perdidas de carga

Cálculo de pérdidas de carga en tuberías
La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida
de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del
rozamiento. A continuación se resumen las principales fórmulas empíricas
empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en tuberías:
1. Darcy-Weisbach (1875)
2. Manning (1890)
3.Hazen-Williams (1905)
4. Scimeni (1925)
5. Scobey (1931)
6. Veronesse-Datei
7. Pérdidas de carga en singularidades
Darcy-Weisbach (1875)
Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de DarcyWeisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de
fricción ha caído en desuso en cálculos manuales. No obstante, actualmente
existen software que facilitan sucálculo. La fórmula original es:
Perd = h = f *(L / D) * (v2 / 2g)
En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma:
Perd = h = 0,0826 *( f * Q2 * L ) / D5
En donde:
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h: pérdida de carga o de energía (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de lagravedad (m/s2)
Q: caudal (m3/s)
El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del
coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr):
f = f (Re, εr);




Re = D * v / vc;

vc: viscosidad cinemática del fluido (m2/s)
ε: rugosidad absoluta de la tubería (m)

εr = ε / D

En la siguiente tabla se muestran algunos valores derugosidad absoluta para
distintos materiales:
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES
Material

ε
(mm)

Material

ε (mm)

Plástico (PE, PVC)

0,0015

Fundición asfaltada

0,06-0,18

Poliéster reforzado con fibra
de vidrio

0,01

Fundición

0,12-0,60

Tubos estirados de acero

0,0024

Acero comercial y soldado

0,03-0,09

Tubos de latón o cobre

0,0015

Hierro forjado0,03-0,09

Fundición revestida de
cemento

0,0024

Hierro galvanizado

0,06-0,24

Fundición con revestimiento
bituminoso

0,0024

Madera

0,18-0,90

Fundición centrifugada

0,003

Hormigón

0,3-3,0

Radio Hidráulico (Rh): en el caso de conductos de sección transversal
NO circular (cuadrada, rectangular u otra), se puede usar el concepto de radio
hidráulico, el quese fundamenta en el hecho que la pérdida de carga depende
de la razón área de la sección transversal (A) dividida por el perímetro en
contacto con fluido (Pm = perímetro mojado)
Rh = A / Pm
Es decir, dos secciones que tengan el mismo Rh asocian la misma pérdida de
carga aunque sean geométricamente distintas.
Ejemplo: el Rh para un círculo a sección llena es D/4
En consecuencia, en losparámetros adimensionales:
L/D;

Re = D * v / vc;

εr = ε / D

Se remplaza el diámetro (D) por cuatro veces el Rh de la otra sección de interés.
D = 4 * Rh
IMPORTANTE:
Dicho remplazo NO es válido en la ecuación del área de la
sección transversal de un círculo.
El área de una sección transversal particular se calcula con la ecuación
particular que corresponda.

Para el cálculo de "f"existen múltiples ecuaciones, a continuación se exponen
las más importantes para el cálculo de tuberías:
f = 64 / Re
Es aplicable sólo a Régimen LAMINAR
Nótese que f es sólo función de la viscosidad. La rugosidad de la pared queda
cubierta por una capa de fluido que se mueve muy lentamente y por lo tanto,
en es este caso la rugosidad no influye en la pérdida de carga.

Blasius (1911). Proponeuna expresión en la que "f" viene dado en
función del Reynolds, válida para tubos lisos, en los que εr no afecta al
flujo al tapar la subcapa laminar las irregularidades. Válida hasta Re <
100000:
f = 0,3164 * Re-0,25

Prandtl y Von-Karman (1930). Amplían el rango de validez de la fórmula
de Blasius para tubos lisos:
1 / √f = - 2 log (2,51 / Re√f )

Nikuradse (1933) propone una...