Sumario: Concepto de pérdida de carga o pérdida de presión. El teorema de Bernoulli. Pérdidas singulares o secundarias. Pérdidas de carga continua o principales. Pérdidas de carga entre 2 puntos. Ecuación de Darcy-Weisbach. Aplicaciones del teorema de Bernoulli. Efecto Venturi. Ecuación de descarga. Reacción en punta de lanza. Pérdidas de cargas localizadas.
Summary: Concept of head loss or pressure loss. Bernoulli's theorem. Singular or secondary losses. Continuous or main head losses. Losses of charge between 2 points. Darcy-Weisbach equation. Applications of Bernoulli's theorem. Venturi effect. discharge equation. Spearhead reaction. Localized load losses.
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Pérdidas de carga o pérdidas de presión
Se suponía al hablar del teorema de Bernoulli, el líquido era ideal, pero en realidad, los líquidos no son ideales, tienen viscosidad, esto modifica un poco las cuestiones anteriores provocando unas pérdidas de carga que se llaman pérdidas de carga o pérdidas de presión, que son proporcionales a la longitud de la tubería y al cuadrado de la velocidad.
Estas perdidas de carga dependen de:
- La viscosidad del fluido.
- Tipos de tubería (rugosidad, estrangulamientos, etc..).
- La cantidad y calidad de los codos, válvulas, racores y otros elementos que perturben la circulación del fluido.
- Diámetro de la tubería.
- Largo de la tubería a la cual son directamente proporcionales, siguiendo estas leyes:
- Son directamente proporcionales al cuadrado del caudal.
- Son inversamente proporcionales al diámetro de la tubería.
- Son directamente proporcionales a la longitud de la tubería.
En las instalaciones contraincendios de los bomberos, normalmente no hay intercalados en la instalación ni motores ni bombas, por lo que si eliminamos Hb y Hm, tenemos que el cambio que introduce la ecuación de la energía respecto a la de Bernoulli viene dado por las pérdidas de carga (Hf).
Las pérdidas de carga son las pérdidas de presión que se producen a medida que el fluido avanza por la instalación, pudiendo ser estas:
• Pérdidas singulares o secundarias: Son debidas a los fenómenos de turbulencias que se originan al pasar el líquido por puntos singulares como codos, bifurcaciones, reducciones, racores, etc., pudiendo despreciarse cuando supongan menos del 5% de las perdidas totales o cuando la longitud entre singularidades sea mayor de 1000 veces el diámetro interior de la tubería.
• Pérdidas de carga continuas o principales: Se producen por el rozamiento del fluido con la manguera y consigo mismo, debido a su viscosidad, por lo que son constantes a lo largo de la instalación.
- Dependen del diámetro y rugosidad de las paredes de la manguera y de la velocidad y viscosidad del fluido.
Las pérdidas de carga entre 2 puntos son el producto de la distancia entre ellos y del gradiente hidráulico o pérdida de carga por unidad de longitud.
Ecuación de Darcy-Weisbach
Para calcular las pérdidas de carga en bomberos utilizamos la ecuación de Darcy-Weisbach en función del caudal:
8 L Q²
Hf＝f 一一一
π² g D⁵
Observando esta ecuación vemos que:
- Las perdidas de carga son directamente proporcionales a la longitud de la instalación (L).
- Las pérdidas de carga son directamente proporcionales al cuadrado del caudal (Q).
- Las pérdidas de carga son inversamente proporcionales a la quinta potencia del diámetro de la instalación.
Por lo tanto el factor que más influye en la pérdida de carga es el diámetro de la manguera.
Aplicaciones del teorema de Bernoulli
1. EFECTO VENTURI:
- Al circular un fluido por una tubería en la que hay un estrechamiento, como el caudal es constante debe de aumentar la velocidad.
Así, aplicando el teorema de Bernoulli:
P v²
B [m] ＝一 + 一一 + h
y 2g
Vemos que si en un punto aumenta la velocidad, la presión disminuirá, por lo que si practicamos un orificio en dicho punto y conectamos un tubo, la diferencia de presión generada producirá un efecto de succión y la sustancia del tubo que hemos conectado, pasará al torrente de la conducción.
2. ECUACIÓN DE DESCARGA:
- También conocida como de Torricelli, nos permite calcular la velocidad por la que saldrá un fluido por el orificio de un depósito por efecto de la gravedad o por la lanza de impulsión de una instalación de mangueras presurizada.
3. REACCIÓN EN PUNTA DE LANZA:
- Según el principio de acción reacción, el agua, al ser impulsada por la lanza con una fuerza determinada (acción), genera una fuerza de la misma intensidad y sentido contrario (reacción).
R ＝ 1.57 ・PL ・ø²
R = reacción en lanza (Kg)
ø = diámetro en cm²
PL = presión en lanza (kg/cm²)
Observando la ecuación vemos que la reacción en punta de lanza depende de:
- La superficie del orificio de la descarga.
- La presión de la lanza.
La fuerza de reacción máxima por encima de la cual se hace muy difícil el manejo de la lanza es:
- Para 1 bombero 266KN.
- Para 2 bomberos 333KN.
- Para 3 bomberos 422KN.
Pérdidas de carga localizadas
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