Cálculo de Pérdidas de Carga en Tuberías

Introducción

• Tema del vídeo: Cómo calcular las pérdidas de carga en una tubería.
• Conceptos a cubrir:
  • Pérdidas de carga a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach.
  • Factores de los que dependen las pérdidas de carga.
  • Concepto de pendiente hidráulica o pérdidas unitarias.
  • Ejemplo práctico utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach.

Conceptos Básicos

Ecuación de Bernoulli

• Usada para localizar pérdidas de fricción en tuberías.
• Suma de todas las pérdidas entre dos puntos de una instalación.
• Pérdidas de carga: Asociadas a la fricción del agua en las paredes del tubo y entre partículas.

Factores que Afectan las Pérdidas de Carga

• Velocidad del caudal: Influye en la fricción.
• Características físicas de la tubería:
  • Longitud: Directamente proporcional a las pérdidas de carga.
  • Diámetro: Inversamente proporcional a las pérdidas de carga.
• Factor de fricción de Darcy: Representa la interacción entre el fluido y la estructura.

Ecuaciones y Variables

• Ecuación general de Darcy-Weisbach: Relaciona las pérdidas de carga con el factor de fricción, longitud y diámetro del tubo.
• Expresiones matemáticas:
  • Pérdidas de fricción = ( f \cdot L \cdot V^2 / (2 \cdot g) )
  • Alternativa considerando caudal: ( 8 \cdot f \cdot L / (\pi^2 \cdot g \cdot D^5) )
  • Resistencia de la tubería: Metros de columna de agua/metros cúbicos por segundo al cuadrado.

Cálculo del Factor de Fricción

• Procedimientos:
  • Zonas laminares y turbulentas (lisas y rugosas).
  • Ecuación de Colebrook: Basada en rugosidad relativa y número de Reynolds.
  • Ecuación de Swamee-Jain: No iterativa y aplicable a un amplio rango de instalaciones.

Rugosidad y Relación con el Diámetro

• Datos de rugosidad pueden obtenerse de tablas o del fabricante.
• La rugosidad relativa es la relación entre rugosidad y diámetro del tubo.
• Ábaco de Moody: Usado para estimar el factor de fricción.

Pendiente Hidráulica

• Representa pérdidas por unidad de longitud de tubería.
• Usada en el diseño de instalaciones.
• Cálculo: A partir de la ecuación de Darcy-Weisbach o directamente de las pérdidas de carga y longitud del tubo.
• Unidades: Metros por kilómetro, milímetros por metro, o metros por metro.

Ejemplo Práctico

• Datos iniciales:
  • Material de la tubería: Polietileno.
  • Diámetro nominal, grosor, rugosidad, longitud y caudal.
• Cálculos:
  • Diámetro interior y velocidad del agua.
  • Número de Reynolds y rugosidad relativa.
  • Uso de ecuación de Swamee-Jain para factor de fricción.
  • Cálculo de pérdidas de carga y pendiente hidráulica.

Conclusión

• Resumen de cómo calcular pérdidas de carga y los factores que afectan.
• Importancia del factor de fricción y métodos para su cálculo.
• Relevancia de la pendiente hidráulica en el diseño de instalaciones.