Rugosidad

PÉRDIDAS DE CARGA EN CONDUCTOS A PRESIÓN

XIII.1 OBJETIVOS • • • • Identificar las diferentes formas de pérdidas en tuberías a presión Calcular las pérdidas de energía hidráulica. Medir parámetros necesarios para el calculo de los coeficientes de pérdidas hidráulicas. Determinar el comportamiento hidráulico del conducto.

XIII.2 GENERALIDADES Un líquido que se mueve a través de un conductocon flujo a presión, posee en cualquier sección una energía hidráulica compuesta por tres clases de energía que son: • • • Energía potencial. Energía de presión. Energía cinética.

Estas energías, expresadas por unidad de peso del líquido en movimiento, representan alturas o cabezas de energía respecto a un plano o nivel de referencia. Z P/γ V 2 2g ∑hp : energía potencial por unidad de peso. :energía de presión por unidad de peso o cabeza de presión. : energía cinética por unidad de peso o cabeza de velocidad. : pérdidas totales constituidas por pérdidas por fricción y locales.

La energía total será: Hi = Zi + Pi Vi 2 + γ 2g (XIII.1)

XIII.3 ECUACIÓN DE LA ENERGÍA Teniendo en cuenta la pérdida de carga entre dos puntos del conducto se establece una igualdad de energías llamadaEcuación de Energía.

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XIII.2

Z1 +

P V1 P V 1 + = Z 2 + 2 + 2 + ∑ hp γ 2g γ 2g

2

2

(XIII.2)

O también: H1 = H 2 + ∑ h p de aquí que: (XIII.3)

∑h

p

= H1 − H 2

(XIII.4)

en donde: : Energía total en el punto 1. H1 : Energía total en el punto 2. H2 XIII.3.1 Pérdidas de energía

Al desplazarse el líquido de un punto aotro del conducto, la energía total va disminuyendo, debido a la fricción ocasionada por el movimiento del agua en la tubería, o por pérdidas locales provocadas por las piezas especiales y demás características de una instalación, tales como curvas, registros, derivaciones, reducciones o aumento de diámetro, etc. (Figura XIII.1 y Figura XIII.2).

Figura XIII.1 Pérdidas por fricción.

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XIII.3

Figura XIII.2 Pérdidas locales o por aditamentos, por ejemplo una ampliación. Modificado Sotelo A., G. 1982. XIII.3.2 Líneas de energía

Línea de alturas totales (LAT): Es la línea que une los puntos que representan las energías: potencial, de presión y cinética, a lo largo del conducto. Tiene las siguientes características: 1. Siempre desciendeen el sentido del flujo. 2. En tramos rectos con flujo uniforme mantiene constante su pendiente. Línea de alturas piezométricas (LAP): Esta línea une los puntos que representan la energía de presión o sea hasta donde el fluido subiría si se instala un piezómetro. La línea de alturas piezométricas tiene las siguientes características: 1. Está por debajo de la LAT una diferencia vertical igual a lacabeza de velocidad en cada punto V 2 2 g . 2. En tramos rectos con flujo uniforme es paralela a la LAT. 3. Normalmente es descendente en el sentido del flujo, pero asciende cuando se encuentra con una ampliación del diámetro de la tubería. 4. En condiciones estáticas es horizontal. 5. Puede pasar por debajo de la conducción cuando las presiones relativas son negativas. XIII.3.3 Gradientes deenergía

Gradiente hidráulico o de alturas totales ( Sf )

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XIII.4

Representa la variación de la energía total respecto a la variación de la longitud real del conducto. Este gradiente expresa a su vez, la pérdida por fricción por unidad de longitud de conducto. Sf = hf L dH H1 − H 2 h f = = dL L L : pérdidas por fricción. : longitud real deltramo. (XIII.5)

Gradiente piezométrico (GP) Representa la variación de los niveles de la línea piezométrica respecto a la variación de la longitud real del conducto. Z + P  1 1γ GP =   −  Z + P2    2 γ     L

(XIII.6)

Los gradientes hidráulicos y piezométricos son iguales cuando el flujo es uniforme. Los piezómetros antes y después de cada aditamento deben ubicarse a una...