Presentación

1. CONCEPTOS B
CONCEPTOS BÁ
ÁSICOS DE INGENIER
SICOS DE INGENIERÍ
ÍA Y DISE
A Y DISEÑ
ÑO I:
O I:
SISTEMAS DE CONDUCCI
SISTEMAS DE CONDUCCIÓ
ÓN DE AGUA.
N DE AGUA.
GENERALIDADES Y PRINCIPIOS B
GENERALIDADES Y PRINCIPIOS BÁ
ÁSICOS DE
SICOS DE
HIDR
HIDRÁ
ÁULICA. FLUJO EN TUBER
ULICA. FLUJO EN TUBERÍ
ÍAS Y CANALES.
AS Y CANALES.
C
CÁ
ÁLCULOS
LCULOS
ffl
Llave 2
1
∆
Z
Bomba
Codo
Codo
Codo
ffl

2. Introducci
Introducció
ón.
n.-
-
La ingenier
La ingenierí
ía
a de
de acuicultura es un
acuicultura es un á
área
rea multi
multi-
-
disciplinar, que incluye un amplio rango de aspectos muy
disciplinar, que incluye un amplio rango de aspectos muy
diferentes entre s
diferentes entre sí
í, tales como:
, tales como:
-
- Selecci
Selecció
ón de sitios apropiados.
n de sitios apropiados.
-
- Dise
Diseñ
ño de edificios e instalaciones.
o de edificios e instalaciones.
-
- Selecci
Selecció
ón de materiales y equipos.
n de materiales y equipos.
-
- Servicios (calentamiento, enfriamiento, electricidad,
Servicios (calentamiento, enfriamiento, electricidad,
bombas, equipos de mano, etc.).
bombas, equipos de mano, etc.).
-
- Estudios de suelos y recursos de agua.
Estudios de suelos y recursos de agua.
-
- Evaluaci
Evaluació
ón econ
n econó
ómica.
mica.
-
- Selecci
Selecció
ón y supervisi
n y supervisió
ón de constructores.
n de constructores.

3. R
Relaci
elació
ón muy directa entre
n muy directa entre Biolog
Biologí
ía, Dise
a, Diseñ
ño y Coste
o y Coste de
de un
un
sistema o
sistema o un
unas instalaciones,
as instalaciones, que a su vez
que a su vez determinar
determinará
án
n si
si
un sistema determinado
un sistema determinado funcionar
funcionará
á o no.
o no.
Los requerimientos
Los requerimientos biol
bioló
ógicos
gicos servir
servirá
án para establecer los
n para establecer los
par
pará
ámetros de
metros de dise
diseñ
ño
o, y
, y é
éstos a su vez determinar
stos a su vez determinará
án
n
aspectos de
aspectos de costes
costes, todo ello muy fuertemente
, todo ello muy fuertemente
relacionado.
relacionado.
De hecho, uno de los principales
De hecho, uno de los principales objetivos
objetivos de la
de la
acuicultura es
acuicultura es construir sistemas que funcionen con
construir sistemas que funcionen con
eficiencia y a costes competitivos (rentables).
eficiencia y a costes competitivos (rentables).
Aspectos a considerar en el dise
Aspectos a considerar en el diseñ
ño para acuicultura.
o para acuicultura.-
-
1)
1) Cliente (
Cliente (¿
¿Qui
Quié
én quiere el proyecto?)
n quiere el proyecto?)
2)
2) Objetivos
Objetivos (
(¿
¿Para qu
Para qué
é es el proyecto?
es el proyecto?)
)

