METODOS PARA EL CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS DE UN SISTEMA DE RIEGO

1. Información del Proyecto de Aula

1. Título del Proyecto

METODOS PARA EL CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS DE UN SISTEMA DE RIEGO

1. Facultad

Ingeniería

1. Programa

Programa, Ingeniería Ambiental

1. Asignatura

Mecánica de fluidos

1. Código

1. Periodo Académico

2017-2

1. Docente Responsable

Frannklin Navarro Sánchez

1. Numero de Estudiantes

1. Grupo de Investigación

GRUPO

1. PIN

PIN Riesgo y adaptación al cambio climático

1. Tipo de Proyecto

Investigación

x

Innovación

Extensión

Emprendimiento

1. Código del proyecto1 

1. Identificación del Personal

1. Identificación de los Docentes2

Nombre

Función

HTA/S

No. Estudiantes

Teléfono

Frannklin Navarro

Docente Líder

3

N/N

1. Identificación de los Estudiantes2

Nombre

No. Identificación

Programa Académico

HTA/S

Ana Martínez Cera

1.140.871.903

Ing. Ambiental

Arnold Rada

Ing. Ambiental

Jesús Torres

Ing. Ambiental

Luis Gonzales

1.122.409.799

Ing. Ambiental

1. Memoria del Proyecto

1. Resumen del Proyecto

El objeto de este trabajo es el estudio de metodologías para el cálculo perdidas de carga en tuberías de sistema de riego debido a la inserción de accesorios. Este dato es fundamental para diseñar correctamente una red de riego. La aplicación de un sistema de riego optimiza el tiempo de trabajo por parte de las personas encargadas de la distribución del agua, como de la mejor relación de agua–planta, donde se buscara la menor perdida posible del líquido haciendo que la cantidad sea justamente necesaria. Siendo el cálculo del coeficiente de fricción de Darcy mediante la ecuación de Colebrook-Whithe el método aplicado y analizado. Lo que se quiere lograr es ofrecer fiabilidad y sencillez en la determinación de las pérdidas de carga en tuberías emisoras, que permita evitar todos los problemas que conlleva la inexactitud en el diseño de un sistema de riego localizado

1. Planteamiento del problema

 El calentamiento global está provocando entre otros factores la disminución de la masa de hielo de los glaciares lo que repercutiría en la escasez del agua como recurso vital para la supervivencia de los seres vivos. Según el informe sobre el desarrollo de los Recursos Hídricos en el mundo por la FAO, se observa que aproximadamente el 70% del agua disponible se utiliza para el riesgo, y que las extracciones de agua utilizadas para riego se estiman en unos 2.000 a 2.555 km3/año. Considerando estas cifras, se hace entonces imprescindible hacer un uso eficiente del agua mediante riesgos tecnificadas no solamente para disminuir los costos de producción y aumentar las ganancias, sino también por los intereses generales que eso implica.

Dentro del programa Ingeniería Ambiental en la materia Mecánica de Fluidos, se busca centralizar los conocimientos en un proyecto final que comprenda los mismos objetivos del curso, allí la aplicación de los fundamentos aprendidos son la base esencial para la entrega de un proyecto conciso y más importante, que sea real y no utópico. Dentro de las múltiples aplicaciones que tiene el recurso de los fluidos hemos decidido tomar como propuesta de proyecto un sistema de riego.

1. Objetivos Del Proyecto

1. Objetivo General

Establecer un método sencillo y fiable para el cálculo de las pérdidas de carga de tuberías en un sistema de riego contribuyendo a un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos.

1. Objetivos Específicos4

• Investigar y analizar algunos de los sistemas de riego existentes.
• Aplicar el cálculo del coeficiente de fricción de Darcy mediante la ecuación de Colebrook-Whithe.
• Evaluar y reconocer las diferentes variables que se predefinen para el desarrollo del sistema de riego: Datos hidráulicos (presiones, velocidades, caudales, longitudes, pérdidas, etc.)
• Selección de dispositivos y accesorios necesarios para el sistema de riego (bomba, tubería, válvulas, etc.)

