cambios de sección, etc. en las que se produce un rozamiento o una pérdida de carga propia del accesorio, independientemente de la longitud del mismo. Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas solo se pueden determinar de forma experimental y, puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (ζ).
En las singularidades, si el movimiento es netamente turbulento, que por otro lado es el más frecuente en las instalaciones de distribución de agua, la pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad y al peso específico del fluido. Por esta causa resulta cómodo computar la pérdida como una fracción de la altura cinética, pudiéndose calcular mediante la expresión:
Donde:
Z = pérdida de carga individualizada (Pa).
ζ = coeficiente de pérdida (adimensional).
V = velocidad del agua (m/s).
ρ = densidad del agua (Kg/m3).
Pe = peso específico.
La ecuación puede simplificarse de la siguiente manera:
• A 10°C la densidad del agua es (tabla 1.2) de 997,7 Kg/m3 Z=ζ·(997,7/2)·V2 = ζ·498,85·V2
• Y a 30°C (tabla 1.2) la densidad es de 995,6 Kg/m3 Z=ζ·(995,6/2)·V2 = ζ·497,8·V2
Es por lo que diversos autores indican que pueden estimarse las pérdidas de carga singulares con suficiente precisión utilizando la relación:
El coeficiente ζ solo depende de las características geométricas de la resistencia aislada de que se trate, constituyendo un valor del elemento que se determina experimentalmente. Su significado es muy distinto del que corresponde al coeficiente de rozamiento λ ya que mientras ζ solo depende del accesorio o aparato, λ depende del número de Reynolds.
Si se quiere tener la pérdida de carga en unidades que no dependan del peso de la columna de agua (método cinético):
Donde:
Z = pérdida de carga individualizada (m.c.a.).
ζ = coeficiente de pérdida (adimensional).
V = velocidad del flujo aguas arriba (m/s).
g = aceleración de la gravedad en m/s2 (9,81).
Estos valores de ζ corresponden, como ya se ha indicado, a fracciones de la altura de velocidad V2/2g y su resultado corresponde a las pérdidas de carga singulares en metros columna de agua (m.c.a.) de cada una de las singularidades.
La fórmula fundamental de las pérdidas aisladas, es análoga a la de Darcy-Weisbach para las continuas.
Figura 1.11 Representación esquemática de las pérdidas de carga continuas y aisladas en una tubería
Otras veces interesa asimilar estas pérdidas aisladas, aunque es menos preciso, a una longitud teórica de tubería, que ocasionara la misma pérdida de carga, que se llama longitud equivalente de tubería. En el proceso práctico de cálculo basta sumar las pérdidas de carga correspondiente a esta longitud con las de la longitud de la tubería a instalar para ver la idoneidad de un cierto diámetro.
Aquí es necesario comentar la norma UNE 149201 que indica que el método de las «Longitudes Equivalentes» es equiparable a la longitud de tubería recta de igual diámetro que el del obstáculo y que produce la misma pérdida de carga que él para el caudal de cálculo o caudal simultáneo.
Comparando la expresión 1.3.18:
con la de Darcy-Weisbach (expresiones 1.3.7 y 1.3.8), se tiene:
En este caso, «de las tablas existentes», se toma la que corresponde a los elementos singulares presentes en la red hidráulica, efectuándose el producto de cada longitud equivalente por el número de elementos iguales en la conducción. Finalmente a la longitud total de tubería recta de un determinado diámetro se le añade la longitud equivalente total correspondiente a los accesorios de ese mismo diámetro.
En el capítulo 7 se facilitan los valores orientativos ζ de los accesorios más utilizados en las instalaciones tanto para cuando se desee obtener la pérdida de carga Z en pascales (tabla 7.7) como en longitudes equivalente en metros de tubería (tabla 7.8).
• Embocadura de un conducto en otro.
• Cambio de dirección del conducto.
• Paso a través de una llave de paso o un grifo de salida.
• Cambio de sección del conducto.
• Paso a través de un contador.
Sumando todos los valores de los coeficientes ζ correspondientes a los accesorios de un mismo tramo con igual velocidad (igual diámetro), se encontrará el valor Z de la perdida de carga de los elementos presentes en la conducción de ese diámetro.
En las conducciones largas desde las redes a edificios (traídas, acometidas, etc.) estas pérdidas tiene poca importancia, pudiendo despreciarse o sumar un cierto tanto por ciento, comprendido entre el 5 al 10 % de la longitud de la tubería. Si por el contrario, se trata de conducciones cortas con trazado complicado, derivaciones, etc., lo que resulta frecuente en nuestras instalaciones, estas pérdidas de carga de los accesorios, según indica el Código Técnico de la Edificación, puede estar comprendido entre el 20% y el 30% de la longitud de la tubería.
1.3.7 Golpe de ariete
Figura 1.12 Representación esquemática del golpe de ariete
Se llama golpe de ariete a una modificación de la presión en una conducción debida a la variación del estado dinámico del líquido, siendo en algunos casos varias veces superior a la presión de operación normal de la tubería, pudiendo llegar al colapso de esta si no se toman las medidas adecuadas. Se trata pues de una onda cíclica de presión que se presenta y se desplaza en las tuberías.
