Blog de Fuentes Ornamentales

Todo sobre diseño e instalación de fuentes ornamentales

  • Inicio
    Inicio Aquí es donde puedes encontrar todas las publicaciones del blog.
  • Categorías
    Categorías Muestra una lista de categorías de este blog.
  • Etiquetas
    Etiquetas Muestra una lista de etiquetas que se han utilizado en el blog.
  • Bloggers
    Bloggers Busca a tu blogger preferido.
  • Acceder
    Login Tu cuenta

Cálculos hidráulicos de fuentes ornamentales: toberas o boquillas, tuberías y bombas.

Publicado por en en Diseño de fuentes ornamentales
  • Tamaño de fuente: Mayor Menor
  • Visitas: 40411
  • 28 Comentarios
  • Imprimir

Con este artículo trato de solucionar los problemas que se le plantean a los diseñadores, proyectistas e instaladores de fuentes ornamentales cuando afrontan un nuevo proyecto. Desde que el agua es impulsada por los grupos de bombeo hasta que sale por las toberas o boquillas pasa por una serie de tuberías y elementos que van provocando pérdidas de carga. El cálculo de éstas es fundamental para afrontar con éxito el proyecto de una fuente ornamental.

En este artículo se desarrollan una serie de cálculos teóricos y prácticos mediante una hoja de cálculo, que ponemos a su libre disposición, y de la cual obtenemos los resultados óptimos y necesarios para resolver los cálculos hidráulicos de una fuente de agua.Leer Más

La altura de chorro de una boquilla depende del tipo de ésta (lanza, cascada, géiser, chorro de nieve, etcétera), del caudal y de la presión en su base. En relación a la variación de la presión a lo largo de una tubería, es conocido que la misma se reduce al aumentar la elevación o cota con respecto al punto de salida de un depósito o de la descarga de una bomba y, también, por la distancia de recorrido del agua y por la presencia de los accesorios: codos, válvulas, etcétera.

El cálculo de la presión en un punto cualquiera de una tubería se realiza mediante la ecuación de Bernoulli. Por ejemplo, si se emplea, figura 3.1, el subíndice 1 para el punto de salida de la bomba y el 2 para el punto en la base de una boquilla, se puede plantear la relación entre las cotas, las velocidades y las pérdidas de energía por efecto de la longitud y de los accesorios de una tubería:

Excel para cálculos hidráulicos de fuentes ornamentales

Todos los términos de la ecuación anterior se expresan, automáticamente, en m.c.a. si las cotas están en metro, las velocidades en m/s. y las pérdidas por tramo recto y por accesorios en m.c.a. Se señala que, si las presiones estuviesen en Pascal o en múltiplos de Pascal, el valor de la altura equivalente a la presión del mismo se puede obtener multiplicando por la equivalencia 1 Pa ≈ 1. 02 * 10-4 m.c.a para una temperatura del agua de 20ºC. Ejemplos: ¿Qué valor de altura de agua corresponde a una presión de 1 KPa? Respuesta: 1 KPa = 1 000 Pa*1. 02 * 10-4 = 0. 102 m.c.a. ¿Qué valor de altura de agua corresponde a una presión de 1 MPa? Respuesta: 1 MPa = 1000 000 Pa*1. 02 * 10-4 = 102 m.c.a.

Resumiendo, las variables de la ecuación de Bernoulli son:

  1. Las cotas de los puntos del eje de la tubería entre los que se realizan los cálculos. En el ejemplo de la figura 3.1, Z1 y Z2.
  2. Las velocidades medias del flujo en los puntos de la tubería entre los que se realizan los cálculos. En el ejemplo de la figura 3.1, V1 y V2. Si la tubería mantiene su diámetro, V1 = V2, si no hay ni entrada ni salida de flujo en el tramo considerado.
  3. Cálculos hidráulicos de fuentes
  4. Las presiones expresadas en columna de agua (m. c. a.) en los puntos de la tubería entre los que se realizan los cálculos. En el ejemplo de la figura 3.1, p1 y p2. Se suele emplear presiones relativas respecto a la presión atmosférica. Es decir, presiones manométricas expresadas en m. c. a. Ejemplos: Una presión en un punto de 1 kg/ cm2 equivale, aproximadamente, a 10 m. c. a. Una presión de 400 kPa será, aproximadamente, equivalente a 400*1000 Pa*1. 02 * 10 -4 = 40 *1. 02 40. 8 m.c.a. En fuentes ornamentales resulta necesario calcular las presiones en las bases de las distintas boquillas colocadas a lo largo de una tubería. Y ello requiere determinar, primero, las cotas Z1 y Z2., las velocidades V1 y V2., la presión en el un punto inicial (por ejemplo, la descarga de una bomba) y las pérdidas de carga. Esos cálculos se pueden organizar en una Hoja de Cálculos.
  5. Las pérdidas de carga (energía por unidad de peso del fluido). El flujo del agua a lo largo de una tubería y a través de codos, válvulas, etcétera produce pérdidas de energía por las resistencias al movimiento. Las pérdidas de energía por la circulación en los tramos rectos de las tuberías (hf) dependen de la rugosidad interior (ε) del material de las mismas (PVC, latón, acero inoxidable, galvanizado, etcétera), de la longitud (L), del diámetro interior (D) y de la velocidad del agua (V). En el Sistema Internacional de Unidades se expresan en metros columna de agua (m.c.a.). A su vez, las pérdidas de energía en los accesorios o pérdidas “locales” (hl) dependen de su tipo: codos, válvulas, etcétera. En el Sistema Internacional de Unidades se expresan, también, en metros columna de agua (m.c.a.).