1. Marco Teórico

La pérdida de carga en una tubería o canal es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc

Pérdida de carga en conducto rectilíneo

Las pérdidas de carga en un conductor rectilíneo o pérdidas primarias son pérdidas de carga debidas a la fricción del fluido contra sí mismo y contra las paredes de la tubería rectilínea.

Expresiones prácticas para el cálculo

Existen diversos métodos, obtenidas empíricamente, para calcular la pérdida de carga a lo largo de tuberías y canales abiertos.

Ecuación de Darcy-Weisbach

La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:

• Factor de fricción de Darcy
• Ecuación de Colebrook-White 
• Fórmula de Hazen-Williams
• Diagrama de Moody
• Fórmula de Bazin

Pérdidas de carga localizadas

Las pérdidas de carga localizadas o pérdidas secundarias son pérdidas de carga debidas a elementos singulares de la tubería tales como codos, estrechamientos, válvulas, etc.

Las pérdidas localizadas se expresan como una fracción o un múltiplo de la llamada "altura de velocidad" de la forma:

 [pic 2]

La siguiente tabla da algunos de los valores de K para diferentes tipos de punto singulares:

En ocasiones la constante de pérdida de la singularidad, K, se determina a partir del producto del coeficiente de fricción: fT, en flujo completamente turbulento por la relación de longitud equivalente: Le/D; dos factores adimensionales. El primero, fT, se determina por alguna de las ecuaciones del factor de fricción (Colebrook, Swamee y Jain, etc), simplificadas para flujo muy turbulento, es decir cuando el Reynolds del flujo es muy alto. El segundo, Le/D, corresponde a una relación adimensional propia del elemento o singularidad. Este valor se puede encontrar en diferentes tablas.

Sistema de Riego

El riego es uno de los factores esenciales en la horticultura.

Sin el agua, o humedad, la planta no puede absorber los elementos del suelo, imprescindibles para su desarrollo. Del manejo del riego depende gran parte de la evolución de los cultivos.

A continuación observamos los diferentes métodos o técnicas de riego:

Riego a manta o por inundación:

Consiste en regar toda la parcela donde se encuentra el cultivo, provocando una pequeña y controlada inundación de la misma, requiere de ciertas infraestructuras de canalización del agua hacia la parcela como sistemas de acequias y compuertas, dominio de nivelación de terreno, no es rentable debido a que el agua se pierde por evaporación debido al sol y al viento, ya que permanece bastante tiempo en la superficie mientras va penetrando en el suelo.

Riego localizado:

Es un sistema de riego que se creó y se utiliza para aprovechar con eficiencia el agua, este localiza el agua en un punto o zona en concreto, sin mojar el resto, existen diversos sistemas de riego localizad como el riego con gomas de goteo, en el que a través de unos puntos sale una cantidad de agua más o menos fija. O el riego con gomas o tubos.

Riego por aspersión:

Necesita de aspersores que emiten una infinidad de gotas que asemejan la lluvia. Utilizado para ciertos cultivos como cereales, aunque también se puede utilizar para ciertas plantas hortícolas y para semilleros, este tipo de riegos no es aconsejable en ciertos cultivos sensibles a la humedad, ya que puede fomentar la aparición de enfermedades de hongos.

Elementos de una instalación de riego básica:

• Tuberías: en instalaciones de riego para grandes parcelas existe una tubería principal de un diámetro considerable, que va reduciendo su tamaño conforme se distribuye por los diferentes sectores, el plástico del que están hechas las tuberías es Polietileno (PE). Son de color negro porque llevan un aditivo que las protege de la radiación de rayos ultravioleta, estas tuberías son bastantes flexibles y resistentes.
• Llaves de paso: Existen diversas llaves para abrir o cerrar el flujo de agua a través de una tubería. Dependiendo del tamaño del sistema de riego.
• Codos, tampones: La conjugación de estos elementos, casi como en un juego de tente, nos permitirá que el agua llegue a todos los puntos del sistema de riego. Los codos son utilizados para desviar a la izquierda o derecha la tubería.
• Tés: Utilizados para bifurcar en dos sentidos el agua, a izquierda y derecha, también lo podemos utilizar para dar salida a un ramal de gotero desde la línea general del suministro.

