- Tutorial Nº 208 -

Cálculo y Diseño de Instalaciones de Fontanería

Índice de contenidos:

1- Materiales empleados en tuberías

1.1- Condiciones generales de los materiales

1.2- Incompatibilidades

1.3- Elección del tipo de material

2- Estimaciones de consumo

2.1- Caudales de consumo en aparatos y equipos de higiene

2.2- Otras necesidades de consumos

3- Diseño de la instalación

3.1- Cálculo de las pérdidas de carga

3.2- Dimensionado de tuberías y derivaciones

3.3- Dimensionado del grupo de presión y depósito auxiliar

 

ANEXOS

A.1- Catálogo de tuberías y accesorios de Acero Galvanizado

A.2- Diámetros y espesores mínimos de tuberías de Cobre

A.3- Diámetros y espesores mínimos de tuberías de Acero Inoxidable

A.4- Catálogo de tuberías y accesorios de Fundición Dúctil

A.5- Catálogo de tuberías y accesorios de Policloruro de Vinilo no Plastificado (PVC)

A.6- Catálogo de tuberías y accesorios de Policloruro de Vinilo Clorado (PVC-C)

A.7- Diámetros y espesores mínimos de tuberías de Polietileno (PE)

A.8- Diámetros y espesores mínimos de tuberías de Polietileno Reticulado (PE-X)

A.9- Diámetros y espesores mínimos de tuberías de Polibutileno (PB)

A.10- Catálogo de tuberías y accesorios de Polipropileno (PP)

A.11- Diámetros y espesores mínimos de tuberías Multicapa de Polímero / Aluminio / Polietileno resistente a temperatura (PE-RT)

A.12- Diámetros y espesores mínimos de tuberías Multicapa de Polímero / Aluminio / Polietileno reticulado (PE-X)


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Materiales empleados en tuberías

1.1- Condiciones generales de los materiales

En general, los materiales que se empleen en tuberías y accesorios de las instalaciones interiores de edificios deberán ser capaces de soportar como mínimo una presión de trabajo de 15 Kg/cm2 o superior si se indica explícitamente, en previsión para soportar una presión normal de servicio y los golpes de ariete provocados por el cierre de válvulas y grifos.

Asimismo, los materiales que se vayan a utilizar para las tuberías y accesorios no generarán concentraciones de sustancias nocivas que excedan los valores permitidos por el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, ni modificar las características organolépticas ni la salubridad del agua suministrada. Deberán ser resistentes a la corrosión interior y no presentarán incompatibilidad electroquímica entre sí. Por último, deberán ser compatibles con el agua suministrada y no deberán favorecer la migración de sustancias y de materiales en cantidades que sean un riesgo para la salubridad y limpieza del agua de consumo humano.

Para cumplir con las condiciones anteriores, las conducciones y tuberías podrán utilizar revestimientos, sistemas de protección o sistemas de tratamiento de agua, a fin de garantizar un suministro de agua que tenga las características adecuadas para evitar el desarrollo de gérmenes patógenos y no favorecer el desarrollo de la biocapa (biofilm).

En este sentido, y dada la alteración que producen en las condiciones de potabilidad del agua, quedan prohibidos expresamente los tubos de aluminio y aquellos cuya composición contenga plomo.

En función de las condiciones expuestas anteriormente, se consideran adecuados para las instalaciones de agua de consumo humano los siguientes tipos de tuberías, así como la normativa que los regula:

a) tuberías de acero galvanizado, según Norma UNE 19 047:1996;

b) tuberías de cobre, según Norma UNE EN 1 057:1996;

c) tuberías de acero inoxidable, según Norma UNE 19 049-1:1997;

d) tuberías de fundición dúctil, según Norma UNE EN 545:1995;

e) tuberías de policloruro de vinilo no plastificado (PVC), según Norma UNE EN 1452:2000;

f) tuberías de policloruro de vinilo clorado (PVC-C), según Norma UNE EN ISO 15877:2004;

g) tuberías de polietileno (PE), según Normas UNE EN 12201:2003;

h) tuberías de polietileno reticulado (PE-X), según Norma UNE EN ISO 15875:2004;

i) tuberías de polibutileno (PB), según Norma UNE EN ISO 15876:2004;

j) tuberías de polipropileno (PP) según Norma UNE EN ISO 15874:2004;

k) tuberías multicapa de polímero / aluminio / polietileno resistente a temperatura (PE-RT), según Norma UNE 53 960 EX:2002;

l) tuberías multicapa de polímero / aluminio / polietileno reticulado (PE-X), según Norma UNE 53 961 EX:2002.

