El cálculo de las pérdidas locales

7 de octubre de 2013

Hace unas semanas publiqué un post sobre el cálculo de las pérdidas de carga lineales en conducciones a presión... pero no sólo de las pérdidas lineales vive la hidráulica, sino que para completar la piezométrica es preciso realizar el cálculo de las pérdidas locales... lo cual puede resultar un agobio...

Foto by bejim from FreeDigitalPhotos

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Las locales también existen

¿Quién habrá gastado más energía al final de la carrera: un corredor de 3.000m lisos o uno de 3.000m obstáculos? Pues con el movimiento de un fluido a presión (o en carga) pasa lo mismo. En una conducción a presión, la pérdida de carga o energía principal se produce por el propio discurrir del fluido por la conducción, debido al rozamiento entre ambos... Son las pérdidas lineales de las que ya hablé en el post de hace un mes...

Pero a lo largo de la instalación el susodicho fluido se va encontrando puntualmente algunas perturbaciones que le suponen algún pequeño obstáculo en su avance: un codo por aquí, una válvula por allá, un estrechamiento de sección... una detrás de otra que, individualmente no implican mucho esfuerzo en superarlos pero que cuando llega al final del recorrido y hace el recuento de la energía perdida se da cuenta que el conjunto de estos elementos puntuales han acumulado hasta algún que otro metro de columna de agua...

Cálculo de las pérdidas locales

Las pérdidas locales dependen de dos parámetros: la velocidad con la que circula el fluido y el elemento puntual en cuestión que cause la pérdida (por su coeficiente K)... así para el cálculo de las pérdidas locales la expresión que se utiliza es la siguiente:

Cálculo de las pérdidas locales

Cuando hay que calcular la piezométrica de una instalación, es decir conocer las pérdidas de carga, primero se obtienen las pérdidas lineales, ya sea por Darcy, Colebrook o Hazen... pero al definir las pérdidas locales la metodología, su método de obtención se divide en dos tipos:

  • Como buenos ingenieros: la aproximación. Según la bibliografía que consultes, las pérdidas locales suelen ser de entre un 5% y un 20% de las lineales... con lo que una vez calculadas las pérdidas lineales, las multiplicas por 1'125 y ya tienes las pérdidas totales de la instalación.
  • Como buenos ingenieros: la precisión. Cada elemento puntual se caracteriza por poseer su coeficiente de pérdidas locales K, el cual tiene una influencia directa en la obtención del valor de la pérdida... con lo que no hay más que inventariar todos los elementos puntuales, calcular su pérdida y sumarlas todas para conocer el total de pérdidas locales de la instalación.

¿Qué cuál método es el mejor? Depende de tres condiciones:

  1. el nivel de desarrollo del proyecto (no es lo mismo un estudio de alternativas que un proyecto constructivo)
  2. el nivel de compromiso de la instalación (no es lo mismo una instalación para regar unos jardines de un complejo hotelero que una arteria en alta para abastecer a 4 millones de personas)
  3. el tiempo que disponga el técnico (no es lo mismo disponer de una semana que tener que calcular la piezométrica con el teléfono en la oreja y el cliente al otro lado de la línea achuchándote)

El recurso para el cálculo de las pérdidas locales

Uno de los inconvenientes más acuciantes en lo que al cálculo de las pérdidas locales se refiere es que, según la publicación que consultes, al mismo elemento puntual se le asigna un coeficiente K distinto... lo cual a veces puede convertirse en una quebradero de cabeza ya que siempre piensas: ¿estaré usando el coeficiente correcto?

Mi respuesta es que sí... por algo está publicado, ¿no? ¿Y quién te va a discutir por qué has usado un coeficiente u otro? Siempre y cuando el valor sea razonable y no uses un coeficiente de 0'02 para un codo a 90º... Con lo que te recomiendo que no te agobies por ello...

Y con este objetivo, he montado una pequeña aplicación en Excel para que puedas realizar el cálculo de las pérdidas de carga locales en entrada y salida de tubería, cambios de alineación por codos y curvas, cambios de dirección en derivaciones, válvulas y cambios de sección suaves y bruscos... con unos coeficientes locales ya definidos (te he hecho el trabajo sucio de tener que buscarlos)... prácticamente sólo tendrás que determinar qué elementos tienes presentes en tu instalación (y en qué número) y obtendrás las pérdidas locales totales!!!

Si quieres obtenerlo sólo tienes que hacer lo siguiente:

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PP: puedes encontrar una demostración del funcionamiento de este Excel en el siguiente vídeo del canal de HidrojING en Youtube

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