Las fases que comprenden la preparación del proyecto de riego:

1. Inventario de los recursos y las condiciones:

1. La extensión, forma y topografía del terreno a que se destina el sistema de riego.
2. La abundancia y regularidad del abastecimiento de agua.
3. El clima, que es un factor primordial en la determinación de la cantidad de agua que consume un cultivo.
4. Las propiedades físicas del suelo, de las que dependen en gran medida el índice de infiltración del agua en el suelo y la capacidad de retención de agua en este.
5. El costo y la disponibilidad de energía eléctrica y de combustible para el funcionamiento de los motores de combustión.

1. Disposición del sistema

Con gran frecuencia la extensión y la forma del terreno y la localización de la fuente de suministro de agua son los factores que rigen la disposición de un sistema riego.

1. Proyecto hidráulico.

1. Se calcula las pérdidas de energía por fricción
2. Se calcula las pérdidas de energía por accesorios

1. Resultados Esperados

Medir las características y observar la configuración y los procesos que componen los fenómenos.

Se implementara: Ecuación de Colebrook – White fórmula utilizada para el cálculo de fricción de Darcy, también conocido como coeficiente de rozamientos. Con el fin de determinar las pérdidas de fricción y las pérdidas de energía por accesorios.

1. Plan de Trabajo5

Objetivo Específico

Actividades

Responsables

% de participación

Investigar y analizar algunos de los sistemas de riego existentes.

Buscar artículos relacionados con el tema

Luis Gonzales

50%

Jesús torres

50%

Analizar y comparar los artículos

Ana Martínez

50%

Arnold Rada

50%

Evaluar y reconocer las diferentes variables que se predefinen para el desarrollo del sistema de riego: Datos hidráulicos (presiones, velocidades, caudales, longitudes, pérdidas, etc.)

Hallar presiones, velocidades, caudales, longitudes y perdidas

Ana Martínez

50%

Arnold Rada

50%

Realizar Análisis

Ana Martínez

50%

Jesús torres, Luis

50%

Selección de dispositivos y accesorios necesarios para el sistema de riego (bomba, tubería, válvulas, etc.)

Búsqueda y compra de accesorios

Jesús Torres

50%

Luis Gonzales

50%

Cálculos de las perdidas por accesorios

Ana Martínez

50%

Arnold Rada

50%

1. Cronograma

Actividad

Mes 1

Mes 2

Mes 3

Mes 4

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

S13

S14

S15

S16

Actividad 1

Actividad 2

Actividad 3

Actividad 4

Actividad 5

Actividad 6

Actividad 7

Actividad 8

1. Bibliografía

• Sistema de riego de alta eficiencia Ing Agr. Oscar Lutenberg (B. Sc. Agr.) http://www.ana.gob.pe/sites/default/files/normatividad/files/sistemas_de_riego_de_alta_eficiencia_0.pdf
• Álvaro Mora Navas. Anejo IV. Sistema de riego. 1 SISTEMA DE RIEGO https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Proyectos/AlvaroMora/7P-AnejoIV-Riego.pdf  
• Métodos para el cálculo de pérdidas de carga en tuberías http://www.mapama.gob.es/es/desarrollo-rural/temas/centro-nacional-tecnologia-regadios/metodosparaelcalculodeperdidasdecargaentuberiasemisorasdebidoalainserciondegoteros_tcm7-398021.
• Perdida de carga en tuberías http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/Manuales/Perdidasdecarga.pdf