 

Mención particular se merece el desarrollo en los últimos años de la tecnología aplicada a la producción y mejora de aquellas tuberías de naturaleza plástica, también llamados polímeros. Este tipo de tuberías presentan como ventaja principal respecto a otras, como son las de tipo metálica (aceros, fundición, cobre), su menor coste de producción y ausencia de corrosión, de ahí su gran evolución.

De entre los materiales plásticos empleados en la fabricación de tuberías, hay dos grupos fundamentales:

Termoplásticos: son materiales que a temperatura ambiente son deformables y se funden cuando se calientan. El proceso de reblandecimiento de este tipo de plástico ocurre a temperaturas relativamente bajas (de 60 a 120 ºC), lo que reduce el tipo de aplicaciones de tuberías de material termoplástico a aquellas donde no se alcance este rango de temperaturas. De entre los materiales termoplásticos empleados en tuberías para conducciones de agua están el policloruro de vinilo no plastificado (PVC-U), el polipropileno (PP) y el polietileno (PE).

Termoestables: son un tipo de plástico infusibles e insolubles, además de no ser deformables, presentando mejores propiedades mecánicas a elevadas temperaturas que los termoplásticos. Uno de los plásticos termoestables empleados para el transporte de agua a presión es el polietileno reticulado (PE-X), material muy utilizado en instalaciones interiores para suministro de agua fría y caliente.

 

1.2- Incompatibilidades

A) Incompatibilidades entre los materiales y el agua:

Se evitará siempre la incompatibilidad de las tuberías de acero galvanizado y cobre, controlando la agresividad del agua.

Para los tubos de acero galvanizado se considerarán agresivas las aguas no incrustantes con contenidos de ión cloruro superiores a 250 mg/l. Para su valoración se empleará el índice de Langelier.

Para los tubos de cobre se considerarán agresivas las aguas dulces y ácidas (pH inferior a 6,5) y con contenidos altos de CO2. Para su valoración se empleará el índice de Lucey.

Para los tubos de acero galvanizado las condiciones límites del agua a transportar, a partir de las cuales será necesario un tratamiento son las mostradas en la siguiente tabla:

Condiciones límites del agua en tuberías de acero galvanizado

Tabla 1. Condiciones límites del agua en tuberías de acero galvanizado

Para los tubos de cobre las condiciones límites del agua a transportar, a partir de las cuales será necesario un tratamiento son las mostradas en la siguiente tabla:

Condiciones límites del agua en tuberías de cobre

Tabla 2. Condiciones límites del agua en tuberías de cobre

Para las tuberías de acero inoxidable las calidades se seleccionarán en función del contenido de cloruros disueltos en el agua. Cuando éstos no sobrepasen los 200 mg/l se puede emplear el AISI-304. Para concentraciones superiores es necesario utilizar el AISI-316.

 

B) Incompatibilidad entre materiales:

Se evitará el acoplamiento de tuberías y elementos de metales con diferentes valores de potencial electroquímico excepto cuando según el sentido de circulación del agua se instale primero el de menor valor.

En particular, las tuberías de cobre no se colocarán antes de las conducciones de acero galvanizado, según el sentido de circulación del agua, para evitar la aparición de fenómenos de corrosión por la formación de pares galvánicos y arrastre de iones Cu+ hacía las conducciones de acero galvanizado, que aceleren el proceso de perforación.

Igualmente, no se instalarán aparatos de producción de ACS en cobre colocados antes de canalizaciones en acero.

