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Fundamentos básicos de hidráulica (2 de 5)

LAS PÉRDIDAS DE ENERGÍA


Continuamos en este segundo post con la serie Fundamentos Básicos de Hidráulica. En esta nueva entrada veremos por qué se producen las pérdidas de energía de la instalación de presión y cómo se cuantifican.


Debido al rozamiento, a los cambios de dirección, a los accesorios como codos, derivaciones, válvulas, etc. el agua al circular por las tuberías va perdiendo poco a poco energía y esto se traduce en una pérdida progresiva de presión en el sistema. Esta pérdida de presión se denomina comúnmente pérdida de carga. Asimismo la pendiente también contribuye a la pérdida de presión, si fuese ascendente; si fuera descendente hace que aumente la presión. Pero no debemos de confundirnos. Las pérdidas de presión debidas al rozamiento son absolutamente independientes de la topografía del terreno por donde circule la conducción. Es decir, una tubería con un diámetro y caudal circulante determinado tendrá las mismas pérdidas de carga tanto si es ascendente el trazado como si fuese descendente.


Fig. 1 Pérdida de presión en una tubería debido al rozamiento del agua en las paredes del tubo. El manómetro de la derecha registra menos presión que el de la izquierda.



La fórmula básica para el cálculo de pérdidas de carga en tuberías la encontramos en la expresión:


En la que ht son las pérdidas de carga en mca (metros de columna de agua)


L es la longitud de la tubería, en metros


J es la pérdida de carga del tubo por cada 100 metros lineales (este dato lo proporciona el fabricante o se puede encontrar en tablas, y depende del caudal que transporte el tubo). Si el valor de J se da en metros de tubo por metro de conducción, entonces ht= J · L


Ejemplo


¿Qué pérdida de carga tendrá una tubería de 250 metros de longitud si J es igual a 3 mca por cada 100 metros?


Aplicamos directamente la fórmula; la pérdida de carga en ese tramo sería:


ht = 3 · 250 / 100 = 7,5 mca



Respecto a las pérdidas de carga de los accesorios, si nos centramos en las instalaciones de riego, se suelen considerar en conjunto como un porcentaje de las pérdidas de carga del tubo, por lo que normalmente se estiman en un 15 % de las pérdidas de carga de la tubería.


Así, en el ejemplo que acabamos de ver, si consideramos que la conducción tiene sus codos y curvas, la pérdida de carga estimada de estos accesorios sería ha = 15% de 7,5 = 15 · 7,5/100 = 1,1 mca.


Las pérdidas de carga totales de la conducción serán suma de las del tubo más la de los accesorios, es decir:


Siguiendo con el último ejemplo las pérdidas totales de la conducción serán:


H = 7,5 + 1,1 = 8,6 mca



Para transportar el agua por las tuberías se necesita energía. El valor de esta energía es lo que finalmente hará que el agua ejerza una mayor o una menor presión sobre la superficie interna de los tubos y sobre el resto de los elementos de la instalación como codos, derivaciones, válvulas, etc.

Fig. 2 El agua ejercerá una mayor o una menor presión sobre la superficie interna de los tubos según la cantidad de energía que tenga. La energía la proporciona el equipo de bombeo por ejemplo.



Supongamos que tenemos que elevar agua desde un pozo a un depósito; deberemos de emplear energía mediante el uso de una bomba para poderlo hacer. Asimismo, en instalaciones a presión para riego por aspersión o por goteo, normalmente también necesitaremos emplear una bomba para transmitir la energía necesaria al agua para que el sistema funcione adecuadamente.


Sin dejar el ejemplo anterior, si imaginamos que al final de la conducción se instalan unos aspersores que deban funcionar a 3 bar de presión (30 mca), la energía necesaria que habría que transmitir al agua para que los aspersores funcionasen correctamente sería la suma de la presión de funcionamiento de los aspersores más las pérdidas de carga de la instalación, es decir, 30 + 8,6 = 38,6 mca o 3,86 kg/cm2.


Por tanto el equipo de bombeo debe de transmitir la energía necesaria al agua para que se mueva y esta energía producirá finalmente, cuando la instalación se encuentre en carga (es decir totalmente llena de agua) una presión que actuará sobre toda la superficie interior de las tuberías y de los accesorios de la instalación. A mayor energía mayor presión. Debido a las pérdidas de carga, la presión irá disminuyendo a lo largo de la conducción cuando el equipo se encuentre en funcionamiento, pues la energía disminuye debido al rozamiento del agua producido en las paredes de tubos y accesorios, como codos, derivaciones, válvulas, acoples, etc.


Fig. 3 En la mayor parte de las instalaciones de riego necesitaremos de una bomba para transmitir la energía necesaria al agua. La bomba tiene que vencer la altura geométrica (supongamos 20 metros) más las pérdidas de presión en tubos y accesorios.



En el supuesto de la Figura 3, la presión que habrá que aplicar al agua para que el sistema funcione adecuadamente será la suma de la presión necesaria en los aspersores p (30 mca), más el desnivel o altura geométrica Hg (20 metros), más las pérdidas de carga totales producidas en toda la conducción, H (8,6 metros). La suma de toda esta energía se conoce como altura manométrica (HMAN), y para este caso concreto tendría un valor de:


HMAN = Hg + H + p = 20 + 8,6 + 30 = 58,6 mca = 5,86 bar



Continuará…



Imagen de portada:


La catarata, de Edgar Müller


Edgar Müller (o Mueller) es el artista callejero de pinturas 3D más conocido a nivel mundial.


Mueller nació en 1968 en Alemania y su disciplina artística se llama madonnari. Los madonnari son artistas que crean pinturas en el pavimento de las ciudades.


La gracia de estas pinturas radica en que están pintadas de tal forma que al ser miradas desde un punto concreto las figuras encajan mágicamente en el paisaje urbano, provocando el asombro de los espectadores.


Mueller tiene el record Guinness de la obra más grande pintada sobre el pavimento.




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