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TUBERIAS PARA INSTALACIONES HIDRAULICAS
Las instalaciones de agua potable, fría y caliente,
precisan de materiales muy resistentes al impacto y a
la vibración, entre los cuales se encuentran el P.V.C.,
hierro fundido y el Hierro galvanizado, entre otros.
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TUBERIA DE ACERO GALVANIZADO
La tubería de fierro galvanizado, no es mas que una placa de
acero negro pero con el proceso de galvanizado en sus dos
vistas, El tubo galvanizado se cubre con un material de zinc para
hacer que el tubo de acero sea más resistente a la corrosión.
Existen con costura y sin costura y se utiliza para transportar
agua potable, gases, aceites o vapores a alta y baja presión.
El uso de acero galvanizado en las instalaciones hidráulicas es,
fundamentalmente, en tuberías exteriores. Esto es por la alta
resistencia a la intemperie, a los golpes, rotura, aplastamiento,
proporcionada por su propia estructura interna y por las gruesas
paredes de los tubos y conexiones hechas con este material.
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TUBERIA DE ACERO GALVANIZADO
para las redes de agua potable se utilizan diámetros desde 1
½” hasta 4” pulgadas tiene una longitud de 6.40 m y existen
lisas en sus extremos que se une por medio de soldadura o con
cuerda para unirse por medio de coples que es lo mas común.
Esta tubería se le divide por cedulas algunas son cedula 40
para bajas presiones (10.5 Kg/cm2) y cedula 80 para altas
presiones (21.2 Kg/cm2 ),
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TUBERIA DE ACERO GALVANIZADO
DESVENTAJAS:
• El zinc del tubo galvanizado se va desprendiendo con el
tiempo, obstruyendo la tubería. La descamación puede hacer
que el tubo estalle. La utilización del tubo galvanizado para
transportar gas puede crear un peligro.
• A diferencia del PVC es de un peso y costo considerado.
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APLICACIÓN DE LA TUBERÍA GALVANIZADA CÉDULA 40
• Para servicio de agua caliente y fría en instalaciones de
construcciones.
• Dada su característica de alta resistencia a los esfuerzos
mecánicos, se puede utilizar para instalaciones a la
intemperie.
• En algunos sistemas de riego o suministro de agua potable en
donde es necesario que por razones de su aplicación esté en
contacto directo y en forma continua con el agua y la
humedad. En estas aplicaciones es necesario que se proteja
la tubería con un buen impermeabilizante.
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TUBERIA DE ACERO GALVANIZADO
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TUBERÍA DE HIERRO FUNDIDO
Su aplicación en las instalaciones sanitarias es muy extensa,
ya que posee las siguientes características:
VENTAJAS
•La rigidez de este material, le da una alta resistencia a la
instalación contra golpes.
• No se ve afectada, ni su estructura interna ni su
composición química, cuando es sometido a temperaturas
someramente altas.
• Su acoplamiento es perfecto, ya sea por uniones espiga
campana o con juntas de neopreno y abrazaderas de acero
inoxidable.
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TUBERÍA DE HIERRO FUNDIDO
DESVENTAJAS
• Su alto costo (comparado con el del P.V.C), lo hace,
en muchos de los casos, antieconómico.
• El peso por metro lineal de estas tuberías es alto, y
esto se puede reflejar en robustos soportes si la
instalación fuera aérea.
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TUBERÍA DE P.V.C. POLICLORURO DE VINILO)
El policroruro de vinilo (PVC) es un material plástico sintético,
clasificado dentro de los termoplásticos, materiales que arriba de
cierta temperatura se
convierten en una masa moldeable, a la que se puede dar la forma
deseada, y por debajo de esa temperatura se convierten en sólidos.
Es utilizado en el interior de las viviendas y/o edificaciones, ideales
para la conducción de agua potable, agua caliente (C.P.V.C.),
drenaje pluvial, drenaje sanitario y energía. Para instalaciones
domiciliarias, existen tuberías con un diámetro de ½” hasta 4”.
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TUBERÍA DE P.V.C.
Debido a sus propiedades de material de construcción de
alta calidad, durabilidad y facilidad de instalación, el P.V.C. es el
material mas usado en instalaciones hidráulicas, el cual pesa la
mitad de lo que pesa el aluminio y un sexto de lo que pesa el acero,
por lo tanto es fácil de instalar y manipular y no requiere soporte
estructural pesado, es fácilmente maniobrable por equipo liviano y
requiere menos personal para su instalación.