4. SECTOR P
SECTOR PÚ
ÚBLICO
BLICO
* Promover la acuicultura privada (Local)
* Promover la acuicultura privada (Local)
* Incrementar la producci
* Incrementar la producció
ón (Nacional)
n (Nacional)
* Concentrar
* Concentrar infraestucturas
infraestucturas, demostrar rentabilidad
, demostrar rentabilidad
(Internacional)
(Internacional)
SECTOR PRIVADO
SECTOR PRIVADO
*
* Peque
Pequeñ
ño granjero
o granjero (familiar/individual)
(familiar/individual).
. La
La
estrategia b
estrategia bá
ásica aqu
sica aquí
í es el evitar riesgos, por lo que el
es el evitar riesgos, por lo que el
cliente:
cliente:
-
- Tender
Tenderá
á a no desarrollar todos sus recursos.
a no desarrollar todos sus recursos.
-
- Ante una posibilidad de desarrollo t
Ante una posibilidad de desarrollo té
écnico,
cnico,
preguntar
preguntará
á:
: ¿
¿Cu
Cuá
ánto me va a costar antes de obtener
nto me va a costar antes de obtener
alg
algú
ún beneficio?, y la/las respuestas determinar
n beneficio?, y la/las respuestas determinará
án las
n las
decisiones.
decisiones.

5. *
* Compa
Compañí
ñía grande
a grande Ej.: Alguien con propiedades. En
Ej.: Alguien con propiedades. En
estos casos es m
estos casos es má
ás factible la innovaci
s factible la innovació
ón tecnol
n tecnoló
ógica.
gica.
Este tipo de clientes es capaz de asumir riesgos, mejorar
Este tipo de clientes es capaz de asumir riesgos, mejorar
o incrementar la producci
o incrementar la producció
ón, etc
n, etc.
*
* Grupos multinacionales grandes
Grupos multinacionales grandes Desarrollan proyectos
Desarrollan proyectos
a muy gran escala. Emplean criterios muy estrictos para
a muy gran escala. Emplean criterios muy estrictos para
juzgar los proyectos (objetivos, riesgos y beneficios).
juzgar los proyectos (objetivos, riesgos y beneficios).
Tambi
Tambié
én son capaces de invertir en investigaci
n son capaces de invertir en investigació
ón y
n y
desarrollo.
desarrollo.

6. Los tres aspectos mas importantes en el proceso de
Los tres aspectos mas importantes en el proceso de
dise
diseñ
ño son:
o son:
-
- Selecci
Selecció
ón de
n de especies
especies
-
- Selecci
Selecció
ón y dise
n y diseñ
ño del
o del sistema
sistema de producci
de producció
ón
n
-
- Selecci
Selecció
ón de
n de sitio
sitio
Es dif
Es difí
ícil tomar decisiones individualmente respecto a cada
cil tomar decisiones individualmente respecto a cada
uno de ellos sin considerar los otros
uno de ellos sin considerar los otros, y en cada proyecto el
, y en cada proyecto el
orden de decisiones ser
orden de decisiones será
á diferente.
diferente.
Ej.:
Ej.: SITIO
SITIO --------
-------- SISTEMA
SISTEMA ---------
--------- ESPECIE
ESPECIE
SISTEMA
SISTEMA ---
--- ESPECIE
ESPECIE ---------
--------- SITIOS
SITIOS
La combinaci
La combinació
ón apropiada de estos tres par
n apropiada de estos tres pará
ámetros
metros
ser
será
á de vital importancia para facilitar o asegurar la
de vital importancia para facilitar o asegurar la
viabilidad econ
viabilidad econó
ómica del proyecto de acuicultura.
mica del proyecto de acuicultura.

8. P
Principios
rincipios b
bá
ásicos de hidr
sicos de hidrá
áulica
ulica
Supongamos que tenemos que hacer llegar agua desde el
Supongamos que tenemos que hacer llegar agua desde el
punto
punto A
A al punto
al punto B
B:
:
A
A
L
La situaci
a situació
ón m
n má
ás simple:
s simple:
El flujo por
El flujo por gravedad
gravedad. La
. La
fuerza ser
fuerza será
á directamente
directamente
proporcional a la
proporcional a la
GRAVEDAD.
GRAVEDAD.
B
B

