SIN ENERGÍA NO HAY MOVIMIENTO
Cuando deseemos transportar agua de una zona a otra precisaremos de una energía que mueva esa agua hasta donde necesitemos que llegue. La presión necesaria para trasladar el agua la puede proporcionar por ejemplo un equipo de bombeo.
Otra forma de suministrar energía al agua es aprovechar el desnivel o diferencia de cota en el terreno. Supongamos un depósito de agua del que sale una tubería y al final tenemos una válvula cerrada. Si la diferencia de cota fuese de 50 metros entre la lámina de agua del depósito y la válvula, la presión que ejercería el agua en la válvula sería de 50 mca, es decir, de 5 kg/cm2.
Ese sería el punto de mayor presión en la conducción. A medida que nos acercamos al depósito la presión que soporta la conducción disminuye. Por tanto los tubos más resistentes o de mayor presión nominal se colocan en los tramos finales de la conducción descendente y su valor de resistencia corresponderá con la presión estática que exista en cada punto, ya que la presión estática será la mayor presión ejercida.
Sin en vez de 50 metros, el depósito se encontrase a 100 metros, esta diferencia de cota ejercería una presión de 10 kg/cm2, el doble por tanto.
Cuando se pone en funcionamiento una red hidráulica, ya sea un bombeo o bien una conducción que utilice el desnivel geométrico para generar presión, se producirán unas pérdidas debidas al rozamiento del agua que circula por el interior de la tubería a las que se suman las pérdidas producidas en accesorios como válvulas, codos, etc.
Distinguiremos dos tipos de presiones:
1) Cuando la instalación no está funcionando tendremos una presión estática definida por la línea de nivel estático.
2) Cuando la instalación funciona, tendremos una presión dinámica definida por la línea piezométrica.
Imaginemos ahora el siguiente supuesto.
Si la válvula se encuentra cerrada la presión en el punto final de la conducción es la que ejerce el desnivel geométrico o diferencia de cota en los extremos (desnivel de 50 metros). La presión estática por tanto ejercida en la válvula sería de 5 kg/cm2.
Con la válvula abierta, la presión al final de la conducción será la presión estática menos las pérdidas de presión por rozamiento que se producen en el tubo y en la válvula. Si suponemos que estas pérdidas totales fuesen de 2 kg/cm2, al final de la conducción tendríamos una presión disponible de 3 kg/cm2 ya que
P dinámica = Hg – pérdidas = 50 – 20 = 30 mca (3 kg/cm2)
Esta presión disponible o presión de servicio debe de ser suficiente para el normal funcionamiento del equipo que se encuentre al otro lado de la válvula. Si al otro lado de la válvula tuviésemos por ejemplo un equipo de riego que necesitase 2,5 kg/cm2 de presión para funcionar, nos valdría. Si el supuesto equipo de riego necesitase 3,5 kg/cm2 para operar, no nos valdría. En este caso necesitaríamos una bomba auxiliar.
En el caso de una impulsión mediante grupo de bombeo, si la zona a regar está más elevada, el desnivel geométrico es otra pérdida o resistencia que hay que sumar, ya que el desnivel no juega a favor como en el caso anterior. Fijémonos en la imagen siguiente que representa una conducción en la que es necesario bombear el agua para llevarla a un campo de riego por aspersión que se encuentra más elevado con respecto al depósito de agua.
En este supuesto la presión que hay que aplicar al agua para que el sistema funcione adecuadamente sería la suma de la presión necesaria en los aspersores p, más el desnivel o altura geométrica Hg, más las pérdidas de carga totales producidas en toda la conducción, h. La suma de toda esta energía se conoce como altura manométrica (HMAN)
HMAN = Hg + h + p
Ejemplo
Supongamos que los aspersores deben funcionar a 3,5 kg/cm2 de presión, que la altura geométrica fuese de 12 metros y las pérdidas en toda la conducción fueran de 1,5 kg/cm2. La presión que tendría que suministrar la bomba se calcularía como:
HMAN = 12 + 15 + 35 = 62 mca (6,2 kg/cm2)
Cuando se trata de impulsiones elevadas, las líneas de presión son las representadas en el siguiente esquema:
Vemos que, a diferencia de una conducción que utiliza el desnivel geométrico para suministrar energía al agua, cuando se trata de impulsiones elevadas, la mayor presión hidráulica se sitúa en la zona más cercana a la bomba; a medida que nos alejamos de ésta y debido al efecto de la pérdida de carga, la presión que soporta la conducción disminuye progresivamente. Los tubos más resistentes o de mayor presión nominal se instalan en los primeros tramos de la conducción.
Con este quinto y último post llegamos al final de la serie Fundamentos Básicos de Hidráulica. Espero que les haya resultado provechosos los artículos y, para aquéllos que hacía tiempo que no leían temas de hidráulica, les haya refrescado conocimientos.
A continuación, y para terminar, relaciono la bibliografía básica que he consultado para escribir el capítulo Hidráulica Aplicada que se incluye en el libro Diseño Agronómico e Hidráulico de Riegos Agrícolas a Presión.
Bibliografía sobre hidráulica
5 libros recomendados
CABRERA, E., ESPERT, V., GARCIA-SERRA, J., MARTINEZ, F. (1996) Ingeniería Hidráulica. UD Mecánica de Fluidos. Universidad Politécnica de Valencia.