6.1tuberias y accesorios.pdf

8/18/2019 6.1TUBERIAS Y ACCESORIOS.pdf

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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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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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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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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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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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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

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