La fricción viscosa va comiendo carga a lo largo de la tubería
El agua sale débil al final de una tubería larga porque la fricción viscosa ha ido recortando presión todo el camino. Arrastra el caudal y mira cómo bajan los niveles de agua en los medidores a lo largo del tubo.
Coloca medidores finos (piezómetros) a lo largo del tubo y la altura del agua baja escalonadamente de la entrada a la salida. Esa altura es la carga de presión en cada punto. Arrastra el caudal: cuanto más fluye, más empinada la pendiente, así que cae más al final. La fricción viscosa va comiendo la energía del flujo poco a poco por el camino.
Cuanto más larga la tubería, más distancia tiene la fricción para actuar, así que la pérdida crece con ella. Arrastra la longitud L y la pérdida de carga sube en proporción directa. Un tubo el doble de largo tiene el doble de pérdida (igual lo demás). Por eso una tubería que llega más lejos pierde más presión.
Sube la velocidad y la pérdida crece mucho más rápido. En flujo turbulento la pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad. Arrastra la velocidad v y la curva se dispara como una parábola. Duplica la velocidad y la pérdida se cuadruplica. Por eso forzar demasiado el caudal agota la presión enseguida.
Todo esto se reúne en una ecuación de Darcy–Weisbach: hf = f LDv²2g. Es el producto de un factor de fricción f, la razón longitud-diámetro LD y la carga de velocidad v²2g. Arrastra la velocidad v y las barras de cada término y el hf final se mueven juntos. Cuanto menor el diámetro D, mayor LD, así que la pérdida sube con fuerza.
El factor de fricción f depende de lo rugoso que sea el interior de la tubería. Arrastra la rugosidad relativa εD: un tubo nuevo y liso tiene un f pequeño, mientras uno viejo, oxidado y rugoso tiene un f mayor, así que el mismo caudal pierde más. Eso es lo que dice el diagrama de Moody. Por eso la fontanería vieja da agua débil al final aun con la misma bomba. En la próxima lección dejamos la tubería y seguimos la capa límite que el flujo forma contra una superficie.