A pesar de su liviano peso, el P.V.C. ofrece alta resistencia a la
tensión y al impacto.
Probablemente una de las ventajas mayores del P.V.C. es su alta
resistencia a la corrosión y a los químicos. El P.V.C. no se corroe, lo
que elimina la necesidad de Mantenimiento y le da larga vida.
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TUBERÍA DE P.V.C.
El P.V.C. resiste el ataque por ácidos, soluciones de sal, alcoholes,
álcalis y otros muchos químicos. Es también
químicamente inerte, lo que elimina la posibilidad de que actúe
como catalizador, promoviendo cambios en procesos químicos
como decoloración, floculación, manteniendo de la integridad del
fluido.
El P.V.C. no genera ni produce chispa, ni está sujeto a ninguna
acción de galvanizado o electrolítica, ya sea por sí mismo o en la
presencia de metales. Esta propiedad hace al P.V.C. un aislante
perfecto.
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TUBERÍA DE P.V.C.
Debido al extraordinario acabado de su superficie interior (paredes
lisas), hay prácticamente muy baja pérdida de carga. La resistencia
al flujo es aproximadamente 30% menos que la del hierro fundido
nuevo, en los mismos tamaños. Debido a que no existe corrosión ni
se forman escamas que reduzcan el diámetro interno, la eficiencia
se mantiene en altos niveles.
La vida real práctica del P.V.C. todavía es desconocida, pero
innumerables ensayos han indicado que hay muy poca o ninguna
degradación física a lo largo del tiempo, reteniendo sus
propiedades originales, siempre que
se encuentre debidamente protegido. Existen estabilizadores
especiales que permiten el uso de este producto expuesto a la
intemperie.
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VENTAJAS
• Ligereza: el peso de un tubo de P.V.C es aproximadamente la
mitad del peso de un tubo de aluminio, y alrededor de la quinta
parte del peso de un tubo de hierro galvanizado de las mismas
dimensiones.
• Flexibilidad: su mayor elasticidad con respecto a las tuberías
tradicionales, representa una mayor flexibilidad, lo cual permite
un comportamiento mejor frente a éstas.
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VENTAJAS
• Paredes Lisas: con respecto a las tuberías tradicionales, esta
característica representa un mayor caudal transportable a igual
diámetro, debido a su bajo coeficiente de fricción; además, la
sección de paso se mantiene constante a través del tiempo, ya
que la lisura de su pared no propicia incrustaciones ni
tuberculizaciones.
• Resistencia a la corrosión: las tuberías de P.V.C son inmunes a
los tipos de corrosión que normalmente afectan a los sistemas
de tuberías.
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DESVENTAJAS
•
La resistencia al impacto del P.V.C se reduce
sensiblemente a temperaturas inferiores a 0
o
C.
• Las propiedades mecánicas de la tubería se afectan
cuando se expone por períodos prolongados de
tiempo a los rayos del sol.
• El P.V.C puede sufrir raspaduras durante su
manipulación para el trabajo.
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CLASES DE TUBERÍA
Las clases de tubería a seleccionarse estarán
definidas por las máximas presiones queocurran en la línea representada por la líneade carga estática.
Para la selección se debe considerar una tubería que resista la presión mas elevadaque pueda producirse, ya que la presión
máxima no ocurre bajo condiciones deoperación, sino cuando se presenta la presiónestática, al cerrar la válvula de control en la
tubería.
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CLASES DE TUBERÍA PVC
Los tubos de agua fría, comercialmente se fabrican de
cuatro clases:
15 (presión= 200 libras/pulg2),
10 (presión= 150 lbs/pulg2),
7.5 (presión= 105 lbs/pulg2) y
5 (presión= 75 lbs/pulg2)
La Norma Técnica Peruana exige que para los
diámetros de 1/2 y 1 los tubos deben ser en
CLASE 10.
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CLASES DE TUBERÍA PVC
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PRESIONES MAXIMAS DE TRABAJO PARA DIFERENTES CLASES DE TUBERIAS PVC
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CLASES DE TUBERÍA
Cuando las presiones sean mayores a las que
soporta la tubería PVC, cuando la naturalezadel terreno haga antieconómica la excavación
y donde sea necesaria la construcción deacueductos, se recomienda utilizar tubería de
fierro galvanizado.