Excepcionalmente, por requisitos insalvables de la instalación, se admitirá el uso de manguitos antielectrolíticos, de material plástico, en la unión del cobre y el acero galvanizado.

Se autoriza sin embargo, el acoplamiento de cobre después de acero galvanizado, montando una válvula de retención entre ambas tuberías.

Se podrán acoplar al acero galvanizado elementos de acero inoxidable.

En las vainas pasamuros, se interpondrá un material plástico para evitar contactos inconvenientes entre distintos materiales.

 

1.3- Elección del tipo de material

En esta sección se trata de facilitar la elección del tipo de material empleado para las tuberías de canalizaciones de agua, según el uso a que se destine.

En la siguiente tabla se muestra de manera resumida, las diferentes aplicaciones de los distintos tipos de tuberías plásticas en edificación civil.

Aplicaciones de los distintos tipos de tuberías plásticas en edificación civil

Edificación

Agua fría, agua caliente (ACS) y climatización

Polietileno reticulado (PE-X)

Polibutileno (PB)

Polipropileno copolímero random (PP-R)

Tuberías multicapa

Policloruro de vinilo (clorado) (PVC-C)

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

Suministro de agua fría y evacuación

Polietileno (PE)

Polipropileno homopolímero (PP-H)

Policloruro de vinilo (no plastificado) (PVC-U)

Policloruro de vinilo (clorado) (PVC-C)

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)


 

A continuación, y de manera más exhaustiva, se enumeran las múltiples aplicaciones que tienen los distintos tipos de tuberías.

Tuberías de policloruro de vinilo no plastificado (PVC-U):

- Utilizable para conducciones de agua a presión, agua de consumo humano y para saneamiento enterrado o aéreo con presión. UNE-EN ISO 1452.

- Sistemas de canalización para evacuación de aguas residuales (a baja y a alta temperatura) en el interior de la estructura de los edificios, según UNE-EN 1329.

- Sistemas de canalización para la evacuación de aguas pluviales en instalaciones aéreas y al exterior. UNE-EN 12200.

- Sistemas de canalización para saneamiento enterrado sin presión. UNE-EN 1401.

- Canalones suspendidos y sus accesorios de PVC-U. UNE-EN 607.

- Sistemas de desagüe y alcantarillado exteriores a los edificios. UNE-EN 752.

- Para tubos y accesorios empleados para drenaje enterrado en obras de edificación y de ingeniería civil. UNE 53994 EX.

- Drenaje agrícola. Tubos corrugados y accesorios de PVC-U para drenaje agrícola. UNE 53486.

 

Tuberías de policloruro de vinilo clorado (PVC-C):

- Sistemas de canalización para instalaciones de agua caliente y fría. UNE-EN ISO 15877.

- Sistemas de canalización para evacuación de aguas residuales (a baja y alta temperatura) en el interior de la estructura de los edificios. UNE-EN 1566.

 

Tuberías de polietileno (PE):

- Sistemas de canalización para evacuación de aguas residuales (a baja y alta temperatura) en el interior de la estructura de los edificios. UNE-EN 1519.

- Conducción de agua a presión, agua de consumo humano y para saneamiento con presión. UNE-EN 12201.

- Para accesorios manipulados de polietileno (PE) para sistemas de canalización destinados a la conducción de agua con presión. UNE 53940.

- Sistemas de canalización para evacuación y saneamiento enterrado sin presión. UNE-EN 12666.

- Sistemas de canalización para saneamiento enterrado sin presión. UNE-EN 13476.

- Sistemas de canalización para saneamiento y evacuación enterrados sin presión. UNE-EN 13598.

- Tubos y accesorios de poli(cloruro de vinilo) no plastificado (PVC-U) y polietileno (PE) para drenaje enterrado en obras de edificación y de ingeniería civil. UNE 53994 EX.

- Tubos de polietileno PE32 y PE40 para microirrigación. UNE 53367.

 

Tuberías de polietileno reticulado (PE-X):

- Sistemas de canalización para instalaciones de agua caliente y fría. UNE-EN ISO 15875.

