✅ PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN TUBERÍAS

La pérdida de carga o pérdida de energía en conductos cerrados (tuberías) viene a ser aquella pérdida de presión que se origina en un determinado fluido a consecuencia de la fricción que se produce entre las partículas de dicho fluido con las paredes del conducto cerrado que lo transporta. En el estudio de pérdidas de energía, estas se consideran como pérdidas continuas debido a la presencia de circunstancias que sean particulares, por ejemplo: un estrechamiento, cuando se produce un cambio de dirección o por la presencia de cualquier tipo de válvula en el conducto, esto se produce a lo largo de conductos regulares, localizados o ya sea accidentales.

En muchos casos, tanto en sistemas de agua o ya sea en sistemas de cualquier otro tipo de fluido, siempre existirá el caso de que fluido vaya perdiendo energía poco a poco debido a roce continuo e interrumpido con el conducto cerrado o tubería y no solamente por eso, sino también por la fricción que se origina debido a la presencia de accesorios o dispositivos instalados que se considerarán como cualquier obstáculo que interviene en la conducción. Entre estos obstáculos podemos considerar a la propia tubería, los accesorios que presenta tales como: codos, válvulas, reducciones, acoples, etc.; también consideran las derivaciones, los estrechamientos, los cambios de sección y dirección y entre otros. En términos generales, vamos a definir que la pérdida de carga o pérdida de energía se va a producir por la presencia de cualquier obstáculo en la conducción del fluido por más pequeño que este sea.

También podemos considerar como pérdida de energía a la modificación del estado inicial o principal de la energía en el flujo de cualquier líquido por un determinado conducto cerrado, esta modificación se expresa comúnmente en unidades de energía por unidades de peso del fluido que se conduce. La pérdida de carga que se produce en un conducto cerrado o en cualquier elemento hidráulico de una determinada conducción viene a estar dado por la diferencia de presiones que existe entre dos puntos cualesquiera siempre y cuando exista un determinado caudal, es decir, si el fluido se encuentra en estado estático no existirá ningún tipo de pérdida de energía.

VARIABLES IMPORTANTES QUE INTERVIENEN EN LA PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS

1. La sección de la tubería, aquí tenemos la relación que mientras mayor sea la sección de la tubería, menor será la pérdida de carga que exista.
2. La longitud de la tubería, cuando sea mayor el recorrido que realice el fluido dentro la tubería mayor será la pérdida de energía que tendrá.
3. El material de la tubería, si el material de tubería es más rugoso este originará que exista mayor roce entre las paredes y fluido, ocasionando que la pérdida de energía sea mayor.
4. El caudal, mientras mayor sea el caudal que se conduce mayor será la pérdida que se origina.

Las pérdidas de carga pueden clasificarse en:

• Pérdidas de carga por fricción: Este tipo de pérdidas de produce por la fricción que existe entre las paredes de la tubería con el fluido que se conduce, a su vez, depende de varios parámetros entre los cuales tenemos: la sección, la longitud, el tipo de material de la tubería (rugosidad), la velocidad del fluido, así como también su densidad y viscosidad. Estas pérdidas se consideran como las más importantes en el estudio de sistemas de agua.
• Pérdidas de carga por accesorios: Este tipo de pérdidas son producidas cuando el fluido experimenta un cambio de movimiento debido al cambio de dirección que se presenta, a diferencia de las pérdidas de carga por fricción, estas pérdidas son originadas por la turbulencia que se origina en cualquier punto específico dentro de cualquier sistema de tuberías, dentro de estos puntos podemos considerar: codos, reducciones, válvulas, juntas, etc.

Para determinar el diámetro de una conducción en una tubería de PVC que trabaja a presión se deben considerar los siguientes parámetros:

• Parámetros hidráulicos, ya sea la velocidad, el caudal, la pérdida de energía, para cualquier conducto cerrado que trabaje a gravedad.
• Para una conducción a bombeo se debe considerar: El coste de bombeo y la amortización que tendrán las instalaciones requeridas.
• Se deben considerar los posibles riesgos que se producirán, ya sea el golpe de ariete, la cavitación y abrasión, teniendo en cuenta se debe realizar los cuidados y protecciones adecuadas para el conducto.

COMO CALCULAR LA PÉRDIDA DE CARGA EN UN CONDUCTO CERRADO

Para realizar el dimensionamiento de tuberías o instalaciones hidráulicas siempre se debe tener en cuenta las siguientes características más importantes: Pérdidas de carga o energía, resistencia mecánica y por último el presupuesto.

En un determinado sistema, cuando exista un tramo de mayor longitud o en el cual se encuentren la mayoría de obstáculos (accesorios) o que se encuentre en un gran desnivel causando una gran pendiente, se considerará como el tramo más desfavorable en todo el sistema, a partir del cual tomaremos como punto de partida el análisis de pérdidas de carga y el dimensionamiento respectivo, siempre y cuando este sistema sea particular de un sistema de abastecimiento de agua potable.

Para realizar el cálculo de pérdidas de carga o energía en tuberías se utilizan los siguientes métodos o fórmulas más populares en la rama de ingeniería Hidráulica:

ECUACIÓN DE DARCY - WEISBACH

Esta ecuación es la más utilizada y la más recomendada en muchos manuales, puesto que mejor funciona teniendo los parámetros conocidos.

Donde: hf es la pérdida de carga expresada en metros por columna de agua (mca), f es el factor de fricción de la tubería, L es la longitud de la tubería, D es el diámetro de la tubería y V es la velocidad media del agua.

FACTOR DE FRICCIÓN

Este factor es el que se utiliza para poder calcular el coeficiente de pérdida de energía ocasionado por la fricción del fluido debido al régimen en el que se encuentra, ya sea turbulento o laminar. Cuando hablamos de régimen laminar podremos obtener en factor de una manera más rápida y precisa, en cambio, al tratar con un fluido turbulento el cálculo del factor se dificulta, ocasionando la utilización de fórmulas adicionales para el cálculo del factor.

ÁBACO DE MOODY

El ábaco de Moody es un diagrama en donde se expresa gráficamente el factor de fricción dependiendo del número de Reynolds y de la rugosidad del material de la tubería.