Ver 1ª PARTE
c. Pérdidas locales
El flujo a
través de válvulas, orificios, codos, transiciones, etc., causa separación de
caudal que da como resultado la generación y disipación de corrientes de eddies
turbulentas. Para sistemas cortos conteniendo muchas curvas, válvulas, T, etc.
Pérdidas locales y menores pueden exceder las pérdidas de fricción. Las
pérdidas por altura hl
asociadas con la disipación causada por una menor pérdida es proporcional a la
altura de velocidad y puede ser tenida en cuenta para una pérdida menor o local
usando la siguiente ecuación:
En donde Kl es el coeficiente de
pérdida menor y Am es el área de la tubería a la entrada a la pérdida local.
El
coeficiente de pérdidas Kl es análogo a fL/d.
La suma de
todas las pérdidas de fricción y pérdidas locales en un sistema de tuberías
puede expresarse como:
En las que
Es
importante usar el diámetro de tubería correcta para cada sección de tubería y
pérdida local.
En el pasado
algunos han expresado las pérdidas locales como una longitud de tubería
equivalente: L/d = Kl/f. Esto
simplemente representa la longitud de la tubería que produce la misma pérdida
de altura como la pérdida menor o local. Esto es simple, pero no es un método
completamente exacto para incluir las pérdidas locales. El problema con esta
aproximación es que ya que el coeficiente de fricción varía de tubería en
tubería, la longitud equivalente no tendrá un valor único. Cuando las pérdidas
locales son auténticamente menores, este problema llega a ser académico debido
a que el error solamente influye en pérdidas que son un pequeño porcentaje
respecto al total. Para casos donde es importante la evaluación de todas las
pérdidas, se recomienda que se usen coeficientes de pérdidas menores Kl en vez de una longitud
equivalente.
La parte más
desafiante de hacer los cálculos de pérdidas menores es obtener valores de Kl. Los resultados finales no
pueden ser más exactos que los datos de entrada. Si la tubería es larga, las
pérdidas de fricción pueden ser grandes comparadas con las pérdidas menores y
los valores aproximados de Kl
serán suficientes. Sin embargo, para sistemas cortos con muchos accesorios de
tuberías, las pérdidas locales pueden representar una porción significativa de
las pérdidas totales del sistema, y se determinarán exactamente. Numerosos
factores influyen en Kl.
Un factor que es importante para sistemas donde las pérdidas locales son
significativas es la interacción entre componentes situados cerca unos de
otros. Dependiendo del tipo, la orientación, espaciamiento de componentes, los
coeficientes de pérdida total pueden ser mayores o menores que la suma simple
de los valores individuales de Kl.
Un factor que es importante para los sistemas donde las pérdidas locales son
significativas, y espaciamiento de los componentes, el coeficiente de pérdidas
total puede ser mayor o menor que la suma simple de los valores Kl individuales.
Comparando
la magnitud de
Se
determinará el cuidado que debemos tener
al seleccionar los valores Kl. Los valores típicos de Kl están tabulados.
d. Diseño de tuberías
Los
materiales comúnmente usados para transportar tuberías a presión son hierro
dúctil, hormigón, acero, fibra de vidrio, PVC, y poliolefinas. Diferentes
organizaciones han desarrollado especificaciones para cargas externas, presión
de diseño interna, tamaños disponibles, calidad de materiales, prácticas de
instalación, e instalación de revestimientos.
Están
disponibles normas de las siguientes organizaciones:
- American Water Works Association (AWWA)
- American Society for Testing and Materials (ASTM)
- American National Standards Institute (ANSI)
- Canadian Standards Association (CSA)
- Federal Specifications (FED)
- Plastic Pipe Institute (PPI)
Para
aplicaciones de líquidos de baja presión y aire puede usarse hormigón
reforzado, acero corrugado, láminas metálicas y HDPE (polietileno de alta
densidad). La elección de un material para una aplicación dada depende del
tamaño de tubería, requerimientos de presión, resistencia a la corrosión
interna y externa, facilidad de manipulación e instalación.
Los factores
primarios gobernando la selección de la clase de presión de una tubería son (1)
la presión de operación máxima en estado estacionaria, (2) presiones
transitorias y picos de voltaje, (3) cargas de tierra externas y cargas vivas,
(4) variación de las propiedades de las tuberías con la temperatura o efectos
de carga a largo plazo, y (5) daño que puede resultar como consecuencia de
ataques químicos. La influencia de los tres primeros ítems pueden
cuantificarse, pero las dos últimas son muy subjetivas y generalmente se
consideran con un factor de seguridad que es el ratio de la presión de ruptura
respecto a la presión nominal.
No hay
procedimientos estándar sobre el factor de seguridad aplicado. Algunos pueden considerar que es lo bastante
grande como para considerar todas las incertidumbres. Un procedimiento es
recomendar la selección de la clase de presión de una tubería basándonos en la
presión de diseño interna (IDP) definida como:
Donde la Pmax es la presión de
operación en estado estacionario máxima, Ps
es el aumento de presión por golpe de ariete y SF es el factor de seguridad
aplicado para tener en cuenta los ítems no conocidos (3 a 5). Es típico un
factor de seguridad entre 3 y 4.
La presión
de operación máxima en estado estacionario (Pmax) en un sistema de
caudal por gravedad es usualmente la diferencia entre la elevación más alta del
depósito y la elevación más baja de la tubería. Para un sistema bombeado
usualmente la altura de la válvula de la
bomba se calcula basándonos en la elevación más baja de la tubería.
Las
presiones transitorias y elevaciones de voltaje dependen del diseño y operación
del sistema de tuberías. La presión más exacta de Ps requiere analizar el sistema usando técnicas de
computación modernas. El método más comúnmente usado es el “Método de
características”. Algunos de los estándares de diseño dan unas guías generales
para predecir Ps que puede
ser utilizado si no se hace un análisis transitorio detallado. Sin embargo, los
transitorios son complejos y normas simples son raramente exactas.
La selección del espesor de la pared para las tuberías
más grandes es a menudo más dependiente de la presión de colapso y de las
cargas manejadas. La tubería de gran diámetro y pared delgada puede ser
adecuada para resistir presiones internas relativamente altas pero pueden
colapsar bajo presión interna negativa o, si la tubería se entierra, el suelo y
la presión subterránea más cargas vivas pueden ser suficientes para causar el
colapso incluso si la presión en el interior de la tubería es positiva.
Ver 3ª PARTE
Ver 3ª PARTE
0 comentarios:
Publicar un comentario