 

Tuberías de polibutileno (PB):

- Sistemas de canalización para instalaciones de agua caliente y fría. UNE-EN ISO 15876.

 

Tuberías de polipropileno (PP):

- Sistemas de canalización para evacuación de aguas residuales (a baja y alta temperatura) en el interior de la estructura de los edificios. UNE-EN 1451.

- Sistemas de canalización para saneamiento enterrado sin presión. UNE-EN 1852.

- Sistemas de canalización para saneamiento y evacuación enterrados sin presión. UNE-EN 13598.

 

Tuberías termoestables reforzadas con fibra de vidrio (PRFV):

- Sistemas de canalización para suministro de agua con y sin presión. Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) basados en resinas de poliéster insaturado. UNE-EN 1796.

- Sistemas de canalización en materiales plásticos para evacuación y saneamiento. Plásticos termoestables reforzados con fibra de vidrio (PRFV) a base de resina de poliéster insaturado. UNE-EN 14364.

 

Tuberías multicapa de polímero / aluminio / polietileno:

- Sistemas de canalización multicapa para instalaciones de agua caliente y fría en el interior de edificios. UNE-EN ISO 21003.

2- Estimaciones de consumo

2.1- Caudales de consumo en aparatos y equipos de higiene

En el caso de aparatos domésticos y de higiene, cada equipo debe recibir un caudal mínimo, con independencia del estado de funcionamiento de los demás, para que su utilización sea adecuada. Los caudales instantáneos mínimos en los aparatos domésticos y de higiene serán los que se muestran en la tabla siguiente:

Caudales instantáneos mínimos para aparatos doméstico y de higiene

Tabla 3. Caudales instantáneos mínimos para aparatos doméstico y de higiene

Por otro lado, en todo punto de consumo la presión mínima con la que llegue el agua deberá ser:

a) 100 kPa para grifos comunes;

b) 150 kPa para fluxores y calentadores.

Siendo la presión máxima del agua en cualquier punto de consumo no superior, como regla general, a 500 kPa.

Para el suministro de agua caliente sanitaria (ACS), la temperatura del agua en los puntos de consumo deberá estar comprendida, como regla general, entre 50ºC y 65ºC.

 

2.2- Otras necesidades de consumos

A la hora de enfrentarse al cálculo de instalaciones de suministro de agua en proyectos diversos, es necesario ajustar la estimación de consumo en función al tipo de suministro (urbano, industrial, rural...).

En el caso de consumo urbano, se suele ajustar dicho consumo dependiendo del número de habitantes a los que dar servicio y del tipo de consumo que se trate (vivienda, hotel, oficinas...).

De manera orientativa, la siguiente tabla muestra valores habituales para el consumo de agua diario tomados para proyectos:

Lugar de consumo

Tipo

Consumo diario

Viviendas

de ciudad pequeña

200 litros/habitante

de ciudad mediana

250 litros/habitante

de gran ciudad

300 litros/habitante

de población rural

150 litros/habitante

rural aislada

500 litros/habitante

Escuela

-

60 litros/alumno

Hospital

-

500 litros/cama

Cuartel

-

250 litros/habitante

Camping

-

100 litros/habitante

Oficinas

-

50 litros/habitante

Hoteles

según número de estrellas

150-300 litros/cama

Gimnasio

-

200 litros/usuario

Riego de jardines

zona húmedas

3 litros/día y m2

zonas secas

6 litros/día y m2


Tabla 4. Estimaciones de consumo de agua

3- Diseño de la instalación

3.1- Cálculo de las pérdidas de carga

Cuando se realiza el diseño de cualquier sistema de distribución y abastecimiento de agua, es necesario calcular las pérdidas de carga o de presión originadas desde el origen de la instalación hasta cada uno de los puntos finales de consumo, identificándose el recorrido donde se produzca la mayor pérdida de carga, dado que este valor va a condicionar las prestaciones que debe ofrecer el grupo de bombeo o la altura del depósito, si el suministro se realiza desde un depósito en altura.