Las pérdidas de carga en un tramo recto de una tubería se pueden calcular mediante diferentes expresiones. Entre ellas, la de Hazen- Williams, Chezy, Manning y Darcy- Weisbach. En este cuaderno se adopta, por su mayor generalidad, la ecuación de Darcy- Weisbach:

Ecuación de Darcy-Weisbach

Donde:

  • f: factor de fricción de Darcy- Weisbach. Depende de la naturaleza y de la temperatura del líquido y del Número de Reynolds. El Número de Reynolds es el cociente del producto de la velocidad por el diámetro interior de la tubería y de la viscosidad cinemática del fluido a la temperatura de circulación.
  • L: longitud del tramo recto de tubería. Se suelen sumar todos los segmentos rectos comprendidos en el tramo de interés.
  • D: diámetro interior de la tubería.
  • V: velocidad del flujo.

Las pérdidas de carga en cada accesorio de una tubería se puede calcular según la expresión:

Cálculo de pérdidas de carag en fuentes

Donde:

  • Kaccesorio: coeficiente que depende del tipo de accesorio: codo 90º, codo 45º, válvula, etcétera.
  • V: velocidad del flujo.

Una forma indirecta de calcular las pérdidas de carga de los accesorios es mediante el concepto de longitud equivalente de los mismos. En ese caso, se obtiene, mediante tablas o mediante la expresión: Lequivalente = Kaccesorio *D/ f, las longitudes de tubería recta que corresponden a cada accesorio. Y la suma de todas las longitudes equivalentes y la longitud total de los tramos rectos se emplea como la longitud de cálculo de las pérdidas de energía en una línea de tubería.

Cálculos de la ecuación de Bernoulli con ayuda de una computadora u ordenador

El uso de distintas facilidades informáticas, hoy ampliamente accesibles, posibilita la realización de los cálculos hidráulicos de las fuentes ornamentales, de forma más precisa, rápida y eficiente. Ello permite que el lector se libere del engorro y del consumo de tiempo excesivos que presuponen los cálculos grafo- analíticos “tradicionales” y que pueda dedicarse a profundizar en los aspectos estéticos de su fuente ornamental, en distintas alternativas para los sistemas de boquillas, en las diferentes posibilidades de combinaciones de redes de suministro de agua a sus conjuntos de boquillas, elección de las bombas, etcétera.

De forma general, se puede optar por realizar los cálculos de las fuentes ornamentales mediante Hojas de Cálculo y mediante, por ejemplo, el programa EPANET. En el Blog se mostrarán los cálculos con Excel para la resolución de los problemas de fuentes más frecuentes. Si Usted requiriese de cálculos para fuentes de mayor complejidad puede beneficiarse del empleo del software de libre disposición EPANET. Las explicaciones del mismo y las soluciones de numerosos ejemplos prácticos se brindan en el libro “Hidráulica de fuentes ornamentales e instalaciones hidráulicas” del autor.

Hojas de cálculo.

Una “Hoja de cálculo” es, valga la comparación, una “colmena” o un “papel cuadriculado” digital en los que cada celda o cuadro puede contener textos, números, fórmulas de cálculo, fotos, etcétera. Cada celda se identifica por la letra de su columna seguida del número de su fila. En la figura 3.2 se presenta un esquema representativo de una Hoja de Cálculo de Excel.Cálculos hidráulicos Excel A modo de ejemplo, en la celda C16 puede verse el resultado de la ecuación de la velocidad, que en la vista normal no son visibles dando únicamente el valor numérico de dicha ecuación.

