El cálculo de tuberías es algo
que muchas veces se obvia en las instalaciones, y en otras ocasiones se recurre
a programas de cálculo estandarizados que dan buenas aproximaciones pero
limitadas a aplicaciones muy concretas. También podemos utilizar las ecuaciones
que describimos en nuestra selección de calculadores (ver aquí).
Pero si queremos diseñar
aplicaciones que se salgan un poco de lo normal y hacerlo de forma eficiente
tendremos que recurrir a nuestros propios cálculos. En este artículo vamos a revisar las
ecuaciones que debemos utilizar. Nos centraremos especialmente en el problema
de dimensionar tuberías. Una vez el sistema se ha dimensionado, debe analizarse
con métodos de cálculo más detallados para determinar la presión de la bomba
requerida para alcanzar el caudal deseado.
A) ECUACIONES DE LA CAÍDA DE PRESIÓN
Ecuación de Darcy-Weisbach
La caída de presión causada por
la fricción de un fluido se calcula por la ecuación de Darcy –Weisbach:
Donde:
∆p = Caída de presión, Pa
f =
Factor de fricción, adimensional (del diagrama de Moody).
L = Longitud de la tubería, m
D = Diámetro interno de la tubería, m
Densidad del fluido a temperatura media, kg/m3
V = Velocidad promedio, m/s
Esta ecuación a menudo se
presenta en forma de energía específica como:
·
∆h = pérdida de energía, m
· g = aceleración de la gravedad, m/s2
El factor de fricción
es
una función de la rugosidad de la tubería ε, diámetro interior D, y el
parámetro Re, el número de Reynolds:
·
Re = Número de Reynolds, adimensional
·
ε = rugosidad absoluta de la pared de la
tubería, m
·
µ = viscosidad dinámica del fluido, Pa · s
El factor de fricción
frecuentemente se obtiene en un Moody chart donde f es
una función de Re con ε/D como un parámetro.
Un ajuste útil de
tuberías uniformes y rugosas para el régimen de caudales turbulento es la ecuación
de Colebrook:
Ecuación de Hazen-Williams
Esta ecuación se usa menos que la
de Hazen-Williams, y se expresa de la siguiente forma:
O
Donde C = factor de
rugosidad.
Valores típicos de C
son 150 para tuberías de plástico y tubos de cobre, 140 para tuberías de acero
nuevas, por debajo de 100 para tuberías rugosas o muy corroídas.
Pérdidas de accesorios y válvulas
Las válvulas y
accesorios causan pérdidas de presión superiores a las causadas por las
tuberías. Una formulación que expresa las pérdidas es:
O
Donde K es un coeficiente que depende de la geometría y el tamaño.
Pérdidas en accesorios múltiples
Los cálculos en pérdidas de
accesorios típicos se hacen si cada accesorio se aísla y no interaccionan entre
sí.
Cálculo de las pérdidas de
presión
Los cálculos de pérdidas de
caudal en los diseños de ingeniería más comunes seleccionan un tamaño de
tubería para el caudal deseado y disponible o la pérdida de presión permitida.
Ya que la formulación de las
pérdidas de accesorios requiere un diámetro conocido, el tamaño de la tubería
debe seleccionarse antes de calcular la influencia detallada de los accesorios.
Un criterio habitual asume que la longitud de diseño de las tuberías es entre
un 50 y 100 % mayor que la actual debido a las pérdidas de los accesorios.
Después de que el diámetro de la tubería se haya seleccionado sobre esta base,
puede evaluarse la influencia de cada accesorio.
Ver 2ª PARTE
¿Alguien conoce alguna buena empresa de desatascos para qué me desatasquen una tubería en Badalona?
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