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UNIÓN ESPIGA-CAMPANA O SIMPLE PRESIÓN
odos los tubos se fabrican con sistema de empalme espiga -
campana (EC) ó simple presión (SP)
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UNIÓN ESPIGA-CAMPANA O SIMPLE PRESION
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ACCESORIOS AGUA A PRESIÓN
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UNIÓN ROSCADA
Las tuberías en medidas desde 1/2 hasta 2 para una
presión de trabajo de 10 bares (145 psi), viene roscadas.
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CARACTERISTICAS TUB. UNION ROSCADA
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ACCESORIOS UNIÓN ROSCADA
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VÁLVULAS Y ACCESORIOSLa elección de las válvulas se realizará, de acuerdo con la
función que desempeñan y las condiciones extremas de funcionamiento (presión y temperatura).
Las piezas de empalme, derivación y demás accesorios serándel mismo material que los tubos (PVC), o depolipropileno aptas para soportar una presión igual omayor que las de las tuberías. Según los casos se podránusar accesorios para roscar, soldar o pegar.
Las válvulas podrán ser de bronce, los accesorios de PVC yde F°G°. En la instalación se deben utilizar niples dediferentes dimensiones a fin de garantizar un buenacoplamiento.
Para todo caso, las válvulas deben ser de fácil desmontaje y totalmente herméticas.
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VÁLVULAS
Una válvula es un elemento instalado en los
sistemas de tuberías para controlar el flujo de
un fluido dentro de tal sistema, en una o más
de las formas siguientes:
1. Para permitir el paso del flujo.
2. Para no permitir el paso del flujo.
3. Para controlar el flujo.
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VÁLVULA DE COMPUERTA
Son válvulas en la que existe una compuerta que se
desliza verticalmente obstruyendo el paso del fluido.
Las válvulas de compuerta son de las más usadas en
las instalaciones hidráulicas. No se utilizan para
regular flujo sino para aislarlo, o sea, abiertas o
cerradas totalmente.
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VÁLVULA DE GLOBO
El mecanismo de esta válvula consiste en un disco,
accionado por un tornillo, que se empuja hacia abajo
contra un asiento circular. Estas válvulas sí se utilizan
para regular o controlar el flujo de una tubería,
aunque producen pérdidas de carga muy altas.
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VÁLVULA DE RETENCION CHECK) Y DE DESAHOGO ALIVIO)
Son válvulas de accionamiento automático,
funcionan sin controles externos y dependen para
su funcionamiento de sentido de circulación o de
las presiones en el sistema de tubería.
Como ambos tipos se utilizan en combinación con
válvulas de control de circulación, la selección de
la válvula, con frecuencia, se hace sobre la base
de las condiciones para seleccionar la válvula de
control de circulación.
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VÁLVULA CHECK
Las válvulas de retención,
también llamadas check y
de no retorno, tienen el
fin de evitar la descarga
del agua en dirección a la
bomba, esto evita daños
por la rotación inversa de
la bomba, además de
impedir el vaciado de la
tubería permitiendo que la
puesta en marcha del
sistema sea más rápida y
segura.
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VÁLVULA DE AIRE
Las válvulas de aire o
ventosas, tienen la
finalidad de extraer el aire
que puede disminuir
considerablemente el
caudal cuando se producen
bolsas de aire, también
permiten la entrada de aire
cuando se crean presiones
de vacío, como ocurre con
la parada repentina de una
bomba o cuando se cierra
una válvula.
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VÁLVULA DE ALIVIO
Las válvulas de alivio también llamadas de seguridad, tienen
la función de abrir el sistema a la atmósfera cuando la
presión supera ciertos límites preestablecidos, reduciendo
de esta forma las sobrepresiones subsiguiente.
En la figura se puede apreciar una válvula de alivio. Éstas
son de gran utilidad ya que protegen las tuberías y
equipos de la red de una operación anormal del sistema o
una avería.
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HIDROSTATICA
El sistema esta enequilibrio estático
y las presionesque se miden soniguales encualquier punto.
Es decir, que si encualquier punto
del sistemainsertamos un tubo piezómetro,la columna deagua queascendería por
dicho tubo seelevaría hasta justamente lalínea de cargaestática delsistema.
