CONCEPTOS BASICOS
1.1 Masa y volumen.
Podemos definir que la masa es la
cantidad de materia que contiene un cuerpo. Nunca varía dependiendo del lugar
donde se encuentre.
La unidad de medida más utilizada es el
kilogramo que se representa kg.
El volumen de un cuerpo es el espacio
que ocupa. Los cuerpos sólidos poseen un volumen propio, así como los líquidos.
Los cuerpos sólidos se diferencian de los gaseosos de que tienen volumen
propio, aunque no forma; un cuerpo líquido se adapta siempre a la forma del
recipiente en el que está contenido. No obstante, ambos, (gases y líquidos), se
denominan fluidos, sean líquidos o gaseosos en una conducción de transporte.
La unidad de medida en el SI es el m.
1.2. Densidad.
D= m / V
D
= Densidad
M
= masa (Kg.)
V
= volumen (m3)
De donde podremos deducir que la unidad
de medida será el Kg. /cm.
Si referimos la cantidad de masa que
tiene un cuerpo estaremos hablando de la densidad de un cuerpo.
1.3 Peso y peso ESPECÍFICO.
La tierra ejerce una fuerza sobre los
cuerpos llamada gravedad. El resultado de esto se llama peso.
Se denomina peso específico de un
cuerpo al peso de su masa por unidad de volumen, es decir:
PE= m
X g / V
Donde;
PE
= peso especifico
M
= masa
G = aceleración
V
= volumen
Donde ya sabemos; PE
= m / V
1.4 Presión
La presión es el resultado de aplicar
la fuerza sobre una superficie:
P
= F / s
P
= Presión
F
= Fuerza
S
= superficie
La presión es inversamente proporcional
a la superficie sobre la que se aplica, es decir, cuanto menor sea la
superficie de aplicación, mayor será la presión y viceversa. Se expresa en (N)
newton.
1.4.1 presión estática y dinámica
Cuando tenemos un fluido en una
conducción, este ejerce una presión en las paredes que lo contiene, tanto s
está en movimiento como si está en reposo.
Presión estática es cuando el fluido
está en reposo.
El propio peso del fluido hace presión
sobre las paredes.
La presión dinámica es cuando el fluido
está en movimiento.
1.5 aparatos de medida
Los aparatos encargados de medir la
presión de un fluido son los manómetros.
Los barómetros son los encargados de
medir las presiones atmosféricas.
1.6 unidades de presión
Según hemos visto, la presión viene
dada por la expresión P=F/s.
Según el sistema internacional la
unidad que mide la presión es el N/m (a
la que se le llama pascal), pero esta medida es demasiada pequeña para trabajar
cómodamente. Por ello definimos una nueva unidad llamada bar de la
siguiente manera:
1 bar = 100.000 pascales
Además del bar se definen otras
unidades de presión como son el Kg/cm, la atmósfera, y el m.c.a. (metro de
columna de agua). La relación entre ellas es la siguiente:
1 kg/cm² = 1 bar = 1 atm = 10 mca
Así tenemos una presión de 2,5 kg/cm²;
tendremos una presión de 2,5 bar; 2,5 atm y 25 mca.
1.7 golpe de ariete
El golpe de ariete se produce como
consecuencia de la parada repentina del agua en una tubería, el que tiene lugar
por el cierre rápido de un grifo o de una llave de paso.
El golpe de ariete determina
inmediatamente un crecimiento de la presión del agua, que actuando sobre las
paredes del tubo, no solo puede deteriorarla o romperlas, sino también provocar
ruidos poco gratos.
El golpe de ariete se pone de relieve
en la conducción por la presencia de un resquebrajamiento de la canalización,
que puede determinar, en algunos casos, la rotura completa.
Y es que la maniobra de una llave
situada al extremo de una conducción no sirve exclusivamente para modificar el
caudal del agua, sino que actúa, de manera decisiva, sobre la velocidad de la
circulación y sobre la presión. De aquí que el cierre brusco, al determinar una
subida intempestiva y máxima de la presión, origine el golpe de ariete.