9. Fuerza de la gravedad
Fuerza de la gravedad
Tanque A
Tanque A
H (
H (Diferencia de altura
Diferencia de altura)
)
Tuber
Tuberí
ía
a
Fuerza gravedad
Fuerza gravedad
Tanque B
Tanque B
Flujo en tuber
Flujo en tuberí
ías
as.
. Para que el agua
Para que el agua
circule, debe haber una fuerza de
circule, debe haber una fuerza de
empuje. En los t
empuje. En los té
érminos
rminos
m
má
ás simples, esta fuerza se puede considerar como una
s simples, esta fuerza se puede considerar como una
altura de presi
altura de presió
ón o una
n o una diferencia de altura (carga)
diferencia de altura (carga): H.
: H.
En la figura superior, la diferencia de altura o carga entre los
En la figura superior, la diferencia de altura o carga entre los
tanques
tanques A y B
A y B producir
producirá
á un flujo de agua entre ambos.
un flujo de agua entre ambos.

10. En esta figura, sin embargo,
En esta figura, sin embargo, no hay
no hay
diferencia de altura (carga)
diferencia de altura (carga), y por lo
, y por lo
tanto, no habr
tanto, no habrá
á flujo.
flujo.

11. P
Pé
érdidas de altura (carga) en tuber
rdidas de altura (carga) en tuberí
ías
as.
.-
-
1)
1) El flujo en una tuber
El flujo en una tuberí
ía va a ser controlado por la
a va a ser controlado por la
resistencia de la tuber
resistencia de la tuberí
ía al flujo, directamente relacionado
a al flujo, directamente relacionado
con su di
con su diá
ámetro (
metro (A menor di
A menor diá
ámetro, mayor resistencia
metro, mayor resistencia).
).
2)
2) Este flujo estar
Este flujo estará
á tambi
tambié
én frenado por fuerzas
n frenado por fuerzas
friccionales
friccionales. Se perder
. Se perderá
á energ
energí
ía como consecuencia de
a como consecuencia de
esta
esta fricci
fricció
ón
n, que ser
, que será
á proporcional a la
proporcional a la longitud
longitud de la
de la
tuber
tuberí
ía.
a.
3)
3) As
Así
ímismo
mismo, cuando el agua se encuentra con un
, cuando el agua se encuentra con un cambio
cambio
brusco de direcci
brusco de direcció
ón
n en la tuber
en la tuberí
ía, o pasa a trav
a, o pasa a travé
és de un
s de un
repentino
repentino ensanchamiento o estrechamiento
ensanchamiento o estrechamiento de las
de las
paredes de la tuber
paredes de la tuberí
ía, el r
a, el ré
égimen de flujo ser
gimen de flujo será
á disturbado,
disturbado,
form
formá
ándose turbulencias que incrementar
ndose turbulencias que incrementará
án las fuerzas
n las fuerzas
friccionales
friccionales y, consecuentemente, p
y, consecuentemente, pé
érdidas de carga.
rdidas de carga.

12. H
H
Caudal (Q)
Caudal (Q)
E
El caudal de agua ir
l caudal de agua irá
á disminuyendo conforme m
disminuyendo conforme má
ás longitud
s longitud
de tuber
de tuberí
ía recorra el agua, debido a las fuerzas
a recorra el agua, debido a las fuerzas friccionales
friccionales
y espec
y especí
íficas de cada
ficas de cada junta o llave
junta o llave, a pesar de que la
, a pesar de que la
diferencia de altura entre todos los tanques inferiores y el
diferencia de altura entre todos los tanques inferiores y el
tanque superior sea la misma.
tanque superior sea la misma.

13. C
Cá
álculos de p
lculos de pé
érdidas de altura (carga) en tuber
rdidas de altura (carga) en tuberí
ías
as.
.-
-
Para
Para calcular la p
calcular la pé
érdida de carga (altura) a trav
rdida de carga (altura) a travé
és de una
s de una
tuber
tuberí
ía de
a de longitud
longitud y
y di
diá
ámetro
metro conocidos, y para un flujo
conocidos, y para un flujo
o
o caudal
caudal determinado,
determinado, se
se emple
emplea un gr
a un grá
áfico que expresa
fico que expresa
la
la “
“f
fó
órmula modificada de
rmula modificada de LAMONT
LAMONT-
-S3
S3”
”.
.

