¿Qué es la pérdida por fricción?

La pérdida por fricción en la tubería es una medida o cálculo de la pérdida de flujo o presión debido a la interacción del fluido con las paredes de la tubería. Estas pérdidas deben determinarse para los sistemas de tuberías, ya que las bombas deben especificarse con suficiente potencia para superar las pérdidas y proporcionar caudales adecuados. La pérdida por fricción varía según los materiales de la tubería, la longitud y el caudal o la velocidad del líquido.

Los sistemas de tuberías consisten en secciones rectas o curvas de tubería, conexiones, válvulas y otros accesorios. A medida que un sistema aumenta en longitud y complejidad, los fluidos que lo atraviesan interactúan con las paredes de la tubería y varios accesorios, creando resistencia. Las cantidades excesivas de arrastre eventualmente causarán una pérdida de flujo en el cliente o destino si no se supera mediante la potencia de bombeo adicional.

Los materiales utilizados en las tuberías varían ampliamente, desde el hierro fundido hasta los plásticos, y cada tipo tiene una rugosidad particular en las paredes interiores. Los fabricantes de tuberías publican tablas que muestran la pérdida de fricción esperada por longitud de tubería para diferentes materiales y diámetros de tubería, con el diámetro midiendo la distancia a través del área interior de la tubería. Se utiliza un factor de rugosidad medido o estimado al calcular la pérdida por fricción, con una tubería de hierro sin terminar que tiene un factor de rugosidad más alto que una tubería plástica lisa.

Las tablas de pérdida por fricción muestran valores de pies de altura de agua por 100 pies de tubería (el valor es el mismo en metros) porque la capacidad de la bomba y los requisitos de potencia normalmente se dimensionan en pies de agua. Este valor estima cuántos pies verticales una bomba puede empujar agua con un tamaño de motor dado, lo que permite a los diseñadores relacionar la potencia de la bomba directamente con un sistema de tuberías. El efecto de la pérdida por fricción aumenta con la longitud del sistema y la cantidad de accesorios y secciones curvas, y solo puede reducirse usando una tubería más lisa, pero no puede eliminarse.

Las pérdidas también aumentan a medida que aumenta la velocidad, o velocidad, del fluido en la tubería. Aumentar la presión del sistema es una mejor solución que aumentar los caudales, por lo que los sistemas de agua municipales utilizan torres de agua elevadas. Mantener un suministro de agua en un tanque elevado no solo proporciona agua adicional durante períodos de alta demanda, sino que también mantiene una presión más constante para superar las pérdidas del sistema.

La pérdida por fricción es importante en todos los sistemas de tuberías comerciales, porque una mayor resistencia equivale a mayores costos de bombeo. Hay algunas aplicaciones donde la capacidad de bombeo adecuada es crítica, como la lucha contra incendios. Un camión de bombeo contra incendios debe proporcionar grandes cantidades de agua a través de largas secciones de manguera, a menudo a los pisos superiores de un edificio. A medida que aumenta la demanda de agua, el camión bomba debe suministrar una presión adecuada en las boquillas para mantener la capacidad de extinción de incendios. Las boquillas de la manguera están diseñadas como tubos largos y delgados porque esto convierte la presión de la manguera en un flujo alto en la boquilla sin la necesidad de altas velocidades en la manguera.

El aire también es un fluido, y la pérdida de fricción ocurre en los sistemas de calefacción y aire acondicionado a medida que el aire se mueve a través de los conductos que se conectan a varias habitaciones. Los diseñadores del sistema usan cálculos de pérdida por fricción para determinar la potencia del ventilador requerida para un flujo de aire adecuado en los edificios. El dimensionamiento inadecuado de los ventiladores y los conductos puede provocar un flujo de aire deficiente en algunas áreas de una casa o edificio, o calefacción o refrigeración inadecuadas en los pisos más altos de un edificio de varios pisos.