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La longitud de la canalización (también conocida como la tubería de carga) tiene una gran influencia en el costo y la eficiencia de su sistema, como veremos a continuación.
La medición es fácil, simplemente, basta con pasar una cinta métrica entre la caída ó bocatoma y la ubicación final de la turbina en la casa de máquinas, siguiendo la ruta que se va a utilizar para su transportación.
La medición de Caída Neta, es la medición que toma la sección bruta de la caída ó bocatoma – y la verdadera distancia vertical o altura desde la bocatoma a la turbina - y la presión resultante que éste cuerpo de agua ejerce en el fondo de la tubería (previo a que entre en la turbina) cuando el agua no está fluyendo, a esta presión se le denomina presión de Caída BRUTA, sin embargo cuando se mide la presión en la parte inferior de la tubería cuando el agua está fluyendo a esta presión se le denomina Presión de “Caída NETA” y como se explico anteriormente, ésta siempre será inferior debido a las pérdidas por fricción que se dan cuando el agua corre dentro de la tubería. Por lo tanto cuando se presentan tuberías más largas y de diámetros más pequeños, esto provoca que se cree una mayor fricción.
La Caída Neta es una medida mucho más útil que la Caída Bruta y junto con el Caudal de Diseño, se utilizan para determinar los componentes hidráulicos y la capacidad de salida del sistema de alimentación. Esta sección le mostrará lo básico para determinar el tamaño de tubería y el caudal neto, pero le recomendamos o sugerimos que trabaje con su proveedor de turbinas, para finalizar sus especificaciones de tuberías.
La Pérdida de Carga se refiere a la pérdida de energía del agua debido a la fricción dentro de la tubería (también conocida como Perdida en la Tubería de carga). Aunque un diámetro de tubería dado, puede ser suficiente para llevar todo el caudal de diseño, las paredes, las articulaciones y las curvas de la tubería tienden a crear una fricción ó arrastre cuando el agua pasa por ella y esta provoca una disminución en la velocidad o flujo y tiende a frenarla.
El efecto es el mismo que bajar el nivel en la bocatoma o caída, es decir, habrá menos presión de agua en la turbina.
Tenga en cuenta que los efectos de la “Pérdida de Carga” no se pueden medir a menos que el agua esté fluyendo. Un medidor de presión en la parte inferior de la tubería, incluso en la tubería más pequeña, leerá los PSI cuando el agua está estática en la tubería. Pero tan pronto el agua comienza a fluir dentro de la tubería, la fricción dentro de la misma reduce la velocidad del agua que sale de la parte inferior. Lo que implica que a mayor caudal de agua aumenta la fricción.
Tuberías de mayor diámetro crean menos fricción, entregando más energía a la turbina. Pero las tuberías grandes también tienden a ser más caras, por lo que siempre provoca un dilema entre la pérdida de carga y el costo del sistema.
Una regla de oro que se utiliza para determinar el tamaño o diámetro de la tubería de presión, es la misma donde no más del (10% al 15%) de la alimentación de la Caída Bruta se pueda perder a través de la fricción en la tubería.
La siguiente tabla proporciona un buen ejemplo de cómo determinar el tamaño ó diámetro de la tubería apropiada (tubería de carga).
|
Diseño de Caudal |
||||||||||||||
|
GPM |
.25 |
.50 |
100 |
150 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
1200 |
|
CFS |
.05 |
.1 |
.2 |
.33 |
.45 |
.66 |
.89 |
1.1 |
1.3 |
1.5 |
1.78 |
2.0 |
2.23 |
2.67 |
|
Tamaño de la tubería PVC y la pérdida de presión por cada 100 pies |
||||||||||||||
|
2” |
1.28 |
4.65 |
16.8 |
35.7 |
60.6 |
99.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3” |
.18 |
.65 |
2.33 |
4.93 |
8.36 |
17.9 |
30.6 |
46.1 |
64.4 |
|
|
|
|
|
|
4” |
.04 |
.16 |
.57 |
1.23 |
2.02 |
4.37 |
7.52 |
11.3 |
15.8 |
21.1 |
26.8 |
33.4 |
|
|
|
6” |
|
.02 |
.08 |
.17 |
.29 |
.62 |
1.03 |
1.36 |
2.2 |
2.92 |
3.74 |
4.75 |
5.66 |
8.04 |
|
8” |
|
|
|
.04 |
.07 |
.15 |
.25 |
.39 |
.5 |
.72 |
.89 |
1.16 |
1.4 |
1.96 |
Ejemplo de las características de un sitio:
Para determinar qué tamaño de tubería sería la mejor, busque su Caudal de diseño (200 GPM) en la Tabla de Pérdida de Carga Superior. Nuestra máxima pérdida aceptable es de 15 pies (15% de nuestros 100 pies de Caída Bruta), lo que significa que no puede superar los 3,75 metros de pérdida (por cada 100 pies) de nuestros 400 pies de tubería. La lectura de la columna por debajo de 200 GPM, se encuentra que un tubo de 4 pulgadas causaría una pérdida de 2.02 pies por cada 100 pies – lo cual está dentro de nuestros límites
Usando una tubería de cuatro pulgadas, la pérdida de carga para este ejemplo sería:
Por lo tanto, lo adecuado para este ejemplo sería:
Tenga en cuenta la diferencia significativa en la pérdida de carga entre las tuberías de 3 pulgadas y 4 pulgadas. Del mismo modo, un tubo de 6 pulgadas u 8 pulgadas podría causar menos pérdida en la caída y podría entregar más fuerza o energía en la turbina, pero la mejora de rendimiento, puede no ser lo suficiente económica para justificar el costo adicional del diámetro de la tubería.
Tenga en cuenta que estos cálculos de pérdida de carga están siendo asumidos en condiciones óptimas, es decir, en un tubo recto, que no toma en cuenta las curvas de su tubería y que es muy posible que puedan robar fuerza significativa ó velocidad de su caudal de agua. El fabricante de la turbina debe estar bien enterado de la medición de las pérdidas de carga, y puede ser un excelente recurso para obtener las recomendaciones adecuadas para el diámetro de la tubería.