14. “
“gradiente hidr
gradiente hidrá
áulico
ulico”
”:
:
p
pé
érdida de carga por
rdida de carga por
metro de tuber
metro de tuberí
ía
a
D
Di
iá
ámetros
metros de tuber
de tuberí
ías
as
M
Metros
etros de p
de pé
érdida
rdida
de altura por cada
de altura por cada
1000 metros de
1000 metros de
longitud de tuber
longitud de tuberí
ía
a
Caudal
Caudal

15. Donde:
Donde: Q
Q: Flujo (caudal), en
: Flujo (caudal), en litros/segundo
litros/segundo
d
d: Di
: Diá
ámetro de la tuber
metro de la tuberí
ía, en
a, en mil
milí
ímetros
metros
h
h: Gradiente hidr
: Gradiente hidrá
áulico (p
ulico (pé
érdida de altura por
rdida de altura por
metro de tuber
metro de tuberí
ía)
a)
K, n, M
K, n, M: Constantes dependientes del sistema
: Constantes dependientes del sistema
de unidades que se emplee, y del
de unidades que se emplee, y del t
ti
ip
po de material de las
o de material de las
tuber
tuberí
ías
as
S
Sistema
istema m
mé
étrico decimal y tuber
trico decimal y tuberí
ías de PVC (Cloruro de
as de PVC (Cloruro de
poli
poli-
-vinilo)
vinilo):
: E
El valor de estas constantes es:
l valor de estas constantes es:
Q = K.
Q = K.d
dn
n.
.h
hm
m
Q = 4,5 x 10
Q = 4,5 x 10-
-4
4 x d
x d2,6935
2,6935 x h
x h0,5645
0,5645

16. NOTA
NOTA : Es
: Es ú
útil recordar para estos c
til recordar para estos cá
álculos que:
lculos que:
A =
A = B
Bx
x
Log A = x. Log B
Log A = x. Log B
Ej.: ¿Cuál será la pérdida de altura a través de una tubería
Ej.: ¿Cuál será la pérdida de altura a través de una tubería
de
de 170 m de longitud
170 m de longitud, de
, de 110 mm de
110 mm de ø
ø, en la que hay un
, en la que hay un
caudal de
caudal de 1.000 l/min
1.000 l/min.?
.?
Q =
Q = 1.000
1.000 = 16,66 l/seg.
= 16,66 l/seg.
60
log
log 16,66
16,66 = 0,5645 x log h
= 0,5645 x log h
141,81
141,81
60
16,66 = 4,5 x 10
16,66 = 4,5 x 10-
-4
4 x 110
x 1102,6935
2,6935 x h
x h0,5645
0,5645
h
h0,5645 =
0,5645 = 16,66
16,66
141,81
log 0,1176
log 0,1176 = log h
= log h
0,5645
141,81 0,5645
h = 0,0225; 170 m x 0,0225 =
h = 0,0225; 170 m x 0,0225 = 3,83 m
3,83 m

17. Ej.: ¿Qué diámetro deberá tener una tubería de
Ej.: ¿Qué diámetro deberá tener una tubería de 500 m
500 m de
de
longitud que habrá de distribuir
longitud que habrá de distribuir un caudal de
un caudal de 100 l/
100 l/min
min
de agua con una pérdida total de altura de
de agua con una pérdida total de altura de 5 m
5 m?
?
h =
h = 5
5 = 0,01
= 0,01
500
500
100
100 = 4,5 x 10
= 4,5 x 10-
-4
4 x d
x d2,6935
2,6935 x 0,01
x 0,010,5645
0,5645
60
60
d = 55,49 mm
d = 55,49 mm