Hay varias
maneras de evitar o al menos reducir, el golpe de ariete. Una de ellas es
evitar el cierre o cierre brusco del agua. Para ello se colocarán grifo y
llaves de paso cuyo cierre sea gradual y lento. También se puede evitar
cerrando llaves y grifos despacio.
Otra manera de evitar golpes de ariete
es reducir la presión. Si la presión es excesiva las consecuencias del cierre
son peores ya que el agua llevará mayor velocidad y en consecuencia los efectos
serán mayores.
Podemos utilizar una válvula reguladora
de presión.
También se puede amortiguar el efecto
del golpe de arete con unos amortiguadores llamados antarietes. Se trata de
unos dispositivos cuya misión es absorber los cambios bruscos de presión que se
producen en las tuberías. Consisten en una cámara de aire vertical con acceso
del agua de la instalación por la parte inferior. Hay otro tipo de antiarietes
que consisten en un pistón y un muelle.
1.8 perdida de carga
Un fluido que se desplaza a lo largo de
una conducción va perdiendo presión debido al rozamiento con las paredes y con
las propias moléculas, esto es, se produce una pérdida de carga en la
conducción. Se entiende por perdida de carga a la perdida de presión en una
conducción.
Con el fin de garantizar una presión mínima
en los puntos de consumo, siempre habrá que dimensionar las conducciones de
forma proporcional a los caudales y presiones requeridas. Habrá, por lo tanto,
que tener en cuenta las pérdidas de presión que se van a producir a lo largo de
la instalación para que al final de la misma la presión tenga unos valores
aceptables.
La pérdida de carga en una instalación
se debe principalmente a dos factores, los rozamientos con los diferentes
elementos que forman parte de una instalación, y a la altura.
1.8.1 perdida de carga por altura
El agua pierde presión al subir hasta
una determinada atura. Para entender esto basta recordar cuando sucede cuando colocamos
una manguera en posición vertical. El agua sube hasta que llega un momento en
que pierde la presión y baja. Esto es debido al efecto de la gravedad terrestre
sobre el agua.
Por lo tanto siempre que debamos subir
el agua hasta una planta situada a una determinada altura, vamos a tener que
considerar una pérdida de presión debida a la altura hasta la que debemos
elevar el agua.
La presión que pierde el agua al subir
viene dada por los metros en columna hasta los que hay que elevar el agua. Así,
tenemos que subir el agua hasta una planta situada a 20 mts de altura,
perderemos una presión de 20 mca.
1.8.2 perdidas de cargas locales
A lo largo de una conducción, el agua
tendrá que atravesar diferentes obstáculos como llaves, codos, tes, curvas,
etc. Todas ellas harán que el agua pierda presión a su paso.
Para calcular la perdida de presión que
originan los diferentes elementos que se
intercalan en una conducción, calcularemos lo que se llama longitud equivalente
de un accesorio.
En tablas se recogen las longitudes
equivalentes en metros, de las perdidas localizadas de carga correspondientes a
distintos elementos singulares de las redes hidráulicas.
Por ejemplo, tenemos un codo de 90º de
¾ de diámetro. Para buscar su longitud equivalente nos vamos a la tabla donde
encontraremos que dicho codo equivale a 0,63 m. esto quiere decir que un codo de 90º de
¾ de diámetro producirá la misma perdida de presión que 0,63 m de tubería de su
mismo diámetro.
