Resumen de Ingeniería de Acueductos y Sistemas de Bombeo

## Introducción La conducción de agua potable estudia cómo trasladar agua desde la fuente hasta los puntos de almacenamiento o distribución usando tuberías o canales. En este material veremos conceptos hidráulicos básicos, pérdida de carga, selección de diámetro y materiales, bombas y procedimientos de diseño aplicables a acueductos. > **Definición:** Un *acueducto* es el conjunto de obras que conducen el agua desde la fuente hasta el lugar de almacenamiento o distribución. ## 1. Tipos de flujo en tuberías ### 1.1 Flujo ideal vs flujo real > **Definición:** *Fluido ideal* es un fluido sin viscosidad y sin pérdidas de carga; *fluido viscoso (real)* presenta fricción interna y pérdida de energía a lo largo de la tubería. - Fluido ideal: la presión sería constante a lo largo de la tubería; los piezómetros muestran un mismo nivel. (Situación teórica). - Fluido viscoso: la presión decae progresivamente por pérdidas de carga; los piezómetros muestran una caída. Did you know que en la práctica siempre se trabaja con fluidos viscosos por la fricción interna y rugosidad de las tuberías? ## 2. Líneas piezométrica y de energía - **Línea de Alturas Totales (LAT):** representa la energía total por unidad de peso: $z + \dfrac{P}{\gamma} + \dfrac{v^{2}}{2g}$. En ausencia de flujo (condición hidrostática) es horizontal. - **Línea Piezométrica (LP):** representa presión más cota: $z + \dfrac{P}{\gamma}$. Siempre está por debajo de la LAT en una cantidad igual a $\dfrac{v^{2}}{2g}$. ### 2.1 Posiciones de la línea piezométrica - **Máxima (tanque lleno):** condición aceptable para garantizar abastecimiento. - **Media y mínima:** pueden no alcanzar el destino; el diseño debe considerar la condición más desfavorable: piezométrica mínima (tanque al nivel mínimo). ## 3. Conducción por gravedad y por bombeo ### 3.1 Gravedad - El motor del flujo es la diferencia de cotas: el agua va de mayor a menor energía sin aporte eléctrico. - Aplicación típica: fuente en cota alta abastece a poblaciones más bajas. ### 3.2 Bombeo - Se usa cuando la cota del destino es superior o la presión disponible es insuficiente. - La bomba debe aportar la altura dinámica total $H_{B}$. > **Definición:** *Altura geométrica* $H_{G}$ es el desnivel entre aspiración e impulsión; *Altura de bombeo* $H_{B}$ es la suma de $H_{G}$ y las pérdidas totales $\Delta H$. Did you know que el escenario más desfavorable para dimensionar una bomba es cisterna vacía y tanque elevado lleno porque maximiza $H_{G}$? ## 4. Pérdida de carga (continuas y discretas) - **Continuas (por rozamiento):** dependen de $f$, longitud $L$, diámetro $D$ y velocidad $v$. $$H_{f} = f \cdot \dfrac{L}{D} \cdot \dfrac{v^{2}}{2g}$$ - **Discretas (singulares):** por accesorios; fórmula genérica: $$H_{L} = k \cdot \dfrac{v^{2}}{2g}$$ Tabla comparativa — pérdidas | Tipo | Causa | Fórmula | Observación | |---|---:|---|---| | Continua | Rozamiento en tubería | $H_{f} = f\dfrac{L}{D}\dfrac{v^{2}}{2g}$ | Depende de $f$ y $L$ | | Discreta | Accesorios (codos, válvulas) | $H_{L} = k\dfrac{v^{2}}{2g}$ | Se suma mediante LTE | ### 4.1 Variables importantes - $f$: coeficiente de fricción (adimensional) — se obtiene del Diagrama de Moody. - $L$: longitud (m). $D$: diámetro interno (m). $v$: velocidad media (m/s). $g$: 9.81 m/s$^{2}$. ## 5. Coeficiente de fricción y Diagrama de Moody - Flujo laminar ($Re < 2000$): $$f = \dfrac{64}{Re}$$ - Flujo turbulento: ecuación de Colebrook (implícita) $$\dfrac{1}{\sqrt{f}} = -2\log\left(\dfrac{\varepsilon/D}{3.71} + \dfrac{2.51}{Re\sqrt{f}}\right)$$ - Para $Re > 10^{5}$ y tuberías muy rugosas, $f$ tiende a un valor prácticamente constante. ## 6. Fórmulas empíricas de conducción Tabla comparativa — fórmulas empíricas | Fórmula | Expresión | Aplicación típica | Parámetros clave | |---|---|---:|---| | Manning | $V = \dfrac{1}{n} R^{2/3} j^{1/2}$ | Se usa en canales y tuberías abiertas o llenas con enfoque hidráulico | $n$, $R$, $j$ | | Hazen-Williams | $V = 0.85\,C\,R^{0