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Ejercicios y Talleres

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Hidráulica I y Laboratorio

Taller No. 2

Para los siguientes problemas, los diámetros nominales comerciales de las tuberías se pueden suponer como los diámetros reales. La base de diámetros es: 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 y 720 mm. A no ser que se especifiqué un fluido diferente, se debe trabajar con agua a 15ºC, con las siguientes características: ρ = 999,10 kg/m3, µ = 1,14 x 10^-3 Pa.s, ν = 1,141 x 10 ^-6 m2/s

Tuberías Simples

1. Una tubería de acero de XX cm de diámetro y rugosidad absoluta de 0,3 mm conectaun tanque elevado con una piscina. El tanque produce una altura de 22 m por encimade la piscina, en donde el flujo sale como chorro libre, es decir, a presión atmosférica.La longitud total de la tubería es de 200 m y tiene un coeficiente global de perdidasmenores de 10,6. Calcule el caudal de agua que fluye por la tubería. (El valor de XXes los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

2. El sistema de toma de un acueducto municipal incluye una estación de bombeo queenvía el agua hacia un tanque desarenador localizado en la cima de una colina. Elcaudal demandado por la población es de 5XX l/s, el cual es bombeado a través deuna tubería de acero de 450 mm (ks = 0,046mm). La tubería tiene una longitud totalde 500 m y un coeficiente global de perdidas menores de 9,4. Calcule la potenciarequerida en la bomba si su eficiencia es del 75%. (El valor de XX es los dosúltimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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3. De acuerdo con el diseño agronómico de un sistema de riego localizado de altafrecuencia, para un cultivo de mango es necesario transportar un caudal de 1XX l/sentre la bocatoma, sobre una quebrada cercana a la finca, y la estación defertirrigación. Con el fin de que el agua sea movida por gravedad, la bocatoma selocaliza 1000 m aguas arriba de la estación generándose de esta forma una diferenciade niveles de 25,2 m entre estos dos puntos. ¿Qué diámetros en PVC se requiere? Larugosidad absoluta es: 0.0015 mm, respectivamente. La viscosidad cinemática delagua es 1,14 x 10-6 m2/s. El coeficiente global de pérdidas menores es 15,9. (El valorde XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

Tuberías en Serie

4. Una bomba transmite una altura total de XX m al flujo de agua en una serie de trestuberías, tal como se muestra en la figura. Las tres tuberías están elaborados enPVC (ks = 1,5x 10^-6 ). ¿Cuál es el caudal que llega al tanque ubicado aguas abajo?(El valor de XX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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5. Calcule la altura H del tanque mostrado en la figura teniendo en cuenta que el caudalque debe llegar a la piscina es de XX l/s. El material de las tuberías es hierrogalvanizado, (ks = 0,15mm). (El valor de XX es los dos últimos dígitos de sucódigo, si es 00 escoja 10)

6. En una planta de tratamiento de agua potable es necesario repartir el agua cruda atres tanques floculadores, tal como se muestra en la figura. Calcule el diámetro decasa una de las tuberías si su material es PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm).

Tuberías en Paralelo

7. Calcule el caudal total que fluye por el sistema en paralelo mostrado en la figura. Lapresión en el nodo de entrada es de 4XX kPa y en el nodo de salida es de 100 kPa,ambas manométricas. Las tuberías son en PVC. (ks = 1,5 x 10^-6mm). (El valor deXX es los dos últimos dígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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8. En la red matriz del sistema de distribución de agua potable del sistema de agua dePereira, se tiene el sistema paralelo mostrado en la figura. El caudal total que debepasar por éste es de 3XX l/s y la presión en el nodo inicial es de 243 kPa. El materialde ambas tuberías es en PVC. ¿Cuál es la presión en el nodo final? ¿Cuáles son loscaudales por cada tubería? (El valor de XX es los dos últimos dígitos de sucódigo, si es 00 escoja 10)

9. En el subsistema de distribución de agua potable de Pereira, que parte del tanqueMatecaña, se tiene una tubería con las características mostradas en la figura. Elcaudal máximo que puede fluir por esta tubería es de 200 l/s. La presión en el nodo deentrada equivale a 35,3 m de agua y la del nodo final es de 27,6 m de agua. Si sequieres que el caudal aumente a 4XX l/s ¿Cual deberá ser el diámetro de la nuevatubería si su longitud y coeficiente de perdidas menores son iguales a los de la tuberíaoriginal y el material es PVC. ¿Cuáles son los caudales finales en cada uno de lastuberías? ¿Cuál es la altura final en el nodo 2? (El valor de XX es los dos últimosdígitos de su código, si es 00 escoja 10)

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Redes Abiertas

10. Calcule los caudales de llegada a los cuatro embalses mostrados en la figura. Todaslas tuberías son de PVC (ks = 0,0015mm). Las longitudes, los diámetros y loscoeficientes globales de perdidas menores son los mostrados en la figura.

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11. Diseñe la red abierta mostrada en la figura, teniendo en cuenta que el material detodas las tuberías es PVC (ks = 0,0015mm). En la figura se indican las longitudes y loscoeficientes globales de perdidas menores de casa una de las tuberías, al igual quelos caudales demandados en cada uno de los embalses.

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12. REDES CERRADAS

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Qué debe entregar?

Deberá entregar las tres simulaciones, demostrando los resultados obtenidos en las diferentes iteraciones e indicando en una tabla final los caudales resultantes en las líneas y presiones en los nodos. (Ojo: El proceso iterativo debe suspenderse una vez se superen las tolerancias indicadas)-Adicionalmente deberá entregar una tabla comparativa indicando el número de iteraciones requeridas en cada método, las ventajas y desventajas que ha encontrado para cada método en comparación con los otros.

Problema 2:

Para la Red mallada del problema anterior, ejecutar la simulación hidráulica en periodo estático usando el paquete gratuito EPANET 2.0.

EPANET es un programa de ordenador, desarrollado por la U.S. EPA, que realiza simulaciones en período extendido (o cuasiestático) del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de tuberías a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses. EPANET permite seguir la evolución del flujo del agua en las tuberías, de la presión en los nudos de demanda, del nivel del agua en los depósitos, y de la concentración de cualquier sustancia a través del sistema de distribución durante un período prolongado de simulación. Además de las concentraciones, permite también determinar los tiempos de permanencia del agua en la red y su procedencia desde los distintos puntos de alimentación. El archivo

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ejecutable de instalación de EPANET 2.0 así como el manual de usuario, lo puedes descargar en la página Web de la U.S. Environmental Protection Agency – EPA: http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html

Qué debe entregar? - Dado que el método del Gradiente Conjugado es el algoritmo usado mayoritariamentepor los programas comerciales (WaterCAD, H2OMap, EPANET, InfoWorks, etc),investigue acerca del planteamiento teórico que utiliza este método para la solución delproblema numérico.

Plasme sintéticamente los pasos o metodología que plantea el método del gradiente describiendo en pasos el proceso iterativo. Lo anterior puede investigarlo en los manuales de los programas de software o en distintas fuentes bibliográficas.

- Para el Modelo Hidráulico habiendo dibujado, configurado y simulado la Red; deberáentregar el archivo .INP (con los datos de entrada de su modelo) así como los valoresgenerados en los reportes tabulares para Nodos (Nodes) y Líneas (Links) con los valoresde presión y caudal respectivamente.

- Enumere 5 características que encuentre en el trabajo de modelación bajo EPANET, quele parezcan altamente ventajosas en términos de su trabajo y en comparación con losmétodos manuales de resolución usados en el Problema 1.

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