El cálculo de la pérdida de carga o de presión (Δp) originado en los tramos rectos de tuberías es inmediato y fácil de realizar. En efecto, en un tramo recto de tubería de una longitud considerada "L", el cálculo de las pérdidas de cargas originadas se puede obtener aplicando la ecuación de Darcy-Weisbach, mediante la siguiente expresión:

Cálculo de la pérdida de carga en tubería con la ecuación de Darcy-Weisbach

donde,

Δp  es el valor de la pérdida de carga o de presión medida según la altura manométrica y expresada en metros de columna de agua (m.c.a.)

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L   es la longitud del tramo considerado de tubería (m)

D   es el diámetro interior de la tubería (m)

v   es la velocidad del agua en el interior de la tubería (m/s)

g   es la acelaración de la gravedad (9,81 m/s2)

f   es el es el factor de fricción de Darcy-Weisbach.

 

De la anterior expresión todos los parámetros son conocidos salvo el factor de fricción (f).

En efecto, la velocidad del agua por el interior de la tubería (v) está relacionada con el caudal o flujo de agua (Q), que es un dato conocido proveniente del consumo necesario de cada punto de suministro, mediante la siguiente expresión:

Q = v · A

donde,

Q   es el caudal volumétrico o flujo de agua que circula por la tubería (m3/s)

v   es la velocidad del agua en el interior de la tubería (m/s)

A   es el área de la sección interna de la tubería (π·D2 / 4) (m2), siendo D el diámetro interior de la tubería.

Por lo tanto, sustituyendo y despejando v de la expresión anterior, el valor de la velocidad (v) del agua que discurre por el interior de una tubería también puede ser expresada en función del caudal (Q) y del diámetro interior (D) de la tubería, como:

v  =  

Q

———

A


o bien,

v  =  

4·Q

———

π·D2


Como norma general, el diámetro (D) de cualquier tubería de conducción de agua se elegirá tal que la velocidad (v) del agua se mantenga dentro de un rango de velocidades, siendo ésta mayor que un determinado valor que evite fenómenos de sedimentación y estancamientos, y menor que un valor máximo, porque velocidades mayores originarían problemas de arrastres y ruidos, así como grandes pérdidas de carga. Este rango de velocidades depende del material de la tubería en la forma siguiente:

- para tuberías metálicas: entre 0,50 y 2,00 m/s

- para tuberías termoplásticas y multicapas: entre 0,50 y 3,50 m/s

 

Por lo tanto, conocido el diámetro (D) para que se cumpla la condición anterior, y el caudal (Q) que circula por un tramo considerado de tubería, la expresión de Darcy-Weisbach queda de la siguiente forma:

Δp  =   f ·

8 · L · Q2

—————

π2 · g · D5


Ahora sólo falta conocer el factor de fricción (f) para poder aplicar la expresión anterior.

 

El factor de fricción (f), es un parámetro adimensional que depende del número de Reynolds (Re) del fluido (en este caso, del agua) y de la rugosidad relativa de la tubería (εr )

f = f (Re , εr )

donde el número de Reynolds (Re) viene expresado por la siguiente formulación:

Re =  

ρ · v · D

—————

μ


siendo,

ρ   la densidad del fluido, en este caso del agua (kg/m3)

v   es la velocidad del agua en el interior de la tubería (m/s)

D   es el diámetro interior de la tubería (m)

μ   es viscosidad dinámica del agua (kg/m·s)

 

No obstante, el número de Reynolds (Re) también puede ser expresado en función de la viscosidad cinemática del fluido (ϑ = μ / ρ) como,

Re =  

v · D

———

ϑ


siendo,

v   la velocidad del agua en el interior de la tubería (m/s)

D   el diámetro interior de la tubería (m)

ϑ   es la viscosidad cinemática del agua (m2/s)

 

En la siguiente tabla, se muestran los valores de la densidad, viscosidad absoluta y viscosidad cinemática para el agua a distintas temperaturas.