18. C
Cá
álculo de p
lculo de pé
érdidas de carga en juntas y llaves
rdidas de carga en juntas y llaves.
.-
-
El m
El mé
étodo m
todo má
ás simple es calcularlo mediante el
s simple es calcularlo mediante el
uso de gr
uso de grá
áficas como el de la figura, que transforman
ficas como el de la figura, que transforman
los datos de di
los datos de diá
ámetro y tipo de llave o junta, en
metro y tipo de llave o junta, en
longitud equivalente de una tuber
longitud equivalente de una tuberí
ía recta.
a recta.
Diámetro
Tipo de
Junta/llave
Longitud
equivalente

19. Otro m
Otro mé
étodo es el empleo del llamado
todo es el empleo del llamado “
“FACTOR DE
FACTOR DE
P
PÉ
ÉRDIDA DE ALTURA MENOR
RDIDA DE ALTURA MENOR”
”:
:
H = K (V
H = K (V2
2 / 2g)
/ 2g)
Donde:
Donde: H:
H: P
Pé
érdida de altura (
rdida de altura (m
m)
)
V:
V: Velocidad del agua = Q/A (
Velocidad del agua = Q/A (m/
m/seg
seg)
)
A:
A: Secci
Secció
ón de la tuber
n de la tuberí
ía =
a = Π
Π r
r2
2/2 (m
/2 (m2
2)
)
Q:
Q: Flujo (
Flujo (m
m3
3/
/seg
seg)
)
g:
g: Aceleraci
Aceleració
ón de la gravedad =
n de la gravedad = 9,81 m/
9,81 m/seg
seg
K:
K: Constante propia de cada junta o llave
Constante propia de cada junta o llave
Valor de K
Valor de K
Tipo de junta
Tipo de junta (generalmente, valor = 1)
(generalmente, valor = 1)
V
Vá
álvula de bola (abierta)
lvula de bola (abierta) 10,0
10,0
Codo est
Codo está
ándar
ndar 0,9
0,9
Codo
Codo grande
grande 0,6
0,6
T est
T está
ándar
ndar 1,8
1,8

20. Ej.: ¿Cuál será la
Ej.: ¿Cuál será la velocidad
velocidad del agua en una tubería de
del agua en una tubería de
75 mm de diámetro
75 mm de diámetro que deberá distribuir un caudal de
que deberá distribuir un caudal de
agua de
agua de 2 m
2 m3
3 /
/min
min?
?
A
A =
= Π
Π r
r2
2/2 (m
/2 (m2
2)
)
V
V =
= Q/A
Q/A (m/
(m/seg
seg)
) =
= 2 / 60
2 / 60 =
= 75 m.
75 m.seg
seg-
-1
1
(
(0,075
0,075)
)2
2 .
. Π
Π
2
2

21. Flujo en canales abiertos
Flujo en canales abiertos.
.-
-
U
Usados
sados frecuentemente para la distribuci
frecuentemente para la distribució
ón de agua en
n de agua en
sistemas de acuicultura al aire libre, particularmente
sistemas de acuicultura al aire libre, particularmente
estanques
estanques.
.
El flujo en estos canales depender
El flujo en estos canales dependerá
á de la
de la secci
secció
ón
n
transversal
transversal y de la
y de la pendiente del canal
pendiente del canal. Igual que en el
. Igual que en el
caso de las tuber
caso de las tuberí
ías, habr
as, habrá
á una
una p
pé
érdida de energ
rdida de energí
ía
a debido
debido
a
a fricciones
fricciones con las paredes del canal.
con las paredes del canal.

