¿Qué causa la pérdida en tuberías?

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¿Qué causa la pérdida en tuberías?

Lo produce la fricción entre las partículas del fluido y las paredes del elemento conductor, en este caso de tuberías, sería por la pérdida de energía a causa del rozamiento del fluido con el mencionado elemento, así como por la presencia de obstáculos que impidan la conducción como válvulas, codos, manguitos, cambios de dirección y sección, entre otros. De manera general, lo que le quite energía a un fluido es la causa de pérdidas.

Las principales variables de causa de pérdida son:

  • La sección: menor sección, menor pérdida
  • Longitud: mayor longitud, mayor pérdida
  • Caudal en la tubería: mayor caudal, mayor pérdida
  • Material: mayor rugosidad del material mayor pérdida
  • Tipo de fluido: depende de la densidad del fluido

¿Cómo se cuantifican?

La pérdida de carga en una tubería es la diferencia de presión entre dos puntos para un determinado caudal. Se cuantifican con fórmulas y de acuerdo con los parámetros de la tubería y del mismo fluido se pueden tener así mismo tipo de pérdidas en tuberías.

  • Pérdidas continuas o mayores: Debido al rozamiento del fluido con la tubería.

Factores:

  • Longitud
  • Caudal
  • Viscosidad o densidad
  • Rugosidad

 

  • Pérdidas localizadas o menores: Debido al cambio de movimiento del fluido. Estos se originan por fenómenos de turbulencias originados en puntos específicos de los sistemas de tuberías.

Para que un ingeniero realice correctas instalaciones hidráulicas se deben considerar tres aspectos: resistencia mecánica, pérdidas de carga y el presupuesto. En esta página nos enfocaremos en el segundo punto, a continuación, se muestra las formas convencionales de determinar la cantidad de pérdidas mediante fórmulas establecidas. La más usada por ingenieros es la ecuación de Darcy-Weisabach:

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Donde:

  • hl: pérdida de carga localizada
  • f: factor de fricción
  • L: longitud de la conducción
  • D: diámetro de la conducción
  • v: velocidad media del fluido
  • Q: Caudal del fluido

 

Ecuaciones para calcular las pérdidas localizadas o menores

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Ecuaciones para calcular las pérdidas de presión por efecto de la viscosidad

 

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El problema para calcular cargas es el factor de fricción, existen varias fórmulas para su cálculo, pero depende del tipo de flujo ya sea laminar o turbulento. Ahora, para determinar primero qué tipo de flujo es se recurre al número de Reynolds el cual es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas. Cuando las segundas son dominantes (flujo lento) son suficientes para mantener las partículas del fluido en línea, por ende, el flujo es laminar. Cuando las fuerzas de inercia dominan (flujo rápido) el flujo es turbulento.

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Donde:

  • V: velocidad de flujo
  • D: dimensión lineal característica
  • : densidad del fluido
  • : viscosidad dinámica
  • : viscosidad cinemática

Siendo para un flujo laminar y para el turbulento en una tubería circular.

Si el fluido es laminar el cálculo de pérdidas de carga son sencillas de realizar, pero en caso de ser turbulento se realizan una serie de métodos iterativos y se recurren a fórmulas. Una de la más sencillas es la ecuación de Blasius, pero esta es válida para un y siendo válida para tubos lisos en la que la rugosidad relativa no afecta al flujo.

Ecuaciones para el factor de fricción

 

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Donde:

Ilustración 1: (Astro Contreras, 2018)

 

 

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Ejemplo de aplicación

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Ilustración 2: pg 168 (Franzini)

Cómo Re<2300 se puede afirmar que el flujo es laminar

Para el mismo ejemplo, halle las pérdidas de carga por metro de la longitud de la tubería.

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Las pérdidas de carga que experimenta el aceite por metro de tubería es .

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