Dimensionado de tuberías

Cualquier fluido circulando por una red de tubos sufre una pérdida de carga debido a la resistencia que, por el roce continuo con las paredes de la conducción, cambios de dirección y turbulencias, hace complejo su cálculo.

Es preciso distinguir entre las pérdidas de carga continuas y las localizadas:

Pérdidas de Carga Continuas son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas del fluido entre sí (régimen turbulento). Se producen en flujo uniforme, por tanto principalmente en tramos de tubería de sección constante.

Pérdidas de Carga Localizadas son las pérdidas de forma, que se manifiestan en determinados puntos de una instalación, se producen en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas y toda clase de accesorios de tubería.

a) PÉRDIDAS DE CARGA CONTINUAS

Para calcular las pérdidas de carga experimentadas durante el movimiento del fluido a lo largo de una tubería recta de una determinada longitud, deberá conocerse en primer lugar la resistencia unitaria de esta tubería y, a continuación, multiplicar este valor por su longitud total.

Es posible determinar este valor de modo analítico empleando las oportunas ecuaciones matemáticas.

ECUACIÓN DE DARCY-WEISBACH Hrp = & L V 2 D 2g

donde:

Hrp = Pérdida de carga primaria

& = Coeficiente de pérdida de carga primaria

L = Longitud de la tubería

D = Diámetro de la tubería

V = Velocidad media del fluido.

g = aceleración de la gravedad (m/s2)

No obstante para los requerimientos y exigencias de la técnica de instalación más usual, se suele proceder con la utilización de nomogramas como el que se adjunta en este capitulo.

En él pueden determinarse el valor de la pérdida de carga unitaria (R) y el valor de la velocidad (m/s) para un determinado caudal de agua. Por consiguiente, una vez determinado el valor de (R) y conocida la longitud de la red (en metros efectivos o metros equivalentes), se obtendrá el valor de la pérdida de carga total del tramo.

a) PÉRDIDAS DE CARGA CONTINUAS

Es posible determinar este valor de modo analítico empleando las oportunas ecuaciones matemáticas.

ECUACIÓN DE DARCY-WEISBACH Hrp = & L V 2 D 2g

donde:

Hrp = Pérdida de carga primaria

& = Coeficiente de pérdida de carga primaria

L = Longitud de la tubería

D = Diámetro de la tubería

V = Velocidad media del fluido.

g = aceleración de la gravedad (m/s2)

No obstante para los requerimientos y exigencias de la técnica de instalación más usual, se suele proceder con la utilización de nomogramas como el que se adjunta en este capitulo.

Para no tener que utilizar numerosos diagramas correspondientes a cada temperatura, recurriremos al gráfico siguiente, que, en función de la temperatura real del fluido circulante, proporciona el factor de corrección (Kc) a aplicar al valor (R).

Ejemplo práctico:

Supongamos un caudal de 0,40 l/s, con un tubo de Ø18 x 1,0 mm (para agua a 10°C), la intersección de ambas líneas determina un valor de R = 0,03 bar/m.

Imaginemos ahora que queremos conocer el valor de (R) para agua a 40°C.

Puesto que en el gráfico de la figura anterior el factor de corrección (Kc) corresponde a 1,0 para el agua a 10°C, se deberá en primer lugar recuperar el valor de (R) para esta temperatura y, multiplicar el valor obtenido por el coeficiente de corrección (Kc) relativo a la temperatura de 40°C.

R = (0,03 / 1,0) • 0,89 = 0.0267 bar/m

b) PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS

Son las pérdidas de forma que se manifiestan en determinados puntos de una instalación, se producen en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas y toda clase de accesorios de tubería.

Hay dos sistemas de cálculo: el método analítico directo y el método de la longitud equivalente.

o Método analítico directo

Una pérdida de carga localizada viene definida por la siguiente expresión matemática:

ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LAS PÉRDIDAS SECUNDARIAS

La tabla siguiente aporta todos los valores de � para todos los tipos de accesorios. Se ha tenido en cuenta los valores de velocidad normalmente empleados en las instalaciones de tipo civil, según los ratios de velocidad explicitados anteriormente.

Tabla de pérdidas de carga localizadas, Valores de coeficiente de resistencia (�) y (m) equivalentes

Con objeto de hacer más rápido el cálculo de las pérdidas de carga localizadas hemos reproducido en el gráfico siguiente los valores de pérdida de carga en función de � y de la velocidad de circulación del agua en el interior de las tuberías. De esta manera, conociendo el valor de �, se obtiene la lectura directa de la pérdida de carga localizada correspondiente a aquél.

Método de la longitud equivalente

El método consiste en que, ante una determinada resistencia localizada (codo, válvula etc.) se resuelve el problema del cálculo atribuyendo el valor ficticio de longitud de una tubería rectilínea de igual diámetro que produzca el mismo valor de pérdida de carga.

Básicamente se trata de añadir a la longitud real de la instalación todos los valores de longitud equivalente obtenidos, para cada tipo de accesorio, según la tabla precedente.

La longitud total (Longitud real + Longitud equivalente) se multiplicará por el valor de pérdida de carga unitaria (R), obteniendo de esta manera la resistencia total del circuito.