Perda de carga

A perda de carga nun tubo ou canal, é a perda de enerxía dinámica do fluído debido á fricción das partículas do fluído entre si e contra as paredes da tubaxe que as contén. As perdas poden ser continuas, ao longo de condutos regulares, ou accidentais ou localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estreitamento, un cambio de dirección, a presenza dunha válvula, etc.

Condución de líquidos

Perda de carga en conduto rectilíneo

Se o fluxo é uniforme, é dicir, que a sección é constante, e polo tanto a velocidade tamén é constante (principio de Bernoulli), entre dous puntos pódese escribir a seguinte fórmula:

$y_1 + \frac {P_1} {\rho g} = y_2 + \frac {P_2} {\rho g} + \sum_{}^{} \lambda$

onde:

$\ g$ = constante gravitatoria;

$\ y_i$ = altura xeométrica na dirección da gravidade na sección $\ i = 1$ ou $\ 2$;

$\ P$ = presión ao longo da liña de corrente;

$\ \rho$ = densidade do fluído;

$\ \sum_{}^{} \lambda$ = perda de carga; $\ \sum_{}^{} \lambda = J . L$; sendo $\ L$ a distancia entre as seccións 1 e 2; e, $\ J$ a variación na presión manométrica por unidade de lonxitude ou pendente piezométrica, valor que se determina empiricamente para os diversos tipos de material, e é función do radio hidráulico e da rugosidade das paredes e da velocidade media da auga.

Expresións prácticas para o cálculo

Para tubos cheos, onde $\ R = \frac {D} {2}$, a fórmula de Bazin transfórmase en:

$\ J = 0,000857 \cdot \left(1 + \frac {2 \gamma} {\sqrt D}\right)^2 \cdot \frac {q^2} {D^5}$

Os valores de $\ \gamma$ son:

0,16 para tubos de aceiro sen soldadura

0,20 para tubos de cemento

0,23 para tubos de ferro fundido

Simplificando a expresión anterior para tubos de ferro fundido:

$\ J = 0,0019 \cdot q^2 \cdot D^{-5,32}$

A fórmula de Kutter, da mesma forma pódese simplificar:

Con m = 0,175; $\ J = 0,0012 \cdot q^2 \cdot D^{-5,26}$

Con m = 0,275; $\ J = 0,0016 \cdot q^2 \cdot D^{-5,26}$

Con m = 0,375; $\ J = 0,0020 \cdot q^2 \cdot D^{-5,26}$

Perdas de carga localizadas

As perdas de carga localizadas ou accidentais exprésanse como unha fracción ou un múltiplo da chamada "altura de velocidade" da forma:

$\ h_v = K \left(\frac {V^2} {2 g}\right)$

Onde:

$\ h_v$ = perda de carga localizada;

$\ V$ = velocidade media da auga, antes ou despois do punto singular, conforme o caso;

$\ K$ = coeficiente determinado en forma empírica para cada tipo de punto singular

A seguinte táboa é dalgúns dos valores de K para diferentes tipos de puntos singulares:

Tipo de singularidade	K
Válvula de comporta totalmente aberta	0,2
Válvula de comporta metade aberta	5,6
Curva de 90º	1,0
Curva de 45º	0,4
Válvula de pé	2,5
Emboque (entrada nun tubo)	0,5
Saída dun tubo	1,0
Ensanchamento brusco	(1-(D1/D2)2)2
Redución brusca de sección (contracción)	0,5(1-(D1/D2)2)2

Condución de gases

O diámetro dunha tubería para condución de gas escóllese en función da densidade deste, a caída de presión admisible e a velocidade de circulación do mesmo. A presión do gas no interior dunha tubería pola que circula vai diminuíndo por efecto da fricción coas paredes. Para o cálculo da perda de carga empréganse as chamadas fórmulas de Renouard que permiten calcular a caída de presión entre dous puntos en términos da densidade, o diámetro da tubería, o caudal e a lonxitude da mesma. Para presións medias (0,05 bar < P < 5 bar) a fórmula de Renouard correspondente é:

$P_A^2 - P_B^2 = 51,5\cdot d_c L_c \frac{Q^{1,82}}{D^{4,82}}$

Onde:

$d_c\,$ é a densidade corrixida do gas (propano d_c = 1,16, butano d_c = 1,44).

$L_c\,$ é a lonxitude dun tramo recto de condución en [m].

$Q\,$ é o caudal en [m³/h].

$D\,$ é o diámetro interior en [mm].

Para baixas presións (P < 0,05 bar) a expresión usada é:

$P_A - P_B = 25076\cdot d_c L_c \frac{Q^{1,82}}{D^{4,82}}$