Una ventaja incuestionable del empleo de las Hojas de Cálculo electrónicas, en sustitución de los procedimientos “manuales” y con calculadoras, es que, una vez “construida” la Hoja que se necesita, existe la posibilidad de realizar, de forma confiable, múltiples variantes en un tiempo reducido. Cálculos hidráulicos Excel Las aplicaciones de Hojas de cálculo permiten que en un mismo fichero puedan elaborarse distintas Hojas y relacionarlas entre sí. Es decir, disponer de un “libro” de cálculos personalizado. En la figura 3. 3 se muestra un libro de cálculos de tuberías compuesto de Hojas de “presentación”, “IntroDatosyResultado”, etcétera.

Existen Hojas de cálculo de diferentes firmas e, Cálculos hidráulicos Excelincluso, de acceso libre. En este cuaderno se opta por la Hoja Excel, un potente y muy amigable programa de cálculo incluido en los difundidos paquetes de Microsoft Office.

En la figura 3. 4 se muestra la Hoja de cálculo Excel de libre descarga, en las que se han programado las ecuaciones requeridas para obtener, con confiabilidad y prontitud, los cálculos de las pérdidas de carga en tuberías.

En las figuras 3. 5 a 3. 7 se ejemplifica el uso del Libro EXCEL con un ejemplo práctico de una fuente sencilla.

Cálculos hidráulicos Excel Cálculos hidráulicos Excel Cálculos hidráulicos Excel

Descarga el EXCEL utilizado en este post.

Calificar el artículo:

Comentarios

  • Invitado
    Juan E. González Fariñas Martes, 23 Septiembre 2014

    Hola Miguel. No he recibido tu mensaje. Lo siento. ¿Puedes intentarlo a: [email protected]?
    Muchas gracias.
    saludos,
    Juan

  • Invitado
    callata Martes, 30 Diciembre 2014

    execelente apoyo y me funciono mi parque de aguas

  • Miguel A. Velasco
    Miguel A. Velasco Viernes, 02 Enero 2015

    Estimado Callata,

    Le agradezco su comentario y seguiremos trabajando en la misma línea para tratar de ayduar en lo posible.

    Gracias y saludos,
    Miguel A.Velasco

  • Invitado
    david Jueves, 14 Julio 2016

    Buenas tardes juan soy de mexico donde puedo adquirir tus libros ,saludos un abrazo.

  • Miguel A. Velasco
    Miguel A. Velasco Viernes, 15 Julio 2016

    Estimado David,
    Puede encontrar su libro en la siguiente librería online http://goo.gl/iHoYUz
    Reciba un cordial saludo,
    Miguel A.Velasco

  • Invitado
    Juan Eusebio González Fariñas Viernes, 15 Julio 2016

    El libro "Hidráulica de Fuentes Ornamentales e instalaciones acuáticas", edición de 2011, está a la venta en las librerías La Isla, de S/ C de Tenerife (http://www.laislalibros.com/libros/hidraulica-de-fuentes-ornamentales-e-instalaciones-acuaticas-LQNU2000000/ ) y LEMUS, de La Laguna (http://www.librerialemus.com/index.php/HIDRAULICA-DE-FUENTES-ORNAMENTALES-E-INSTALACIONES-ACUATICAS/12/0/?&tx_ttproducts_pi1[backPID]=12&tx_ttproducts_pi1[search-by]=title&tx_ttproducts_pi1[sword]=hidraulica%20de%20fuentes%20ornamentales&tx_ttproducts_pi1[product]=340146&cHash=82d22e0257), ambas en Canarias.
    Su precio es de 43, 75 euros + gastos de envío (12,70 euros COMO CARTA CERTIFICADA). Tarda, aproximadamente, una semana mínimo mediante Correos España (depende de la oficina local de destino).
    Si tuviera dificultad para obtenerlo, puede contactar directamente conmigo a: [email protected]

  • Invitado
    Arauco Sábado, 06 Mayo 2017

    Buenos días Ing. JUAN EUSEBIO GONZALEZ FARIÑAS.

    Tengo una consulta, es necesario tener una tanque cisterna para las fuentes ornamentales y como calcularía la capacidad de este.
    Soy de Perú y me gustaría adquirí su libro, pero no logro ubicar en ninguna librería local aquí.

  • Juan Eusebio González Fariñas
    Juan Eusebio González Fariñas Martes, 09 Mayo 2017

    Estimado Arauco,

    Le respondo a continuación incluyendo algunas citas del libro que he incluido entre comillas:

    Se debe disponer, en general, de un depósito de almacenamiento del agua que permita el
    funcionamiento continuo de la fuente, la reutilización del agua y los calados mínimos exigidos para el adecuado funcionamiento de las bombas. Los depósitos pueden disponerse visibles u ocultos a la vista. Los depósitos visibles se conocen como estanques y se incorporan al diseño artístico de la obra. En esos casos, su forma en planta y altura sobre el nivel de piso general pueden ser muy variables. Se recomienda que los estanques, cuya única finalidad sea formar parte de una fuente, tengan profundidad mínima por razones de ahorro de agua y para evitar accidentes de menores.