|
Elemento
|
Diámetros de las tuberías en pulgadas
|
|||||||||||
|
3/8
|
1/2
|
3/4
|
1
|
1 ¼
|
1½
|
2
|
2½
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
|
Diámetro de las tuberías en mm
|
||||||||||||
|
10
|
15
|
20
|
25
|
32
|
40
|
50
|
65
|
80
|
100
|
125
|
150
|
|
|
Manguito de unión
|
0.00
|
0.00
|
0.02
|
0.03
|
0.04
|
0.05
|
0.06
|
0.09
|
0.12
|
0.15
|
0.20
|
0.25
|
|
Cono de reducción
|
0.20
|
0.30
|
0.50
|
0.65
|
0.85
|
1.00
|
1.30
|
2.00
|
2.30
|
3.00
|
4.00
|
5.00
|
|
Codo o curva de 45º
|
0.20
|
0.34
|
0.43
|
0.47
|
0.56
|
0.70
|
0.83
|
1.00
|
1.18
|
1.25
|
1.45
|
1.63
|
|
Curvas de 90º
|
0.18
|
0.33
|
0.45
|
0.60
|
0.84
|
0.96
|
1.27
|
1.48
|
1.54
|
1.97
|
2.61
|
3.43
|
|
Codo de 90º
|
0.38
|
0.50
|
0.63
|
0.76
|
1.01
|
1.32
|
1.71
|
1.94
|
2.01
|
2.21
|
2.94
|
3.99
|
|
Te de 45º
|
1.02
|
0.84
|
0.90
|
0.96
|
1.20
|
1.50
|
1.80
|
2.10
|
2.40
|
2.70
|
3.00
|
3.30
|
|
Te arqueada o de curvas “pantalones”
|
1.50
|
1.68
|
1.80
|
1.92
|
2.40
|
3.00
|
3.60
|
4.20
|
4.80
|
5.40
|
6.00
|
6.60
|
|
Te confluencia de ramal “paso recto”
|
0.10
|
0.15
|
0.20
|
0.30
|
0.40
|
0.50
|
0.60
|
0.70
|
0.80
|
0.90
|
1.00
|
1.20
|
|
Te derivación a ramal
|
1.80
|
2.50
|
3.00
|
3.60
|
4.10
|
4.60
|
5.00
|
5.50
|
6.20
|
6.90
|
7.70
|
8.90
|
|
Valv. retención
de batiente de pistón
|
0.20
|
0.30
|
0.55
|
0.75
|
1.15
|
1.50
|
1.90
|
2.65
|
3.40
|
4.85
|
6.60
|
8.30
|
|
Valv. retención paso de escuadra
|
5.10
|
5.40
|
6.50
|
8.50
|
11.50
|
13.0
|
16.5
|
21.0
|
25.0
|
36.0
|
42.0
|
51.0
|
|
Válvula de compuerta abierta
|
0.14
|
0.18
|
0.21
|
0.26
|
0.36
|
0.44
|
0.55
|
0.69
|
0.81
|
1.09
|
1.44
|
1.70
|
|
Válvula de paso recto y asiento inclinado
|
1.10
|
1.34
|
1.74
|
2.28
|
2.89
|
3.46
|
4.53
|
5.51
|
6.69
|
8.80
|
10.8
|
13.1
|
|
Válvula de escuadra o ángulo (abierta)
|
1.90
|
2.55
|
3.35
|
4.30
|
5.60
|
6.85
|
8.60
|
10.1
|
13.7
|
17.1
|
21.2
|
25.5
|
|
Válvula de asiento de paso recto
|
-
|
3.40
|
3.60
|
4.50
|
5.65
|
8.10
|
9.00
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
Válvula de globo
|
4.05
|
4.95
|
6.25
|
8.25
|
10.8
|
13.0
|
17.0
|
21.0
|
25.0
|
33.0
|
39.0
|
47.5
|
|
Contador
|
General
|
4.5
|
Individual
|
10
|
||||||||
|
Elemento
|
Diámetros de las tuberías en pulgadas
|
|||||||||||
|
3/8
|
1/2
|
3/4
|
1
|
1 ¼
|
1½
|
2
|
2½
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
|
Diámetro de las tuberías en mm
|
||||||||||||
|
10
|
15
|
20
|
25
|
32
|
40
|
50
|
65
|
80
|
100
|
125
|
150
|
|
pérdida de carga dinámica
Por perdida de carga dinámica se
entiende la perdida de presión debida a los rozamientos con las tuberías. Para
poder calcularla se necesitan la ayuda de unos ábacos o tablas.
Para poder calcular la perdía de presión
necesitaremos dos datos, generalmente el diámetro de la tubería y el caudal de
la misma. Una vez conocidos ambos datos, los marcaremos sobre la línea vertical
y trazaremos una raya que pase por ambos puntos y que cruce todo el ábaco. El
punto donde dicha raya corte a la columna de perdida de carga nos dará el valor
de la misma en mmca por cada metro de tubería lineal que tengamos. El punto
donde dicha raya corte a la columna de velocidad, nos dará el valor de la misma
en m/s.