PA= 10 m c a ó 1 kg/cm2
suponiendo que el tanque se rellena a lamisma velocidad a la que va perdiendoel agua, de tal manera que el nivel de la
superficie permanezca constante
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HIDRODINÁMICA
Se abre la
válvula
Los niveles deagua en cada
tubo disminuyenun poco, formando unanueva línea(piezometrica).Para un flujo
constante, lalínea formadapor las columnasde agua tendráque permanecerestable, entonces
el sistema estáen equilibriodinámico.
suponiendo que el tanque se rellena a lamisma velocidad a la que va perdiendo
el agua, de tal manera que el nivel de lasuperficie permanezca constante
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L.G.H
La LGH representa el perfil hidráulico del sistema,específicamente cuando ambas tomas (inicio y fin) estánabiertas. Naturalmente, habrá un perfil diferente sisolamente la toma No. 1 esta abierta, o si solamente la tomaNo. 2 esta abierta, o si ambas tomas están cerradas (esdecir, el perfil estático).
Normalmente no es necesario calcular los perfiles LGH paralas distintas combinaciones de llaves abiertas o cerradas enun sistema. La LGH solamente deberá ser trazada para losdos extremos: todas las tomas abiertas y todas las tomas
cerradas.Esto permite al diseñador determinar fácilmente cualesson los puntos de presión alta y baja en el sistema , para-poder así asegurarse de que estén dentro de los limites,permisibles.
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HIDRODINÁMICA
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L.G.H
La LGH representa los nuevos niveles de energía en cadapunto a lo largo de la tubería.
Para cualquier flujo constante a través del tubo hay una LGHconstante, especifica.
La distancia vertical desde un punto de la tubería hasta laLGH es su medida de carga de presión (es decir, energía), yla diferencia entre la LGH y el nivel estático, es la cantidadde perdida de carga por fricción del flujo.
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L.G.H
Conforme el agua fluye a través de las tuberías,acoplamientos, tanques, etc., hay una cierta cantidad deenergía que se pierde para siempre, disipada por fricción.Según cambie el perfil topográfico del sistema, habrá ciertospuntos en que la cantidad de energía será mínima (ej. presiónbaja), mientras que en otros puntos puede haber una
cantidad excesiva de energía (ej. presión alta).
Un sistema deficientemente diseñado o construido noconservara la cantidad de energía suficiente para mover la
cantidad necesaria de agua a través de las tuberías.
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PRESION RESIDUAL: EXCESO DE ENERGIA
Presión residual es la cantidad da energía remanente en elsistema en el momento en que el caudal deseado alcanza supunto de descarga.
Representa el exceso de energía gravitacional. Si se instalauna válvula de control en el punto de descarga, se disipara la
presión residual (para este fin hay que usar una válvula deglobo, no una válvula de compuerta).
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PRESION RESIDUAL: EXCESO DE ENERGIA
Cuando trazamos la línea de gradiente hidráulica para uncaudal que se descarga libremente a la atmósfera, se buscaque la presión residual sea positiva.
La existencia de presión residual positiva garantiza que existe
un exceso de energía gravitacional lo que nos indica queexiste energía suficiente para mover el flujo , la existencia depresión residual negativa implica que la cantidad deseada deagua no fluirá, se debe recalcular la línea en diseño, usando
un menor caudal y/o un diámetro de tubo mas grande.
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PRESION RESIDUAL POSITIVA
RESION RESIDUAL NEGATI A
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PRESION RESIDUAL NEGATIVA
Recalcular la línea en diseño, usando unmenor caudal y/o un diámetro de tubomas grande.
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CAUDAL NATURAL
Cuando la presión residual de una tubería que descarga
libremente en la atmosfera es cero , es porque el caudalmáximo se esta moviendo a través del tubo.
Este es el c ud l n tur l del tubo, y es el caudal máximoabsoluto que se puede mover por gravedad.
El caudal natural del tubo se puede controlar seleccionandoel diámetro del tubo.
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DISEÑO DE TUBERIAS
Por consiguiente, la finalidad de diseñar las tuberías,
es para manipular de manera correcta las perdidas
de energía por fricción de manera de poder
desplazar a través del sistema, el flujo deseado;
conservando la energía en determinados puntos y
disipándola (por fricción) en otros.
