Los flujos a presión en conducciones cerradas se desarrollan en conductos o tubos rígidos totalmente llenos. Las diferencias de presión en un tubo con flujo forzado mantienen al fluido en movimiento independientemente de que el trazado de la conducción sea horizontal, descendente o ascendente. En este sentido, se diferencian los fluidos a superficies libres los cuales presenta la superficie superior en contacto con la atmósfera externa a presión ambiente, donde la fuerza motriz es la gravedad.
En condiciones de flujo permanente las variables hidrodinámicas (presión y velocidad) no varían en el tiempo. Lo contrario ocurre si el flujo es impermanente, en cuyo caso la magnitud de las variaciones de velocidad pueden producir variaciones considerables de presión y determinar variaciones de densidad del agua y deformación del conducto.
En condiciones de flujo permanente y uniforme la velocidad no varía en la dirección principal del flujo. Por lo tanto, en las conducciones a presión, el flujo permanente y uniforme es solo posible si el caudal se mantiene constante y la sección del conducto es constante, al menos por tramos, respecto al eje del mismo. En la mayoría de las conducciones forzadas la sección transversal de la tubería es de forma circular, ya que, respecto a otras formas, conjuga ventajas de funcionamiento hidráulico eficiente y resistencia estructural.
El flujo en conductos a presión puede ser representado sustancialmente como un flujo unidimensional, ya que la sección transversal del tubo es pequeña en relación a la longitud de la conducción forzada, y, por lo tanto, se puede adoptar una velocidad media en la sección.
Empleo y características técnicas
El tubo a presión es la más difundida de todas las estructuras hidráulicas ya que es la adecuada y ventajosa para la conducción de líquidos en una gran variedad de usos, entre ellos:
--- Abastecimiento de agua para uso domiciliario e industrial
--- Instalaciones sanitarias en edificios
--- Conducción de líquidos diversos en plantas industriales
--- Extracción de agua de pozos
--- Instalaciones de bombeo
--- Conducción de agua mediante túneles a presión
--- Oleoductos
--- Instalaciones para riego a presión
--- Sistemas de calefacción por agua
--- Sistemas de refrigeración en plantas termoeléctricas
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Esfuerzos sobre una tubería |
Los accesorios son piezas especiales que se interponen en la tubería con diversos fines, tales como cambio de dirección de la conducción, control de gasto, bifurcación y control de presiones. Algunos de ellos tienen influencia en el flujo, ya que provocan una disipación de energía debida al cambio forzado de la dirección de las partículas líquidas.
Principales accesorios en tuberías:
* Juntas * codos * curvas *expansiones * reducciones *uniones * bifurcaciones
* válvulas (de compuerta, aguja, globo, esférica, mariposa, antirretorno, ruptoras de vacío, de alivio, reductoras de presión)
Las uniones entre tramos de tubería pueden hacerse de distintas formas, las más comunes son: roscada, a brindas soldadas, de macho y campana y de anillos exteriores. Todas ellas están diseñadas para asegurar la estanqueidad del fluido, pero no siempre para resistir los esfuerzos de flexión o longitudinales, esto debe tenerse en cuenta para calcular el soporte de la tubería.
Ecuaciones de conservación
Cualquier fenómeno dentro de la hidráulica y, en general, dentro de la mecánica, debe satisfacer una serie de principios o leyes fundamentales que se enumeran a continuación:
a) Conservación de la masa: también llamado ley de continuidad, expresa que la masa del sistema es constante. Una partícula, y por extensión un sistema, puede manifestar cambios en muchas de sus propiedades como consecuencia de cargas externas, pero la masa permanece invariable, independientemente del tiempo y de cualquier acción que afecte al sistema.
b) Conservación de la cantidad de movimiento: o de conservación del momentum se basa en la leyes de Newton y dice que el impulso de las fuerzas exteriores aplicada sobre el sistema es igual al aumento de su cantidad de movimiento.
c) Conservación de la energía