Fundamentos básicos de hidráulica (II)

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Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Colegiado. He trabajado en diversas organizaciones públicas y privadas (Consejería de Agricultura de Castilla-La Mancha, TRAGSA, Uralita Sistemas de Tuberías...) Actualmente dirijo el consulting técnico HUTECH.
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Transporte del agua por las tuberías

Debido al rozamiento, a los cambios de dirección, a los accesorios como codos, derivaciones, válvulas, etc. el agua al circular por las tuberías va perdiendo poco a poco presión. Esta pérdida de presión se denomina comúnmente pérdida de carga. Asimismo la pendiente también contribuye a la pérdida de presión, si fuese ascendente; si fuera descendente hace que aumente la presión.


Fig. 3 Pérdida de presión en una tubería debido al rozamiento del agua en las paredes del tubo. El manómetro de la derecha marca menos presión que el de la izquierda.


La fórmula básica para el cálculo de pérdidas de carga en tuberías se encuentra en la expresión:

En la que ht son las pérdidas de carga del tubo en mca

L es la longitud de la tubería en metros

J es la pérdida de carga del tubo por cada 100 metros lineales (este dato lo proporciona el fabricante o se puede encontrar en tablas, y depende del caudal que transporte el tubo). Si el valor de J se da en metros de tubo por metro de conducción, entonces ht = J · L

Ejemplo 4. ¿Qué pérdida de carga tendrá una tubería de 250 metros si J es igual a 3 metros por cada 100 metros?

Aplicamos directamente la fórmula; la pérdida de carga en ese tramo sería:

ht = 3 · 250 / 100 = 7,5 mca

Respecto a las pérdidas de carga de los accesorios, en las instalaciones de riego se suelen considerar en conjunto como un porcentaje de las pérdidas de carga del tubo, por lo que normalmente se estiman en un 15 % de las pérdidas de carga de la tubería.

Así, en el ejemplo 4 que acabamos de ver, si consideramos que la conducción tiene sus codos y curvas, la pérdida de carga de estos accesorios sería ha = 15% de 7,5 = 15 · 7,5/100 = 1,1 mca.

Las pérdidas de carga totales serán suma de las del tubo más la de los accesorios, es decir:

Siguiendo con el último ejemplo las pérdidas totales de la conducción serán:

H = ht + ha = 7,5 + 1,1 = 8,6 mca

Para transportar el agua por las tuberías hace falta una energía. El valor de esta energía es lo que finalmente hará que el agua ejerza una mayor o una menor presión sobre la superficie interna de los tubos y sobre el resto de los elementos de la instalación como codos, derivaciones, válvulas, etc.


Fig. 4 El agua ejercerá una mayor o una menor presión sobre la superficie interna de los tubos según la cantidad de energía que tenga. La energía la proporciona una bomba por ejemplo.

Supongamos que tenemos que elevar agua desde un pozo a un depósito; deberemos de emplear energía mediante el uso de una bomba para poderlo hacer. Asimismo, en instalaciones a presión para riego por aspersión o por goteo, normalmente también necesitaremos emplear una bomba para transmitir la energía necesaria al agua para que el sistema funcione adecuadamente.

Sin dejar el ejemplo 4, si imaginamos que al final de la conducción se instalan unos aspersores que deben funcionar a 3 bar de presión, la energía necesaria que habría que transmitir al agua para que los aspersores funcionasen correctamente sería la suma de la presión de funcionamiento más las pérdidas de carga de la instalación, es decir, 3 + 8,6 = 11,6 kg/cm2

Debido a las pérdidas de carga, la presión irá disminuyendo a lo largo de la conducción cuando se encuentre en funcionamiento, pues la energía disminuye debido al rozamiento del agua en las paredes de tubos y accesorios y a las pérdidas que causan estos accesorios como codos, derivaciones, válvulas, etc.

El equipo de bombeo transmitirá la energía necesaria al agua para que se mueva y esta energía producirá una presión que actuará sobre toda la superficie interior de las tuberías y de los accesorios de la instalación. A mayor energía mayor presión.


Fig. 5 En la mayor parte de las instalaciones de riego necesitaremos de una bomba para transmitir la energía necesaria al agua. La bomba tiene que vencer la altura geométrica más las pérdidas de presión en tubos y accesorios.


Continuará....

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