 

Densidad

Viscosidad
absoluta

Viscosidad
cinemática

Temperatura

ρ

μ

ϑ

ºC

kg/m3

kg/m·s

m2/s

0

999,9

1,792·10-3

1,792·10-6

5

1000,0

1,519·10-3

1,519·10-6

10

999,7

1,308·10-3

1,308·10-6

20

998,2

1,005·10-3

1,007·10-6

40

992,2

0,656·10-3

0,661·10-6

60

983.2

0,469·10-3

0,477·10-6

80

971,8

0,357·10-3

0,367·10-6

100

958,4

0,284·10-3

0,296·10-6


Tabla 5. Valores de la viscosidad y densidad del agua

Por otro lado, la rugosidad relativa de la tubería (εr ) viene dada en función de la rugosidad absoluta (ε) del material del que está fabricada la tubería y de su diámetro interior (D) de acuerdo a la siguiente expresión:

εr =  

ε

——

D


En la siguiente tabla se muestran los valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES

Material

ε (mm)

 

Material

ε (mm)

Plástico (PE, PVC)

0,0015

 

Fundición asfaltada

0,06-0,18

Poliéster reforzado con fibra de vidrio

0,01

 

Fundición

0,12-0,60

Tubos estirados de acero

0,0024

 

Acero comercial y soldado

0,03-0,09

Tubos de latón o cobre

0,0015

 

Hierro forjado

0,03-0,09

Fundición revestida de cemento

0,0024

 

Hierro galvanizado

0,06-0,24

Fundición con revestimiento bituminoso

0,0024

 

Madera

0,18-0,90

Fundición centrifugada

0,003

 

Hormigón

0,3-3,0


Tabla 6. Rugosidades absolutas de materiales

El número de Reynolds (Re) representa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas en la tubería. Cuando las fuerzas predominantes son las viscosas (ocurre para Re con valores bajos), el fluido discurre de forma laminar por la tubería y la importancia de la rugosidad en la pérdida de carga es menor que las debida al propio comportamiento viscoso del fluido. Por otro lado, en régimen turbulento (Re grande), las fuerzas de inercia predominan sobre las viscosas y la influencia de la rugosidad se hace más patente.

Para el caso del agua, los valores de transición entre régimen laminar y turbulento se encuentra con el número de Reynolds en la franja de 2000 a 4000. Es decir, en función del valor del número de Reynolds se tiene que:

Re < 2000: Régimen laminar.

2000 < Re < 4000: Zona crítica o de transición.

Re > 4000: Régimen turbulento.

 

Conocer si el flujo que circula por una tubería se encuentra en el régimen laminar o turbulento es importante porque marca la manera de calcular el factor de fricción (f).

En efecto, el factor de fricción (f) para valores del número de Reynolds por debajo del límite turbulento, es decir, en régimen laminar, se puede calcular aplicando la fórmula de Poiseuille:

f  =  

64

———

Re


expresión que resulta sencilla de aplicar para calcular el factor de fricción (f) conocido el Reynolds (Re).

Para la otra situación, es decir, que nos encontremos en régimen turbulento, el cálculo para conocer el factor de fricción (f) ya nos es tan inmediato, y depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería. En este caso existen diversas formulaciones que pueden ser utilizadas para el cálculo del factor de fricción:

 >>  Ecuación de Colebrook-White

Y otras como la ecuación de Barr, la ecuación de Miller o la ecuación de Haaland.

 

No obstante, afortunadamente además de estas expresiones existen representaciones gráficas y ábacos empíricos que nos permiten calcular cómodamente el factor de fricción (f). Uno de ellos es el Diagrama de Moody que es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción (f) en función del número de Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa de la tubería (ε/D), según se representa en la siguiente figura:

Diagrama de Moody

Figura 1. Diagrama de Moody

 

Hasta aquí, es el proceso para calcular la pérdida de carga producida en tramos rectos de tuberías, pero en una instalación hay otros elementos, como válvulas, derivaciones, codos, etc.

