Tuberias

TUBERÍAS, LÍNEA PIEZOMÉTRICA Y LÍNEA DE ENERGÍA

INTRODUCCIÓN

El término tuberías induciría a pensar, en principio, que solo se toma en cuenta a las conducciones de sección circular. Excluiría, por ello, aquellas que utilicen otra variedad de sección transversal, como un “box culvert”.

No es así realmente. Ocurre que el denominativo de hidráulica de tuberías se ha impuesto ampliamente en la práctica de la ingeniería, en vista del empleo intensivo, en flujo a presión, de conducciones circulares. Por tanto, pareciera más conveniente, desde un punto de vista metodológico, usar el término hidráulica de conductos a presión (Cadavid, 2006).

RÉGIMENES DE CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS

Al hablar de régimen hidráulico en tuberías se hace referencia al comportamiento de las partículas de fluidos al moverse. De esta forma podemos hablar de régimen laminar y régimen turbulento. El primero hace mención a las partículas que se mueven siguiendo trayectoria unifórmales, organizadas por capas concéntricas adyacentes, deslizándose una sobre otra pero sin mezclarse. El líquido en una tubería se moverá pues en el sentido de la corriente pero la velocidad a la que se deslizan unas capas sobre otras será creciente, mínima junto a la pared del tubo y máxima a llegar a eje del tubo. Este régimen se cumple fielmente la ley de Viscosidad de Newton. El régimen laminar ocurre en pocos caos como finales de tuberías donde la velocidad es mínima, en tubos de mando hidráulico o en microtubos de riego.

Por otra parte el régimen turbulento es el más habitual. Las partículas liquidas se mueven ahora siguiendo trayectoria erráticas y formando turbulencias o torbellinos. Las capas ya no son paralelas deslizándose unas sobre otras sino que se mezclan por completo (García, 2006).

RUGOSIDAD INTERNA EN TUBERÍAS

Las rugosidades existentes en las paredes internas de una tubería son difíciles de determinar. La rugosidad `puede ser debida a un sin número de obstáculos o irregularidades de distinto tamaño, forma, distribución geométrica y distancia media. De ahí hay que suponer que materiales semejantes tendrán una distribución de irregularidades semejantes, por ello cada material, en su distinta calidad, se halla representado por un coeficiente empírico de rugosidad distinto, que forma parte de la ecuación del movimiento, es decir, adopta un valor promedio que es lo que llamamos rugosidad absoluta, la cual depende del material que constituye la tubería y del estado de uso en el que se encuentra; se expresa en mm. La rugosidad tiene gran importancia a la hora de determinar la pérdidas de carga producida a los largo de una conducción (rozamientos).

Se denomina rugosidad relativa de una tubería (ε) al coeficiente existente entre su rugosidad absoluta y su diámetro interior (D), ambos expresados en las mismas unidades. Esta será la que realmente influya en la pérdida de la carga (Afif, 2004).

PÉRDIDAS DE CARGA

Las pérdidas de carga son las pérdidas de presión que sufren los fluidos en su circulación a través de las tuberías y conductos. Son debidas a los rozamientos de los fluidos con las paredes de las tuberías o conductos y a los rozamientos entre las distintas capas de fluido.

Se distinguen dos tipos de pérdidas de carga:

- Pérdidas de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubería o conducto.

- Pérdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios.

Los fluidos pueden ser comprimibles o gases (aire, gases combustibles, humos, etc.), e incomprimibles o líquidos (agua, aceites, gasóleo, etc.); en este tema se estudia únicamente el caso del agua, aunque las expresiones teóricas que se analizan son válidas para todos los fluidos.

LÍNEA PIEZOMÉTRICA

La línea piezométrica es la gráfica de las presiones a lo largo del conducto. La presión respectiva es la presión del líquido o fluido menos la presión atmosférica y esa característica se mide a lo largo de todo el conducto, expresando su longitud como las abscisas de la gráfica. Si la presión relativa se expresa en altura de una columna de un líquido, es necesario dividirla entre el peso específico del líquido de la columna manométrica. Si la “x” es la longitud, p es la presión en el conducto, y pa es la presión ambiental, la línea piezométrica se determina en la forma general:

La altura de presión en una sección se calcula mediante la ecuación de Bernoulli (desde el nivel del liquido en el recipiente de abastecimiento) y esa altura sería la que alcanzaría el líquido en un tubo piezométrico que se instala en la sección considerada (a la distancia x de origen del conducto).

El nombre de “línea piezométrica” viene, precisamente, de las alturas del líquido que se obtendrían instalando tubos piezométrico a lo largo del conducto (Luszczewski, 2004).

LÍNEA DE ENERGÍA

Son líneas que permiten visualizar los componentes de la energía hidráulica de un fluido en movimiento a lo largo de un conducto. Si se determinan las cotas de alturas totales CAT y las cotas de alturas piezométricas CAP y se unen mediante líneas rectas se obtienen la línea de alturas totales LAT, y la línea de alturas piezométricas LP en término de presiones relativas, respectivamente.

MATERIALES

o Red de tuberías.

o Manómetro de mercurio de rama abierta.

o Manómetro de mercurio de rama cerrada.

o Flexómetro.

o Cronómetro.

o Recipiente de volumen conocido.

METODOLOGÍA

1. Se abrió la válvula de paso a ¼ de vuelta.

2. Se midió el gasto que salía por la tubería con el método volumétrico.

a) Se midió el tiempo en que se llenaba un recipiente de un volumen conocido con el gasto que salía de la

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