Pérdidas de Carga

Cuando un líquido circula por el interior de una tubería recta su presión disminuye linealmente a lo largo de la misma, aunque esté en posición horizontal. Esto es debido a la fricción entre el líquido con las paredes interiores de la tubería, como resultado del rozamiento interno entre sus moléculas.
Esta caída de presión Δp, se llama pérdida de carga, y depende entre otras variables de la longitud L de tubo considerada (distancia entre los dos puntos en que se mide la presión), del diámetro D de la tubería, la velocidad, el peso específico pe del fluido y de un coeficiente de rozamiento, λ, que depende de la rugosidad de la superficie interior de la tubería y de las características de la corriente fluida.
Si en lugar de utilizar unidades de presión propiamente dichas, usamos “altura de columna de agua”, ΔH, podemos expresar estas pérdidas como:

ΔH = λ[dR(L/D)(v2/2g)]

Donde:

λ Coeficiente de rozamiento del fluido caloportador.
dR Densidad relativa del fluido caloportador con respecto al agua.
L Longitud del tramo de tubería considerado.
D Diámetro de la tubería.
v Velocidad de circulación del fluido caloportador por la tubería.
ΔH Pérdida de carga en un tramo de tubería horizontal de longitud L, expresada en mca.

La pérdida de carga unitaria, H, es:

H = ΔH/L = λ[dR(1/D)(v2/2g)]

En general, la determinación de λ es difícil, recurriendo en la práctica a ábacos (ver tablas del final de la página) para calcular estas pérdidas.

Los metros de columna de agua, mca, representan la altura en metros que tendría una columna vertical de agua para que la presión estática, en el fondo de la misma, fuese igual que la pérdida de carga que estemos considerando.

También hay que tener en cuenta que cuando la corriente pierde su uniformidad debido a obstáculos en la conducción, tales como válvulas, estrechamientos, codos, cambios de dirección, etc. se ocasionan pérdidas de carga locales o singulares que también hay que tener en cuenta, ya que para dimensionar correctamente las tuberías y el electrocirculador, siempre tenemos que considerar la pérdida de carga total, que es la suma de la lineal y de las pérdidas de carga locales.
Las pérdidas de carga locales son función directa del cuadrado de la velocidad y del tipo de obstáculo y responden a la expresión general:

ΔH’ = K (dR v’2/2g)

Donde:

K Coeficiente que depende del tipo de obstáculo.
dR Densidad relativa del fluido con respecto al agua.
v’ ´Velocidad del fluido al pasar por el obstáculo.
ΔH’ Pérdida de carga producida en el obstáculo, expresada en mca.

El cálculo de las pérdidas de carga singulares en un circuito hidráulico también es complejo por lo que en la práctica, puede operarse mediante uno de los siguientes procedimientos:
→ Reducir todas las singularidades a una longitud equivalente de tubería, concepto de gran utilidad y que explicamos a continuación.
Si en una tubería existe una singularidad u obstáculo y la pérdida de carga que se produce en la misma es ΔH’, se puede suponer que dicha pérdida es igual a la que produciría un tramo recto de tubería cuya longitud LE fuese tal que:

ΔH’ = HLE

Donde:

ΔH’ Pérdida de carga producida en el obstáculo, expresada en mca.
H Pérdida de carga unitaria, expresada en mca por m de tubería.
LE Longitud equivalente de la singularidad u obstáculo considerado.
Existen tablas que expresan el valor de LE para unas condiciones medias
aproximadamente válidas en la mayoría de los casos que nos ocupan.

→ Valores recomendados de la longitud equivalente de los elementos más usuales presentes en una instalación. Si se dispone de ellos, siempre se preferirán los valores para cada caso específico, suministrados por el fabricante o extraídos de los correspondientes catálogos. La tabla produce resultados aceptables para unos diámetros medios de 20 mm a 40 mm, es decir, es válida para las pequeñas instalaciones.

Valores recomendados de la longitud equivalente de los elementos más usuales presentes en una instalación.
Valores recomendados de la longitud equivalente de los elementos
más usuales presentes en una instalación.
  • Expresando estas pérdidas como un % de las pérdidas lineales de la instalación.
    En este modo de operar se determinan las pérdidas de carga en las tuberías y estas se incrementan en un determinado % (habitualmente se suele escoger entre un 20% y un 30%) que corresponde a las singularidades u obstáculos y que la experiencia ha demostrado razonable.
    Esta forma de calcular las pérdidas locales tiene la ventaja de la simplicidad y la rapidez y aunque carece de rigor térmico, se suele utilizar en la mayoría de las instalaciones.
    Las pérdidas de carga dependen de la temperatura media del fluido caloportador.
    Si esta es distinta de 45 ºC, necesitamos aplicar un factor de corrección.

Factores de corrección de la pérdida de carga para temperaturas distintas de 45 ºC

Factores de corrección de la pérdida de carga para temperaturas distintas de 45 ºC
Factores de corrección de la pérdida de carga para temperaturas distintas
de 45 ºC

Si el líquido caloportador no es agua sino agua con anticongelante se deberá aplicar otro factor corrector para el cálculo de las pérdidas de carga, que supondremos aproximadamente igual a la raíz cuarta del cociente entre la viscosidad de la disolución y la del agua a la temperatura considerada.
Para el caso del etilenglicol y el propilenglicol podemos ver estos valores en los gráficos de “Viscosidad de una disolución de etilenglicol, en función de la temperatura” y “Conductividad térmica de una disolución de etilenglicol, en función de la temperatura (fig.23)”
Ten en cuenta que estos anticongelantes son los más utilizados en instalaciones de ACS.

Utilizando los métodos gráficos, hemos hallado la pérdida de carga de una tubería. ¿Cuánto variará dicha pérdida en el caso de que el fluido caloportador no sea agua pura, sino
una disolución de propilenglicol al 30%?

Solución:
A 45 ºC (temperatura a la que están calculados todos los gráficos de pérdidas de carga), la viscosidad del agua es aproximadamente igual a 0,6 centipoises y la del propilenglicol al 30% vale 1,4 centipoises (“Conductividad térmica de una disolución de etilenglicol, en función de la temperatura”).
la raíz cuarta del cociente vale (1,4/o.6)1/4 ≅ 1,24
Por tanto, la pérdida de carga aumentará en este factor (un 24%).

Existen dos tipos de pérdidas de carga, una debida al rozamiento interior del fluido caloportador con la tubería por donde circula, llamada pérdida de carga primaria o lineal y otra debido al paso del fluido por los accesorios (válvulas, codos, bombas, contadores, etc.) llamada secundaria o local.
Su unidad de medida más común es el metro de columna de agua (mca) siendo sus equivalencias las siguientes:
1 atm = 10,3 mca = 760 mmHg = 760 torr = 101.325 Pa


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