LFLOW. CÁCULO DE PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS Y ACCESORIOS PARA LÍQUIDOS.
Introducción
Este software permite el cálculo de la pérdida de carga producida en líquidos al circular a través de tuberías circulares y sus accesorios. Dispone de bases de datos para la selección del fluido, materiales de tubería y de accesorios. Ofrece todos los resultados necesarios para que el diseñador pueda entender de qué forma afecta cada uno de los parámetros al resultado final, proporcionando curvas, las cuales su vez son una herramienta de gran utilidad a la hora de documentar un proyecto.Los accesorios pueden ser seleccionados de la base de datos incluida o bien según los valores de coeficiente de pérdidas o coeficiente de caudal introducidos por el usuario.
El cálculo de la pérdida de carga en una tubería, incluyendo las denominadas pérdidas menores o pérdidas en accesorios, habitualmente implica una serie de estimaciones, ya que gran parte de la información necesaria no suele estar disponible en el momento del diseño, al menos de forma exacta. Por ejemplo, el caudal frecuentemente no se conoce con exactitud en el momento de diseñar una instalación ya que depende del punto de trabajo de la bomba, de la propia pérdida de carga en la instalación y de la curva real de la bomba que finalmente se instale. Además, hay elementos que producen una pérdida de carga variable, no sólo las válvulas, sino otros como filtros cuya pérdida de carga depende de su nivel de colmatación. Esto es sólo un ejemplo para poner en evidencia la dificultad de estimar con exactitud muchos de los parámetros de la instalación y también que es importante disponer de una herramienta que permita valorar de forma rápida en qué medida estas inexactitudes pueden ser realmente relevantes.
En el siguiente gráfico se representa la variación de pérdida de carga en función del diámetro de tubería selecciónado para una instalación:
Mediante las curvas anteriores, la selección del diámetro de tubería necesario se realizaría de forma inmediata. En el ejemplo anterior, las curvas muetran que la principal causa de diferencia de presión entre la entrada y la salida de la instalación es debida a la pérdida de carga en tramos rectos (curva en azul). La pérdida de carga en accesorios (curva en negro) es pequeña y varía ligeramente al cambiar el diámetro. La curva en amarillo es debida a la diferencia de altura entre la entrada y salida y tiene un valor constante igual a la diferencia de columna de líquido.
En las siguientes gráficas se muestra la pérdida de presión frente a variaciones de caudal para otra instalación diferente:
FACTORES QUE AFECTAN AL CÁLCULO DE PÉRDIDA DE CARGA:
Cambios de caudal.
Comentado anteriormenteCambios en la rugosidad.
La rugosidad de una tubería es difícil determinarla a priori, sobre todo teniendo en cuenta que distinta bibliografa proporciona diferentes valores para un mismo tipo de material. Idealmente deberíamos basarnos en los valores que nos proporcione el fabricante de la tubería, pero esto no es siempre es posible o esta información no está disponible. Diferente bibliografía indica valores muy diferentes para el mismo tipo de material. Además el valor de la rugosidad no es constante a lo largo de la vida de la tubería ya que por una parte puede aparecer tanto corrosión, como incrustaciones.Cambios en la viscosidad.
La viscosidad de un líquido depende de la temperatura. Por tanto, es de esperar que la instalación trabaje con distintas viscosidades en función de la temperatura de la línea, que puede a su vez estar afectada en algunos casos por la temperatura ambiental. Además, en ocasiones una misma instalación puede trabajar con fluidos de diferentes características y por tanto existir variaciones de viscosidad. En otras ocasiones estas variaciones no son muy importantes, pero en cualquier caso es interesante verificar cómo afectan realmente a los cálculos, con el fin de saber y poder documentar en qué márgenes nos movemos y cómo contribuye este factor a la incertidumbre total en los cálculos. La viscosidad influye sobre el valor del número de Reynolds de forma inversa, lo cual hace variar el valor del factor de fricción.Pérdidas de carga en accesorios.
En ocasiones también se las denominan pérdidas menores, ya que en muchas ocasiones son pequeñas e incluso pueden despreciarse. Su cálculo exacto puede resultar difícil ya que depende de los detalles exactos de cada fabricante. El criterio normalmente adoptado es mediante el llamado coeficiente de pérdidas (K). Este valor también difiere para un mismo accesorio según las diferentes publicaciones que se consulten. En el caso de algunos accesorios como válvulas, filtros etc, los fabricantes proporcionan el valor del coeficiente de caudal Kv o Cv.Recomendamos introducir en la aplicación LFlow, cuando sea posible, los valores K, Kv o Cv proporcionados por los fabricantes de los accesorios, ya que es la forma de tener valores más precisos. No obstante, en la práctica esta información no está disponible para muchos accesorios como codos, reducciones, tes, etc, por lo que tendremos que utilizar la base de datos de accesorios de la aplicación. Esta base de datos calcula el coeficiente de pérdidas para el accesorio y diámetros seleccionados. Debe tomarse como una estimación, ya que estos valores han sido determinados empíricamente y reflejados en distinta bibliografía y normas, pero debido a su dependencia con factores como geometría exacta del elemento y su diámetro, distintas fuentes muestran distintos valores para un mismo tipo de accesorio. Sin embargo, tal y como mencionábamos anteriormente, en muchas ocasiones estas pérdidas de carga pueden incluso llegar a ser despreciables, sobre todo si tenemos tuberías muy largas con relativamente pocos accesorios. En estos casos, la incertidumbre que se introduce no será relevante. Como contrapartida, utilizar la base de datos de accesorios tiene una ventaja importante, que es la posibilidad de obtener un gráfico que relacione el diámetro con la pérdida de carga en los accesorios. Este gráfico es de gran interés cuando se está diseñando la instalación, para ayudar en la selección del diámetro de la línea.
Transición entre flujo laminar y flujo turbulento.
Este software realiza los cálculos tanto para flujos laminares (número de Reynolds (Re) <2000), como para flujos turbulentos ( Re>4000). La zona crítica o zona de transición es aquella en la que el número de Reynolds está entre ambos valores ( 2000 < Re < 4000). En esta zona, es imposible predecir el comportamiento del flujo, es decir saber si será laminar o turbulento y por tanto conocer la pérdida de carga. Esto implica una discontinuidad en los cálculos, ya que las fórmulas empleadas para el factor de fricción son distintas dependiendo del tipo de flujo. El software LFlow resuelve este problema realizando una estimación del factor de fricción (y por tanto una estimación de la pérdida de carga en los tramos rectos de tubería) para esta zona crítica, de forma que al mismo tiempo se consiga dar continuidad en las gráficas desde la zona de flujo turbulento a la de flujo laminar. Adicionalmente, las gráficas presentan, para esta zona, el valor de pérdida de carga en tramos rectos que tendríamos si consideráramos flujo turbulento y si lo consideráramos laminar. La estimación, siempre estará entre ambos valores:
En la práctica, la mayor parte de las instalaciones trabajan con flujos turbulentos.