitacional de: 43.5 m. Se asume
, g g
que la rugosidad absoluta (ε) en m es: 0.0000015. Por
coefc. global de pérdidas menores se espera un Kfm: 11.8.
La densidad del agua: 998.2 kg/m³. Viscosidad dinámica
(μ): 0.001005 Kg/(m.s).
„ Viscosidad cinemática ( ν): ) 0 0.001005 001005 / 998 998.2 2
=
Viscocidad cinemática: 1.00681E-06 m2/s
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6. Modelos matemáticos
v L
⋅ ⋅
2.51
⋅ ⋅ ⋅
⋅ +
− ⋅ ⋅ ⋅
=
f
f
D g D h
g D h
L D
V
2
3.7
log
2 2
10
ε
V 2
h H K f i fm 2
= − + 1
g
Q = 0.31250 m3/s
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Deber
„ Practicar cálculos (a mano y en
computadora) para el cálculo de f
(Colebrook – White)
‰ Al menos 2 ejc. por los métodos de punto fijo
‰ Al menos 2 ejc. por el método de N-R.
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