Fundamentos de la Pérdida de Carga en Sistemas de Tuberías y Transporte de Fluidos

Importancia de la Pérdida de Carga

La pérdida de carga es un fenómeno que se manifiesta en cualquier situación donde se desee mover un fluido desde un punto a otro. Su origen está en el esfuerzo cortante que se origina cada vez que un fluido viscoso es movido; este esfuerzo cortante provoca un roce entre las diferentes partículas de fluido, roce que *disipa energía*. Si se desea mover el fluido, debe conocerse el valor de esta pérdida de energía para poder proporcionarla.

Restricciones y Condiciones de Flujo

Para el estudio de la pérdida de carga, se suelen considerar las siguientes condiciones:

• Flujo a régimen estacionario: Representa la condición de trabajo de la mayoría de los sistemas de bombeo.
• Flujo sin trabajo externo: Situación típica cuando se transporta fluido por una tubería.
• Flujo uniforme: Las propiedades no dependen de la posición.

Relación con la Ecuación de Energía

La ecuación de energía manifiesta que siempre que haya pérdida de energía por roce, la presión entre dos puntos de una tubería de sección transversal constante disminuirá en la dirección del flujo. Es decir, cada vez que se tenga la necesidad de transportar fluido desde un lugar a otro es necesario invertir una cierta cantidad de energía.

La pérdida de carga estará ligada al término de energía cinética de la ecuación de energía, puesto que cuando la velocidad es cero el fluido está estático y no hay pérdida. La pérdida de carga que se produce en la tubería es igual a la diferencia de presión que marca el manómetro diferencial.

Tipos de Pérdidas de Carga en Tuberías

Las pérdidas de carga en las tuberías son de dos clases: primarias y secundarias.

Pérdidas Primarias

Las pérdidas primarias son las pérdidas de superficie que ocurren por:

• El contacto del fluido con la tubería (*capa límite*).
• El rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar).
• El rozamiento de las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento).

Tienen lugar en un flujo uniforme, por tanto, principalmente en los tramos de tubería de sección constante.

Pérdidas Secundarias

Las pérdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tienen lugar en:

• Las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente).
• Codos, válvulas y toda clase de accesorios de tubería.

Importancia Relativa de las Pérdidas Secundarias

Si la conducción es larga (oleoductos, gasoductos, etc.), las pérdidas secundarias tienen poca importancia (de ahí su nombre), pudiendo a veces despreciarse. O bien, se tienen en cuenta al final, sumando un 5 o 10 por ciento de las pérdidas principales halladas.

Si la conducción es corta y complicada (flujo de gasolina y de aire en un carburador, por ejemplo), las pérdidas secundarias pueden jugar un papel preponderante, y las pérdidas primarias pueden incluso llegar a ser despreciables en comparación con ellas.

Conexión de Tuberías: Serie y Paralelo

Existen dos formas de unir tuberías en un sistema: en serie o en paralelo. Esta denominación es análoga a la utilizada en las redes eléctricas.

Conexión en Serie

Cuando dos tuberías se conectan en serie, por ambas fluye el mismo caudal, lo cual puede demostrarse al aplicar la conservación de la masa al sistema.

Conexión en Paralelo

Cuando dos tuberías se conectan en paralelo, es decir, nacen en un mismo punto y terminan en un mismo punto, el caudal total transportado por el sistema es igual a la suma de los caudales transportados por cada tubería. Aplicando la ecuación de energía (considerando las pérdidas entre los puntos de origen y término de ambas tuberías), vemos que la caída de presión para las dos tuberías es la misma.