PÉRDIDA DE CARGAS LOCALES

I. PÉRDIDAS DE CARGAS LOCALES (FLUJO TURBULENTO):

Las pérdidas de cargas locales o singulares ocurren en determinados puntos de la tubería y se deben a la presencia de algo especial que se denomina genéricamente singularidad: un codo una válvula, un estrechamiento, etc.

Las pérdidas de cargas locales se expresan genéricamente en función de la altura de la velocidad de la tubería.

hloc=kV 2

2g

Analizaremos las principales pérdidas locales en flujo turbulento:

A. Entrada o embocadura.Corresponde genéricamente al caso de una tubería que sale de un estanque.

A la entrada se produce una pérdida de carga hloc originada por la contracción de la vena

liquida. Su valor se expresa por la siguiente ecuación:

hloc=kV 2

2gExpresión en la que V es la velocidad media de la tubería.a) Bordes agudos:

b) Bordes ligeramente redondeados(r, es el radio de la curvatura):

c) Bordes acampanados (perfectamente redondeados):

d) Bordes entrantes (tipo Borda):

B. Ensanchamiento del conducto. Este ensanchamiento pode ser brusco o gradual.

a) Ensanchamiento brusco:

La pérdida de carga en el ensanchamiento brusco se calcula analíticamente a partir de la ecuación de la cantidad de movimiento. Entre las secciones 1 y 2 la ecuación de la energía es:

V 12

2 g+P1γ

=V 2

2

2 g+P2γ

+hloc

Se ha considerado que el coeficiente de Coriolis es 1.

Haciendo algunas transformaciones algebraicas se llega a:

P1−P2γ

=V 2

2

2g+V 2

2

2g−2V 1V 2g

+V 1

2

2 g−V 1

2

2g

Agrupando se obtiene:

V 12

2 g+P1γ

=V 2

2

2 g+P2γ

+(V 1−V 2)

2

2 g

→hloc=(V 1−V 2)

2

2 gExpresión que se conoce también con el nombre de borda.

Este resultado teórico está confirmado por los experimentos.

b) Ensanchamiento gradual:

La pérdida de energía en un ensanchamiento gradual (cónico) ha sido estudiada experimentalmente, entre otros, por Gibson. En una expansión gradual se producen torbellinos y vórtices a lo largo de la superficie de separación.

Con el objeto de disminuir la pérdida de carga en un cambio de sección se puede recurrir a una expansión curva.

En algunos casos se usa una expansión mixta o escalonada combinando una expansión gradual y una brusca.

C. Cambio de dirección.

Un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades. Se producen zonas de separación del escurrimiento y de sobrepresión en el lado zonasde separación del escurrimiento y de sobrepresión en el lado exterior. El caso más importante es el codo de 90°. La pérdida de carga es:

hloc=0.9V 2

2 g

Para el codo a 45° la pérdida de carga es:

hloc=0.42V 2

2 g

Para el codo de curvatura fuerte la pérdida de carga es:

hloc=0.75V 2

2 g

D. Válvulas y Boquillas.

Una válvula produce una pérdida de carga que depende del tipo de válvula y del grado de abertura. Los principales valores de K son:

Válvula globo (completamente abierta) = 10

Válvula de compuerta (completamente abierta) = 0,19

Válvula check (completamente abierta) = 2,5

Los valores aquí señalados son meramente referenciales pues varían mucho con el diámetro de la tubería y el grado de abertura. En una boquilla la pérdida de carga es:

hloc=( 1C v2−1)

V s2

2 g

Cv es el coeficiente de velocidad y Vs es la velocidad de salida.hloc es la pérdida de carga en la boquilla.

II. PÉRDIDAS DE CARGA LOCALES (FLUJO LAMINAR):

Por lo general en el flujo laminar las pérdidas de carga locales son muy pequeñas comparadas con las pérdidas de carga continuas.Tal como se mostró en la figura del ensanchamiento brusco, las dos ecuaciones fundamentales para el cálculo son:

α 1V 12

2g+P1γ

=α2V 22

2 g+P2γ

+Z2+hloc .

(P1−P2 ) A2=ρQ (β2V 2−β1V 1)

α es el coeficiente de Coriolis, β es el coeficiente de Boussinesq, V es la velocidad media, p es la presión, γ el peso específico del fluido, ρ su densidad, Q el gasto, A el área de la sección transversal. Los subíndices 1 corresponden al tramo ubicado aguas arriba y los subíndices 2 al tramo ubicado aguas abajo. Para el flujo laminar consideramos:

α 1=α 2=2

β1=β2=4 /3