Del caudal, de la presión y de la velocidad del agua
A veces se confunde la relación que existe entre la presión y la velocidad del agua en el interior de una conducción. A igualdad de diámetro de un tubo que transporta agua y en el que no se modifique el régimen de funcionamiento de la bomba que transmite la presión al fluido, cuando aumenta su velocidad lo que implica es un incremento del caudal, manteniéndose constante la presión. Para entenderlo supongamos dos tuberías exactamente iguales (por ejemplo de 25 mm de diámetro) y al final de cada una de ellas enlazan con una línea de riego. Una tubería enlaza con una línea de 6 aspersores de 520 litros/hora de caudal cada uno, y la otra tubería enlaza con una línea de 390 goteros de 4 litros/hora cada uno. Ambas líneas deben de funcionar con una presión de entrada de 2,5 bar. En el inicio de ambas líneas la presión es la misma, sin embargo las velocidades de circulación del agua en la tubería que las alimenta serán diferentes, ya que los caudales circulantes también lo son.
En este ejemplo la tubería que suministra agua a los aspersores transporta el doble de caudal que la tubería que suministra agua a los goteros; aunque la presión en ambas tuberías sea la misma, difiere el caudal y por consiguiente la velocidad del agua. Recordemos la ecuación que vimos en la primera entrega: Q = S · v. Un tubo transporta el doble de caudal que el otro, por tanto, como la sección es la misma, implica que la velocidad será también el doble: 2Q = S · 2v.
Ejemplo 5. Supongamos un circuito con una tubería y una bomba que proporciona energía al agua con un grifo cerrado al final del tubo. La bomba transmitirá al agua una presión de 4 kg/cm2.
Si pusiéramos en funcionamiento la bomba con el grifo cerrado, la presión en cualquier punto del circuito sería de 4 kg/cm2 ya que al no haber circulación de agua no existen pérdidas de energía debidas al rozamiento. Lo enunció Pascal en la ley que lleva su nombre: “La presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido confinado dentro de un recipiente se transmite con la misma intensidad a todo el fluido"
Si abriésemos el grifo totalmente, la presión a la salida de la bomba seguiría siendo evidentemente de 4 kg/cm2 pero a la entrada del grifo ya no sería de 4 kg/cm2 pues debemos de descontar las pérdidas de carga producidas en el circuito. Si estas pérdidas, para un caudal determinado, fuesen por ejemplo de 0,6 kg/cm2, entonces a la entrada del grifo tendríamos pe = 4-0,6 = 3,4 kg/cm2. Pero aún el agua tiene otra pérdida de presión ya que debe circular por el interior del grifo. Si ésta pérdida fuese, por ejemplo, de 4 mca, la presión de salida sería de ps = 3,4-0,4 = 3 kg/cm2. Esta sería entonces la lectura que daría un manómetro de aguja en la boquilla de salida del grifo.
Recordemos el teorema de Bernoulli que vimos en la entrega anterior. Al encontrarnos en la misma cota podemos eliminar el término Z en la ecuación y entonces el balance energético en la conducción sería:
Siendo H las pérdidas de carga totales (tubo y accesorios). Como v1 = v2 entonces:
pbomba = pgrifo + H
pgrifo = pbomba – H
3 = 4 – (0,6 + 0,4)
Bien, si 3 kg/cm2 de presión a la salida del grifo no fuese suficiente para nuestro propósito, entonces tendríamos que pedir más presión al equipo de bombeo, y por consiguiente también aumentaría el caudal a la salida del grifo.
Por el lado contrario si fuesen excesivos 3 kg de presión, cerraríamos el grifo hasta alcanzar la consigna de presión que necesitásemos, y disminuiría por tanto el caudal.
En las redes hidráulicas se instalan válvulas que controlan tanto la presión como el caudal y son utilizadas para garantizar al usuario una presión mínima en su toma de servicio.
Supongamos que al circuito hidráulico anterior le agregamos una válvula reguladora. Esta válvula podría ser reductora de presión, podría ser limitadora de caudal o bien podría realizar ambas funciones, de tal forma que aguas abajo de la válvula mantuviese una presión más baja que aguas arriba y constante limitando también el caudal máximo a un valor prefijado.
