La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento
Darcy-Weisbach (1875) Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es: h = f *(L / D) * (v2 / 2g) En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma: h = 0,0826 * f * (Q2/D5) * L y
En donde: h: pérdida de carga o de energía (m) f: coeficiente de fricción (adimensional) L: longitud de la tubería (m) D: diámetro interno de la tubería (m) v: velocidad media (m/s) g: aceleración de la gravedad (m/s2) Q: caudal (m3/s)
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES Material
(mm)
Material
(mm)
Plástico (PE, PVC)
0,0015
Fundición asfaltada
0,06-0,18
Poliéster reforzado con fibra de vidrio
0,01
Fundición
0,12-0,60
Tubos estirados de acero
0,0024
Acero comercial y soldado
0,03-0,09
Tubos de latón o cobre
0,0015
Hierro forjado
0,03-0,09
Fundición revestida de cemento
0,0024
Hierro galvanizado
0,06-0,24
Fundición con revestimiento bituminoso
0,0024
Madera
0,18-0,90
Fundición centrifugada
0,003
Hormigón
0,3-3,0
r as pr mar as y secun ar as en tuberías: y
y
y y
Pérdidas primarias: Se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminado) o de partículas de fluidos entre sí (flujo turbulento). Estas pérdidas se realizan solo en tramos de tuberías horizontal y de diámetro constante. Pérdidas secundarias: Se producen en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda clase de accesorios (válvulas, codos). En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son importantes dos factores: Que la tubería sea lisa o rugosa. Que el fluido sea laminar o turbulento.
y y y y
y y y
y
Ecuación general de las pérdidas primarias: E cuación de DARCY: hL = f*L/D*v2/2g Para encontrar hL primero se busca en el diagrama de MOODY el factor de fricción f. Ecuación fundamental de las pérdidas secundarias: hL = K*(v2/2g) K= Coeficiente de resistencia(depende del elemento que produzca la pérdida de carga. Ej. Tubería, codo. v = velocidad media en la tubería, codos, válvulas.
La longitud equivalente en un sistema de tuberías se aplica para el cálculo de perdidas en la tubería la longitud equivalente corresponde a los metros de tubería que se colocarían en vez de un accesorio cualquiera; para cada accesorio se dan valores diferentes. Imagina que tienes una línea de 50 m de tubería y en esta están instaladas una válvula y 4 codos de 90°, (existen tablas en los libros de hidráulica y mecánica de fluidos ver pérdidas locales y por fricción).
Accesorios y válvulas expresados en pies (m)
equivalente de tubería
3/4"
1"
1 1/4"
1 1/2"
(20 mm)
(25 mm)
(32 mm)
(40 mm)
Codo a 45°
1 (0,3)
1 (0,3)
1 (0,3)
2 (0,6)
Codo normalizado a 90°
2 (0,6)
2 (0,6)
3 (0,9)
4 (1,2)
Codo de gran radio a 90°
1 (0,3)
2 (0,6)
2 (0,6)
2 (0,6)
T o cruz (corriente que gira 90°)
4 (1,2)
5 (1,5)
6 (1,8)
8 (2,4)
Válvula de compuerta
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Válvula de mariposa
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4 (1,2)
5 (1,5)
7 (2,1)
9 (2,7)
Accesorios
y válvulas
Válvula de retención con clapeta oscilante*
FACTOR DE FRICCION EN TUBERIAS y
puede deducirse matemáticamente en el caso de régimen laminar, mas en el caso de flujo turbulento no se dispone de relaciones matemáticas sencillas para obtener la v ariación de con el número de Reynolds. Toda vía mas, Nikuradse y otros in v estigadores han encontrado que sobre el v alor de también influye la rugosidad relati v a en la tubería.
y
y
y
a.- Para flujo Laminar la ecuación de fricción puede ordenarse como sigue.
b.- Para flujo Turbulento hay diferentes ecuaciones para cada caso: 1.- Para flujo turbulento en tuberías rugosas o lisas las leyes de resistencia uni v ersales pueden deducirse a partir de:
y
y
y
.- Para tuberías lisas, Blasius ha sugerido:
2
3.- Para tuberías rugosas: 4.- Para todas las tuberías, se considera la ecuación de Colebrook como la más aceptable para calcular ; la ecuación es:
surgen dos tipos de fricción: 1.- Fricción de Superficie: es la que se origina entrela pared y la corriente del fluido 2.- Fricción debida a Variaciones de Velocidad o Dirección: cuando ocurre una v ariación de v elocidad de un fluido, tanto en dirección como en v alor absoluto, a causa de un cambio de dirección o de tamaño de la conducción, se produce una fricción adicional a la fricción de superficie, debida al f lujo a tra v és de la tubería recta. y
y