Para evaluar las pérdidas locales que se originan en válvulas u otros elementos intercalados en la instalación (codos, derivaciones en T, bifurcaciones, reducciones...) se pueden calcular a partir de formulaciones empíricas, como la mostrada en la expresión siguiente:

Δp  =   K ·  

v2

———

2 · g


o bien,

Δp  =   K ·  

8 · Q2

—————

π2 · g · D4


donde el coeficiente adimensional K, que mide la caída de presión se mide experimentalmente y depende del diseño del fabricante. En la siguiente tabla se dan algunos valores orientativos:

Válvulas (abiertas)

Coef. de pérdida, K

De bola

K = 0,1

Compuerta

K = 0,1 - 0,3

Anti-retorno

K = 1,0

De asiento estándar. Asiento de fundición

K = 4,0 - 10,0

De asiento estándar. Asiento de forja (pequeña)

K = 5,0 - 13,0

De asiento a 45º. Asiento de fundición

K = 1,0 - 3,0

De asiento en ángulo. Asiento de fundición

K = 2,0 - 5,0

De asiento en ángulo. Asiento de forja (pequeña)

K = 1,5 - 3,0

Mariposa

K = 0,2 - 1,5

Diafragma

K = 2,0 - 3,5

De macho o tapón. Rectangular

K = 0,3 - 0,5

De macho o tapón. Circular

K = 0,2 - 0,3

Otros elementos

Coef. de pérdida, K

Codos a 90º

K = 0,2

Derivación

K = 0,3


Tabla 7. Coeficientes de pérdida de carga, K

 

Para el cálculo de los coeficientes de pérdidas de carga en válvulas parcialmente abiertas respecto al valor del coeficiente en apertura total, se pueden tomar los valores de esta otra tabla:

Cociente K(parcial)/K(abierta)

Situación

Compuerta

Esfera

Mariposa

Abierta

1,0

1,0

1,0

Cerrada 25%

3,0 - 5,0

1,5 - 2,0

2,0 - 15,0

50%

12 - 22

2,0 - 3,0

8 - 60

75%

70 - 120

6,0 - 8,0

45 - 340


Tabla 8. Coeficientes de pérdida de carga en válvulas parcialmente abiertas

Una vez calculada las pérdidas de cargas localizadas en cada elemento, codo o válvula del mismo ramal, se suman todas ellas y se agrega a la pérdida de carga calculada en el tramo recto del tubo, obteniéndose así la pérdida de carga total por rozamiento en ese ramal.

 

3.2- Dimensionado de tuberías y derivaciones

Para realizar el dimensionado de una instalación de abastecimiento y distribución de agua, éste comienza a partir del dimensionado de cada tramo, y para ello se partirá del circuito considerado como más desfavorable, que será aquel que presente la mayor pérdida de carga, debida tanto al rozamiento (por la mayor longitud del circuito, o la presencia de mayor número de elementos y válvulas, bifurcaciones, etc...) como a su altura geométrica que debe salvar.

El dimensionado de los tramos se hará de acuerdo al procedimiento siguiente:

a) El caudal máximo de cada tramo será igual a la suma de los caudales de los puntos de consumo alimentados por el mismo tramo, de acuerdo a lo indicado en el apartado 2. Estimaciones de consumo de este tutorial.

b) Posteriormente se establecen unos coeficientes de simultaneidad de cada tramo de acuerdo con un criterio adecuado.

c) La determinación del caudal de cálculo en cada tramo será el producto del caudal máximo por el coeficiente de simultaneidad correspondiente.

d) A continuación se pasa a la elección de una velocidad de cálculo para la circulación del agua por el interior de la tubería que esté comprendida dentro de los intervalos siguientes, según el tipo de tubería:

- para tuberías metálicas: entre 0,50 y 2,00 m/s;

- para tuberías termoplásticas y multicapas: entre 0,50 y 3,50 m/s.

e) Finalmente se obtiene el diámetro correspondiente a cada tramo en función del caudal y de la velocidad, a partir de la expresión siguiente:

v  =  

Q

———

A


o bien,

v  =  

4·Q

———

π·D2


de donde se despeja la variable (D) correspondiente al diámetro interior.

