2.3 Flujo Viscoso

 2.3.1 Perdida de carga y coeficiente de fricción.

La pérdida de carga en una tubería o canalización es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. 

Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Factor de fricción de Darcy-Weisbach

La ecuación del factor de fricción de Darcy-Weisbach, en función de la velocidad del fluido circulante, es:

La ecuación del factor de fricción de Darcy-Weisbach, en función del caudal circulante, es:

                                                           

2.3.2 Perdida de carga en tuberías.

Ecuación de Manning para tuberías

Resulta de aplicar la conocida formula de Manning para canales prismáticos, en conducciones cerradas o tuberías. En función del caudal circulante, adopta la forma:

donde,´

La forma estándar de la ecuación de pérdida de carga según Manning, en función del caudal circulante es:

 

Una conducción por gravedad se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezométrica requerida o existente en el punto de entrega del agua.

En este caso el transporte del fluido se logra por la diferencia de energías disponible, es decir, se hace uso de la topografía existente de manera que la conducción se lleve a cabo sin necesidad de bombeo alcanzando así un nivel aceptable de presión.

La fórmula que relaciona el caudal con la velocidad del fluido es la siguiente:

• Q: caudal en función de las necesidades, en l/s.
• v: velocidad del agua en la conducción, en m/s.
• DI: diámetro interno de la conducción, en m.

Para calcular las pérdidas de carga continuas se recomienda utilizar la expresión universal de Darcy-Weisbach:

• J: pérdida de carga continua, por unidad de longitud, en m/m
• v: velocidad de circulación del agua, en m/s
• ΔHc: pérdida de carga continua, en m
• L: longitud del tramo, en m
• DI: diámetro interior del tubo, en m
• g: aceleración de la gravedad, en m/s²
• f: coeficiente de pérdida de carga por unidad de longitud (o coeficiente de fricción), adimensional

2.3.3 Perdidas de carga en accesorios.

En tuberías ocurren pérdidas de energía provocada por obstrucciones, cambios locales de la sección o cambios abruptos de dirección en la trayectoria del flujo. En los sistemas de riego estas obstrucciones pueden ser accesorios propios de la red, como: filtros, válvulas, medidores, tees, codos, accesorios de cruceros o cualquier obstrucción que encuentre el agua que le impida seguir circulando en línea recta.

Las pérdidas de carga por fricción en accesorio ocurren en tramos cortos, e hidráulicamente se consideran que ocurren en un punto y usualmente son conocidas como pérdidas de carga localizadas, locales o pérdidas menores. Para estas pérdidas de carga localizadas existen pocos resultados de validez, debido principalmente a que el carácter del flujo de los accesorios es bastante complicado y la forma para determinar el valor de las pérdidas es experimental.

La magnitud de la pérdida de carga local se expresa como una fracción de la carga de velocidad, inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produjo la pérdida. La velocidad del flujo dentro del accesorio se estima en base al caudal y diámetro interno del accesorio. 

Donde: 

hi= es la pérdida local de carga hidráulica por accesorio (m) 

Ki=: es un factor que depende del accidente u obstrucción en el flujo (adimensional) 

v: es la velocidad media en el tramo de tubería aguas abajo de la obstrucción (m/s) 

g: es la aceleración de la gravedad (m/s^2).