Rugosidad en Tuberías

La rugosidad de un contorno sólido se debe a sus asperezas, que presentan características muy distintas. Se pueden establecer dos tipos de superficies:

• Superficies propiamente rugosas: cuando las asperezas tienen pequeña longitud de onda y gran amplitud. (Ej: paredes de cemento, canales de tierra o piedras).
• Superficies onduladas: cuando las asperezas son muy graduales, con gran longitud de onda y poca amplitud. (Ej: asfalto, cañerías de acero pintadas, etc.).

Válvulas

Son uno de los accesorios más importantes de las cañerías. Su función principal es disminuir, controlar y/o regular el flujo de un fluido para controlar la temperatura, la presión, el nivel de un líquido u otra propiedad del fluido en un punto alejado de la válvula.

Clasificación (según su función)

• Válvulas de apertura y cierre de paso del flujo (ON-OFF): Ofrecen mínima restricción al flujo y pérdida de carga cuando están abiertas totalmente. Su cierre hermético es su rasgo esencial.
  Ej: Válvula de compuerta o exclusa, válvula tapón o macho, válvula esférica.
• Válvulas de regulación de flujo: Se usan cuando se debe regular el flujo para algunas aplicaciones entre los límites de apertura y cierre. Esto se realiza introduciendo una resistencia al paso del flujo, ya sea por cambio de direcciones o provocando una restricción.
  Ej: Válvula globo, válvula mariposa, válvula de diafragma, válvula ángulo, válvula aguja.
• Válvulas de retención y prevención de flujo inverso: Se caracterizan por estar abiertas por el paso del fluido y se cierran cuando este se corta, generalmente por gravedad o presión. En muchas aplicaciones es esencial evitar el retroceso del fluido.
  Ej: Válvula de elevación, válvula de clapeta o bisagra, válvula de bola.
• Válvulas de regulación de presión: Se usan cuando se debe reducir y mantener de forma sostenida la presión de ingreso de un fluido. También se conocen como válvulas de control, reductores de presión o regulación.
• Válvulas de alivio de presión, de seguridad, desahogo: Se usan en aplicaciones donde el exceso de presión en el sistema puede provocar daños o fallas. Estas se abren rápidamente cuando la presión excede el límite ajustado para la válvula (por medio de un resorte) y dejan pasar el fluido rápidamente a través de una gran sección.

Caudalímetros

Son aparatos de medición que sirven para medir caudales, gasto de flujo volumétrico y gasto másico.

Clasificación

• Medidores de carga variable: Miden la velocidad a partir de la variación de la sección, donde se produce una variación de presión en función de la velocidad. (Ej: Venturi, placa o brida orificio, tubos de Pitot).
• Medidores de área variable: Son los rotámetros. En estos, el ΔP es constante, pero el área a través de la cual circula el fluido varía con la velocidad del flujo. Sirven para gases y líquidos.
• Medidores de corriente de flujo: Están formados por un dispositivo que gira con una velocidad determinada según la velocidad del fluido en el que está sumergido el medidor. (Ej: anemómetros de paleta). También están los de turbina.
• Medidores de desplazamiento positivo: Similares a los de corriente de flujo, pero en el movimiento de lóbulos o engranajes se desplazan ciertos volúmenes que son contados a medida que hacen una vuelta completa.
• Medidores de flujo magnético: Se basan en la creación de un potencial eléctrico (ΔV o fem) por el movimiento de un flujo conductor a través de un campo magnético generado exteriormente. Se basan en la ley de Faraday.
• Medidores ultrasónicos: Utilizan el efecto Doppler de la frecuencia de las señales de sonido o ultrasónicas, que se refleja desde discontinuidades como burbujas o partículas sólidas de una corriente líquida. Al igual que los de flujo magnético, no tienen partes móviles y no añaden caída de presión.

Bombas

Son dispositivos que suministran energía mecánica o altura de carga (Δh) a un líquido para hacerlo fluir venciendo la pérdida de carga y, si es necesario, elevar un líquido hasta un nivel superior.

Clasificación

Se clasifican en dos grupos principales:

• Cinéticas:
  • Centrífugas: de flujo radial, de flujo axial, de flujo mixto.
  • Periféricas.
  • Especiales: Jet, arietes hidráulicos, electromagnéticas.
• Desplazamiento positivo:
  • Alternativas: Pistón, diafragma.
  • Rotativas: Peristálticas, Root, rotor simple/múltiple (engranajes).

Comparación

Las centrífugas operan desarrollando una alta velocidad de fluido y convirtiendo dicha velocidad en presión en un pasaje de flujo creciente. Tienden a tener menor eficiencia que las bombas de desplazamiento positivo, pero trabajan a velocidades relativamente altas, permitiendo mayor caudal en relación al tamaño físico de la bomba. Requieren menos mantenimiento que las bombas de desplazamiento positivo.

Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando un volumen fijo de líquido de una zona de descarga de la bomba, haciéndolo de forma intermitente (bombas alternativas) o continua (rotativas y de engranajes).

Las bombas de desplazamiento positivo tienden a ser más grandes que las centrífugas para igual caudal o capacidad.

Sistema de alturas en los procesos de bombeo

• Altura estática (Z):
• Elevación de succión: Cuando la fuente del líquido está por debajo de la línea del centro de la bomba. La elevación de succión estática es la distancia vertical desde la línea del centro de la bomba hasta el pelo o nivel libre del líquido al ser bombeado.
• Altura de succión:
• Altura de descarga estática: Distancia vertical entre el eje de la bomba y el punto de descarga libre o la superficie libre en el tanque de descarga.
• Altura de fricción (Hf): Altura requerida para superar todas las resistencias que ofrece el fluido y la cañería.
• Altura de velocidad (Hv): Altura o energía de un líquido como resultado de su movimiento.
• Altura de presión (Hp): Se considera cuando un sistema de bombeo comienza o termina en un recipiente sometido a una presión distinta a la atmosférica. Si hay vacío en el tanque de succión o presión positiva en el tanque de carga, se debe adicionar a la altura del sistema. Si hay presión positiva en el tanque de succión o vacío en el tanque de descarga, se debe restar.
• Elevación dinámica total de succión: Suma total de las alturas.
• Altura dinámica total de succión:
• Altura dinámica total de descarga (Hd):
• Altura dinámica total:
• Potencia de la bomba (wHp):
• Fuerza de freno (bHp):
• ANPA:

Aclaraciones

• En todo sistema de bombeo, la fuente de alimentación a la bomba debe estar lo más cerca posible.
• El Zs debe ser positivo y lo más grande posible.
• Los líquidos a bombear deben estar a baja temperatura.
• Para un líquido ideal, la elevación de succión máxima para que no haya cavitación sería de 10.33 m. Para el agua, es aproximadamente 7.50 m (Zs).

Curvas Características de una Bomba

El desempeño de una bomba puede mostrarse gráficamente mediante curvas características, que muestran la carga de la bomba (ΔH), la potencia al freno, la eficiencia o rendimiento y el AMPA (R), todas en función del caudal.