22. La ecuaci
La ecuació
ón m
n má
ás empleada es la f
s empleada es la fó
órmula de
rmula de MANNING:
MANNING:
Q = 1/n . A . R
Q = 1/n . A . RH
H
2/3
2/3 . S
. S1/2
1/2
Donde:
Donde: Q =
Q = Flujo
Flujo (m
(m3
3/
/seg
seg)
)
A =
A = Secci
Secció
ón transversal del canal
n transversal del canal (m
(m2
2)
)
R
RH
H =
= Radio hidr
Radio hidrá
áulico
ulico =
= á
área / per
rea / perí
ímetro
metro
h
hú
úmedo
medo
S =
S = Pendiente
Pendiente = h / l
= h / l
n
n =
= N
Nú
úmero de
mero de Manning
Manning
A =
A = (
(B+b
B+b) x h
) x h
2
2
Per
Perí
ímetro h
metro hú
úmedo =
medo = B + 2A
B + 2A
A
A
B
B
S = h / l
S = h / l
h
h
l
l
B
B
h
h
b
b

23. Dependiendo del material, el
Dependiendo del material, el N
Nú
úmero de
mero de Manning
Manning tendr
tendrá
á
diferentes valores. Ej.:
diferentes valores. Ej.:
Material
Material n
n 1/n
1/n_____
_____
Gravilla uniforme
Gravilla uniforme 0,029
0,029 34,4827
34,4827
Tierra limpia
Tierra limpia 0,025
0,025 40,0
40,0
Cemento liso
Cemento liso 0,012
0,012 83,33
83,33
C
Canales con secci
anales con secció
ón rectangular
n rectangular:
: F
Fó
órmula
rmula de
de Manning
Manning,
, con
con
las siguientes variaciones en los c
las siguientes variaciones en los cá
álculos:
lculos:
A = W x D
A = W x D
R
RH
H =
= W x D
W x D
W + 2D
D
D
W + 2D
W
W

24. En
En canales abiertos
canales abiertos, una
, una
velocidad del
velocidad del a
agua
gua
demasiado baja, provoca
demasiado baja, provoca
sedimentaci
sedimentació
ón
n, mientras
, mientras
que velocidades
que velocidades
demasiado altas provoca
demasiado altas provoca
la
la erosi
erosió
ón
n de las paredes
de las paredes
de los canales
de los canales.
.

25. Referencias bibliogr
Referencias bibliográ
áficas
ficas
Boyd, C., 1990.
Boyd, C., 1990. “
“Water Quality in Ponds for Aquaculture
Water Quality in Ponds for Aquaculture”
”. Alabama
. Alabama
Agricultural Experiment Station, Auburn University, AL, 482 pp.
Agricultural Experiment Station, Auburn University, AL, 482 pp.
Huguenin
Huguenin, J. and Colt, J., 1989
, J. and Colt, J., 1989.
. “
“Design and operating guide for
Design and operating guide for
aquaculture seawater systems
aquaculture seawater systems”
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Elsevier Science, 264p.
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Lawson, T., 1995
Lawson, T., 1995.
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Fundamentals of Aquacultural
Aquacultural Engineering
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Chapman & Hall, NY, 355p.
Chapman & Hall, NY, 355p.
Timmons, M. and
Timmons, M. and Losordo
Losordo, T., 1994
, T., 1994.
. “
“Aquaculture Water Reuse
Aquaculture Water Reuse
Systems: Engineering Design and Management
Systems: Engineering Design and Management”
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. Elsevier
Elsevier Science,
Science,
346p.
346p.
Timmons, M.,
Timmons, M., Ebeling
Ebeling, J., Wheaton, F.,
, J., Wheaton, F., Summefelt
Summefelt, S. and Vinci, B.,
, S. and Vinci, B.,
2002.
2002. “
“Recirculating
Recirculating Aquaculture Systems, 2
Aquaculture Systems, 2nd
nd
Edition
Edition”
”. NRAC
. NRAC
publication No.01
publication No.01-
-002,
002, Cayuga
Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY, 769p.
Aqua Ventures, Ithaca, NY, 769p.
Wheaton
Wheaton, F., 1977
, F., 1977.
. “
“Aquacultural
Aquacultural Engineering
Engineering”
”. Robert E.
. Robert E. Krieger
Krieger
Publishing Co.,
Publishing Co., Malabar
Malabar, FL, 708p.
, FL, 708p.