Esto se consigue con una cuidadosa selección de los
diferentes tamaños de tubos y la ubicación
estratégica de las válvulas de control, tanques
interruptores de presión, reservorios, Líneas de
conexión, etc.
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PERDIDA DE CARGA
La perdida de carga es la perdida de energía necesariapara vencer las resistencias que se oponen al movimiento
del fluido de un lugar a otro dentro de la tubería. Laspérdidas de carga pueden ser lineales o de fricción osingulares o locales , las primeras son ocasionadas por lasfuerzas de rozamiento en la superficie de contacto entre
el fluido y la tubería; y las siguientes son producidas porlas deformaciones de flujo, cambio en sus movimientosy velocidad, como son cambios de sección, existencia deválvulas, grifos, codos y demás accesorios.
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FORMULAS EMPIRICAS
Para resolver los problemas corrientes de flujos
en conductos cerrados se dispone de varias
formulas empíricas. Entre las cuales podemos
mencionar las siguientes considerando que el
diámetro del tubo se selecciona en razón de la
perdida de carga por fricción.
ECUACIÓN DE DARCY WEISBACH
ECUACIÓN DE HAZEN WILLIAMS
ECUACIÓN DE MANNING:
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PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION
DARCY WEISBACH
La ecuación de Darcy es válida tanto para flujo laminar como turbulento
de cualquier líquido en una tubería. Sin embargo, puede suceder que
debido a velocidades extremas la presión corriente abajo disminuya de
tal manera que llegue a igualar la presión de vapor del líquido,
apareciendo el fenómeno conocido como cavitación y los caudales
obtenidos por cálculo serán inexactos (Se obtienen valores
sobredimensionados).
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PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION
HAZEN & WILLIAMS
Una de las mas usadas en conductos a presión, es la de Hazen y Williams. Esta formula es valida únicamente para tuberías de flujo turbulento, con comportamiento hidráulico rugoso y con diámetrosmayores a 2 pulg.
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PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION
MANNING
Usado en para dar solución a problemas de flujos en conductos cerrados
(tuberías) y canales abiertos, esta es considerada exacta para tuberías de 1
metro de diámetro, siendo muy fiable para la gama de diámetros comprendidos
entre 0.40 y 1.30 m.
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OTRAS FORMULAS
Las Normas del Ministerio de Salud, para el calculohidráulico recomiendan el empleo de la formula de Fair-Whipple para diámetros menores a 2 pulg.; sin embargo sepuede utilizar la formula de Hazen y Williams, con cuyaecuación los fabricantes de nuestro país elaboran sus
nomogramas en los que incluyen diámetros menores a 2pulg.
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ECUACION DE FAIR-WHIPPLE
Para una tubería donde el valor de (Coef. De Hazem y W.para tub. PVC) C=140, el caudal, la perdida de cargaunitaria y el diámetro quedan definidos como:
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ECUACION DE FAIR-WHIPPLE
PERDIDA DE CARGA POR TRAMO
La perdida de carga por tramo (Hf) se define como:
Para determinar la perdida de carga por tramo es necesarioconocer los valores de carga disponible, el gasto de diseño yla longitud del tramo de tubería. Con dicha información ycon el uso de nomogramas o la aplicación de formulas sedetermina el diámetro de tubería. En caso de que el diámetro
calculado se encuentre entre los rangos de dos diámetroscomerciales se selecciona el rango superior o se desarrolla lacombinación de tuberías. Con el diámetro o los diámetrosseleccionados se calculan las perdidas de carga unitaria para
finalmente estimar la perdida de carga por tramo.
Monograma para la formula de Hazen y Williams (para tuberia con C = 140)
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DIÁMETROS MÍNIMOS
En la selección del diámetro de la tubería, deben
analizarse las presiones disponibles, las velocidadesde escurrimiento y las longitudes de tubería.
En líneas de conducción si el sistema es porgravedad el diámetro está completamente definido,si está alimentada por bomba, la elección estarábasada en un estudio técnico económico.
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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
1. Mencione las principales características las tuberías
HDPE, ventajas y desventajas, diámetros
comerciales, etc. Pegue una figura de esta tubería en
su cuaderno.
2. Deducir la formula para perdida de carga por fricción
de Hazen & Williams