Tuberias, transferencia de calor

Rodríguez Hernández Roberto Antonio                                                                          5sm1

Tuberías

Una tubería o cañería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza el término oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza el término gasoducto. También es posible transportar mediante tuberías materiales que, si bien no son un fluido, se adecuan a este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, etcétera.

as tuberías pueden clasificarse según:

El material del cual están hechos:

1. Plástico: estas cañerías son utilizadas usualmente en los hogares, ya sea para suministrar o para drenar fluidos, sea esto desechos, agua o como tubería para ventilación.
2. Cobre: estas comenzaron a ser utilizadas a principio del siglo XX pero sólo llegaron  a ser altamente masivamente a mitad del siglo. Generalmente son usados para suministrar agua en hogares y edificios destinados a fines comerciales. También pueden ser usadas como cañerías subterráneas en veredas y calles bajas, en este caso los caños siempre estarán protegidos según lo que sea necesario.
   Algunas investigaciones recientes han permitido descubrir que este tipo de tuberías es apto para la supervivencia de ciertos gusanos o la formación de minerales, por lo cual no son convenientes como tuberías de agua potable si no se toman los recaudos requeridos.
3. Acero: este material no resulta económico ya que deviene muy pesado y además permite que haya acumulación de minerales que terminan taponeando la tubería. Es generalmente utilizado en edificios destinados a la vivienda o al comercio, hoteles y en las tuberías utilizadas en los dispositivos contra incendios. Estos conductos pueden ser utilizados durante mucho tiempo ya que son muy resistentes.

Según el entorno donde seas utilizados:

1. En al ámbito de las industrias puede ser utilizado para trasportar energía, en este caso serán trasportados grandes masas de agua o vapor. Además puede trasportar sustancias petroquímicas
2. En el ámbito del hogar puede ser utilizado como desagüe, donde normalmente se drena agua ya utilizada. También se puede usar para el trasporte de agua destinada al consumo, es común hallar tuberías de este tipo hechas de acero, cobre y plástico. Por otro lado es utilizado para el trasporte de gas, usualmente están hecha de acero o cobre. En cuanto a las tuberías orientadas a la calefacción antes solían ser de cobre, pero hoy en día comienzan a ser hechas de hierro.

Según la los fluidos que trasportan:

1. Oleoductos: están destinadas al trasporte de petróleo a muy largas distancias.
2. Gasoducto: estas cañerías son utilizadas para trasportar gases generalmente desde la fuente de extracción.

Cálculo de pérdidas

La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Pérdida de carga en conducto rectilíneas

Si el flujo es uniforme, es decir que la sección es constante, y por lo tanto la velocidad también es constante, el principio de Bernoulli, entre dos puntos puede escribirse de la siguiente forma:

[pic 1]

donde:

[pic 2] = aceleración de la gravedad;

[pic 3] = altura geométrica en la dirección de la gravedad en la sección [pic 4] ó [pic 5];

[pic 6] = presión a lo largo de la línea de corriente;

[pic 7] = densidad del fluido;

[pic 8] = velocidad del fluido;

[pic 9] = perdida de carga;

Darcy-Weisbach (1875)

Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es:

h = f *(L / D) * (v2 / 2g)

En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma:

h = 0,0826 * f * (Q2/D5) * L

En donde:

• h: pérdida de carga o de energía (m)
• f: coeficiente de fricción (adimensional)
• L: longitud de la tubería (m)
• D: diámetro interno de la tubería (m)
• v: velocidad media (m/s)
• g: aceleración de la gravedad (m/s2)
• Q: caudal (m3/s)

El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr):

f = f (Re, εr);      Re = D * v * ρ / μ;     εr = ε / D

• ρ: densidad del agua (kg/m3). Consultar tabla.
• μ: viscosidad del agua (N�s/m2). Consultar tabla.
• ε: rugosidad absoluta de la tubería (m)

En la siguiente tabla se muestran algunos valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

Para el cálculo de "f" existen múltiples ecuaciones, a continuación se exponen las más importantes para el cálculo de tuberías:

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