Una vez conocidos los diámetros de cada tramo, se calcula la pérdida de presión por rozamiento correspondiente al punto de consumo más desfavorable, según lo indicado en el apartado anterior, sumando las pérdidas de carga total de cada tramo que forma dicho circuito.

Por último, habrá que hacer una última comprobación por presión. En efecto, a la presión inicial disponible en el origen de la instalación (generalmente, garantizada por la compañía suministradora) habrá que descontarle la pérdida de presión por rozamiento y la debida a la altura geométrica (Hg) a la que está situada el punto de consumo correspondiente al circuito más desfavorable.

El resultado es la presión disponible en el punto de consumo más desfavorable, que debe ser como mínimo igual a:

a) 100 kPa para grifos comunes;

b) 150 kPa para fluxores y calentadores.

En el caso que la presión disponible en el punto de consumo fuera inferior a la presión mínima exigida, entonces sería necesaria la instalación de un grupo de presión, teniendo en cuenta que la presión máxima del agua en cualquier punto de consumo no sea superior, como regla general, a 500 kPa.

A continuación, en la siguiente tabla se establecen los diámetros nominales de los ramales de enlace a los aparatos domésticos y puntos de consumo. Para otros casos, se tendrán en cuenta los criterios de suministro dados por las características de cada aparato y se dimensionará en consecuencia como se ha establecido en los apartados anteriores.

Diámetros nominales de tuberías de ramales de enlace

Tabla 9. Diámetros nominales de ramales de enlace

 

Por otro lado, los diámetros de los diferentes tramos de la red de suministro se dimensionarán siguiéndose las pautas descritas anteriormente, adoptándose como mínimo los valores de la siguiente tabla:

Diámetros nominales del tubo de alimentación

Tabla 10. Diámetros nominales del tubo de alimentación

 

3.3- Dimensionado del grupo de presión y depósito auxiliar

El volumen del depósito se calculará en función del tiempo previsto de utilización, aplicando la siguiente expresión:

V = Q · t · 60

donde,

V   es el volumen del depósito (l)

Q   es el caudal máximo simultáneo (l/s)

t   es el tiempo estimado, generalmente de 15 a 20 minutos (min)

Para el cálculo de la bomba de presión, su diseño se realizará teniéndose en cuenta las siguientes consideraciones:

a) El cálculo de las bombas de presión necesarias se hará en función del caudal y de las presiones de arranque y parada de las bombas (mínima y máxima respectivamente), siempre que no se instalen bombas de caudal variable. En este segundo caso la presión será función del caudal solicitado en cada momento y siempre constante.

b) El número de bombas a instalar en el caso de un grupo de tipo convencional, excluyendo las de reserva, se determinará en función del caudal total del grupo. Se dispondrán dos bombas para caudales de hasta 10 dm3/s, tres para caudales de hasta 30 dm3/s y cuatro para más de 30 dm3/s.

c) El caudal de las bombas será el máximo simultáneo de la instalación o caudal punta y vendrá fijado por el uso y necesidades de la instalación.

d) La presión mínima o de arranque (Pb) será el resultado de sumar la altura geométrica de aspiración (Ha), la altura geométrica (Hg), la pérdida de carga del circuito (Pc) y la presión residual en el grifo, llave o fluxor (Pr).

 

Para el cálculo del depósito de presión tras el grupo de bombas se tendrá en cuenta las siguientes consideraciones:

a) Para la presión máxima se adoptará un valor que limite el número de arranques y paradas del grupo de forma que se prolongue lo más posible la vida útil del mismo. Este valor estará comprendido entre 2 y 3 bar por encima del valor de la presión mínima.

b) El cálculo de su volumen se hará con la fórmula siguiente:

Vn = Pb · Va / Pa

siendo,

Vn   el volumen útil del depósito de membrana;

Pb   la presión absoluta mínima;

Va   el volumen mínimo de agua;

Pa   la presión absoluta máxima.

 

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

 

 

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