Por ejemplo se trata se trata de
conocer la perdida de carga ocasionada por una tubería de 16 mm de diámetros interior
que transporta un caudal de 0,2 l/s. para calcularlos nos vamos al ábaco y
marcamos ambos valorasen la vertical de la columna correspondiente.
A continuación marcamos una recta que
pase por ambos puntos y que corte todo el ábaco. Leemos en la columna
correspondiente a pérdida de carga a la derecha donde pone Cu que corresponde a
la tubería de cobre).
Perdida de carga: 90 mmca/m
Velocidad: 1 m/s
Vemos que la perdida de carga es de 90
mmca/m, es decir, el agua va a perder una presión de 90 mmca por cada metro de
tubería que recorra. Si la longitud de la tubería cuya pérdida acabamos de
calcular, es de 15 m,
tendremos una perdía total de:
Pérdida total = 90 mmca/m x 15 = 1350
mmca
Si queremos calcular dicha perdida en
mca, bastara con dividir entre 1000:
1350 / 1000 = 1,35 mca
Si queremos el resultado expresado en
kg/cm² bastará con dividir entre 10, puesto que 1 kg/cm² equivalen a 10 mca:
1,35 mca / 10 = 0,135 kg/cm²
1.9 presión final o residual de una tubería
Llamaremos presión final o residual de
una tubería a la presión que tendremos al final de la instalación. Esta presión
dependerá de la presión que tengamos al inicio de la instalación y de las pérdidas
que se produzcan a lo largo de la misma. Es decir:
Presión final = presión inicial –
perdidas dinámicas – perdidas por altura
Así, en una instalación tenemos una
presión inicial de 3 bar y calculamos unas pérdidas de carga dinámicas de 0,7
bar y además tenemos que llevar el agua hasta una vivienda situada a 10 m de altura tendremos que:
Perdidas por altura = 10 mca = 1 bar
Presión final = 3 – 0,7 – 1 = 1,3 bar
Por lo tanto al final de la instalación
dispondremos de una presión de 1,3 bar.
EJEMPLOS DE CÁLCULO
Ejemplo 1
Calcular la pérdida de carga total de
una instalación de 25 mts de tubería de cobre de 20 mm de diámetro interior
por el que circula un caudal de agua de 0,3 l/s. A la tubería se le incorporan
en su recorrido los siguientes elementos: una válvula de paso recto y asiento
inclinado, 5 curvas de 90º y 2 tes de confluencia de ramal.
Primero deberemos calcular la longitud
equivalente de la instalación. Utilizando la tabla:
Válvula: 1,74 m
Curvas 90º: 0,45 m x 5 = 2,25 m
Tes: 0,20 m x 2 = 0,40 m
Longitud equivalente = 25 + 1,74 + 2,25
+ 0,40 = 29,39 m
Una vez calculada la longitud
equivalente, nos vamos al ábaco y marcamos los valores del caudal y del
diámetro y trazamos la recta que corta el ábaco y anotamos el valor de la
perdida de carga.
Perdida de carga = 70 mmca/m
Por lo tanto la pérdida de carga total
será el resultado de multiplicar la perdida de carga por los metros
equivalentes de tubería:
Perdida de carga total = 70 mmca/m x 29,39 m = 2057,3 mmca
Perdida de carga total = 2057,3 mmca /
1000 = 2,05 mca
Ejercicio 2
Si en el ejemplo anterior tenemos que
subir el agua hasta la altura de 8
m y disponemos de una presión inicial de 3,5 bar,
calcular la presión final de la instalación:
Si tenemos que elevar el agua hasta 8 m de altura, perderemos una
presión de 8 mca.
Perdida
de carga por altura = 8 mca / 10 = 0,8 bar
Perdida
de carga dinámica = 2,05 mca / 10 = 0,20 bar
Presión
inicial = 3,5 bar
En estas condiciones la presión final
será:
Presión
final = 3,5 – 0,20 - 0,8 = 2,49 bar
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