pueden clasificarse en:
a. Instalaciones de tuberías a presión (tubería completamente llena).
– Conducciones.
– Redes de distribución.
b. Instalaciones de tuberías sin presión (tubería parcialmente llena).
– Evacuación de aguas residuales en interiores de edificios.
– Evacuación horizontal de aguas residuales.
1.3.1 Definiciones y conceptos
Régimen estacionario
Un fluido discurre en régimen estacionarlo cuando su velocidad en un mismo punto es siempre igual, aunque varíe de unos puntos a otros.
Líneas de corriente
Línea imaginarla continua, tangente en cada punto al vector velocidad de la partícula que en un instante determinado pasa por dicho punto.
Las líneas de corriente no pueden cortarse (excepto en puntos singulares como fuentes o sumideros), pues entonces una misma partícula pertenecería a la vez a ambas y tendría dos direcciones simultáneas de movimiento.
Tubo de corriente o superficie de corriente
Es el espacio limitado por las líneas de corriente que pasan por el contorno de una superficie situada en el seno de un líquido.
Vena líquida
Volumen de líquido delimitado por el tubo de corriente. La superficie de contorno limitante puede ser una pared sólida (tubería), el propio líquido o la atmósfera.
Régimen laminar y turbulento
El régimen estacionario es laminar cuando las capas del fluido se deslizan, como si se tratase de verdaderas láminas fluidas. El régimen es turbulento cuando en la corriente hay formación de torbellinos o remolinos.
1.3.2 Ley de continuidad
Las diversas velocidades con las que circula un fluido por un tubo de corriente son inversamente proporcionales a las secciones de este.
El producto de la velocidad del fluido por el área de la sección recta del tubo de corriente es constante.
V1·S1 = V2·S2; V1/V2 = S2/S1 igualdades que demuestran la ley de continuidad.
El volumen de líquido que entra es igual al volumen de líquido que sale en la unidad de tiempo (ver figura 1.8).
El caudal se mantiene constante.
Caudal = velocidad x sección.
Q = V·S = cte. (1.3.1)
Esto significa que al disminuir la sección del tubo la velocidad del líquido aumenta.
Q = (cm/s) cm2 = cm3/s
Caudal es el volumen de líquido que circula por unidad de tiempo. También se utilizan los m3/hora o los litros/segundo.
En una tubería por la que pasa un fluido con régimen laminar, la superficie de contacto del fluido con el conducto es un tubo, cumpliéndose en la conducción por lo tanto la «ley de continuidad».
1.3.3 Alturas geométricas, piezométrica y cinética
Supongamos un fluido en movimiento y consideramos una porción de él, limitada por líneas de corriente (figura 1.8). En un punto A1, en el que la sección normal a la línea de corriente que pasa por A1 es S1, el líquido tiene una velocidad de V1 y está sometido a una presión P1.
Altura geométrica
h1 es la altura en metros del punto considerado en el agua sobre un plano horizontal arbitrario X.
Altura piezométrica
h’ es la altura del fluido que sería necesaria para producir la presión hidrostática P1. Por el teorema fundamental de la hidrostática P1 y h’1 vienen ligados por la ecuación:
P1 = h’1·ρ·g
de donde h’1 = P1/ρ·g. siendo ρ la masa específica o densidad absoluta del fluido.
Altura cinética
h”1 es la altura que ha de recorrer un cuerpo que se deja caer en el vacío con velocidad inicial nula para que alcance la velocidad V1 Por consiguiente:
Se denomina altura cinética a la expresión:
Siendo V1 la velocidad (m/s) del agua y g la aceleración de la gravedad.
Las sumas de las tres alturas es la llamada «carga del fluido» (H) que se mide en unidades de longitud.
1.3.4 Teorema de Bernoulli
Expresa que en el movimiento de un líquido perfecto, la carga total H, suma de las tres alturas: geométrica, piezométrica y cinética, se mantiene constante a lo largo de cada trayectoria singular (figura 1.9).
Pérdida de carga
Los líquidos no son perfectos, sino que siempre son viscosos en mayor o menor grado, desarrollándose en ellos, al moverse, esfuerzos tangenciales que influyen notablemente en los caracteres del movimiento. La carga H no se mantiene constante, sino que una parte se emplea en vencer las resistencias que se oponen al movimiento del líquido. La parte H gastada en vencer las resistencias al movimiento del agua constituye la pérdida de carga.
1.3.5 Movimiento del agua a presión en tuberías
El caso que nos interesa es el movimiento del agua a presión a lo largo de las tuberías. Bajo la acción de la carga el agua se pone en movimiento, adquiriendo velocidad creciente. Simultáneamente a este aumento de velocidad se desarrollan resistencias que se oponen al movimiento y llega un momento en que la velocidad ya no aumenta y el agua llena la sección del tubo.
Figura 1.8 Teorema de Bernoulli
En este momento la diferencia de carga total entre dos secciones cualquiera está equilibrada por las resistencias