    Las fuentes, cuando están en funcionamiento, tienen un cierto volumen de agua circulando en las tuberías y en las canalizaciones abiertas, en los chorros y en las láminas. Ese volumen se “sustrae” temporalmente del volumen del depósito y debe quedar en este último, también, un resto de agua que garantice el funcionamiento de las bombas, el “espejo de agua” del estanque, el calado que exigen, según el caso, las condiciones de sumergencia de las boquillas y de las bombas, etcétera. El volumen que debe disponerse a un depósito puede ser “crítico” en las fuentes pequeñas y debe determinarse lo más aproximado posible.

    Los depósitos pueden construirse –según su altura- con paredes de ladillos, de bloques y de hormigón fundido “in situ”, con un adecuado enfoscado que los impermeabilice; con
    perfiles y láminas metálicas excavados en el suelo recubiertos con materiales sintéticos,
    bituminosos o arcilla; de materiales plásticos, etcétera.”
    “El empleo de bombas sumergibles, cuando sea posible por razones de su existencia en el mercado y menor costo total de la inversión, evita la construcción de los locales de bombas ya que estas se pueden disponer dentro del depósito de agua. En cualquier caso, deben cumplirse las reglamentaciones técnicas vigentes para la obtención del permiso de operación de estas obras.”

    “Análisis del almacenamiento del agua y de los componentes de las redes de suministro y drenaje:
    • Forma y dimensiones, si lo(s) hubiera, del (los) estanque(s) (longitud(es), ancho(s), profundidad(es), etcétera). ¿Tiene(n) capacidad suficiente para el almacenaje cuando la fuente no funcione? ¿Y garantizan los niveles mínimos requeridos por las bombas cuando la fuente está en funcionamiento máximo?
    * Red(es) de suministro de agua a la fuente (composición de la red(es), trazado, distancias, diámetros, punto de toma del agua, etcétera).
    * Drenaje de la fuente (composición de la red, trazado, distancias, diámetro del colector, pendientes, punto de vertido etcétera).
    * Elección del (los) tipo(s) y del (los) requerimiento(s) de la(s) bomba(s) (cargas estáticas máxima y mínima, pérdidas de carga, punto(s) de operación, potencia de bombeo).
    * Lugar de ubicación de la(s) bomba(s) (sumergida, en pozo seco, ubicación y dimensiones del pozo seco, etcétera).”

    “¿Cómo evitar oleajes transmitidos por la caída de chorros en un estanque? La forma usual es “cercar” la zona en que caen los chorros con un muro sobre el que vierta, suavemente, el agua hacia el resto del estanque.”

    “Calidad del agua de la fuente y de los juegos de agua. Es importante prever mantenimientos periódicos para recolectar los elementos biológicos que puedan entrar al estanque (hojas, insectos y excrementos de pájaros, etcétera) y disponer, además, de algún tipo de tratamiento para evitar la descomposición del agua y la aparición de malos olores. La proliferación de microorganismos en el agua y su aspersión por las boquillas puede enrarecer el aire circundante a la fuente y provocar, por contacto superficial y por entrada por las vías respiratorias, la afección potencial de la salud de los transeúntes y visitantes.”

    El libro "Hidráulica de Fuentes Ornamentales e instalaciones acuáticas", edición de 2011, está a la venta en las librerías La Isla, de S/ C de Tenerife (http://www.laislalibros.com/libros/hidraulica-de-fuentes-ornamentales-e-instalaciones-acuaticas-LQNU2000000/ ) y LEMUS, de La Laguna (http://www.librerialemus.com/index.php/HIDRAULICA-DE-FUENTES-ORNAMENTALES-E-INSTALACIONES-ACUATICAS/12/0/?&tx_ttproducts_pi1[backPID]=12&tx_ttproducts_pi1[search-by]=title&tx_ttproducts_pi1[sword]=hidraulica%20de%20fuentes%20ornamentales&tx_ttproducts_pi1[product]=340146&cHash=82d22e0257), ambas en Canarias.
    Su precio es de 43, 75 euros + gastos de envío (12,70 euros COMO CARTA CERTIFICADA a América). Tarda, aproximadamente, una semana mínimo mediante Correos España (depende de la oficina local de destino).

Deja tu comentario

Invitado
Invitado Jueves, 23 Noviembre 2017