Factores para determinar el diámetro de tuberías hidráulicas

Al momento de diseñar sistemas de tuberías hidráulicas, seleccionar el diámetro adecuado es clave. El diámetro adecuado de los tubos que se utilicen garantizará el rendimiento y la eficiencia, además de influir en el costo de la instalación.

Los ingenieros y diseñadores de sistemas hidráulicos afrontan el desafío de determinar el tamaño óptimo de las tuberías para garantizar un flujo eficiente y confiable, que reduzca las pérdidas de energía y los costos de instalación y operaciones.

Explicamos los principales factores que influyen en la determinación del diámetro de tuberías hidráulicas, para garantizar la durabilidad y la resistencia a condiciones de alta presión y temperaturas variables.

1.    Identificación de requerimientos de flujo

En cualquier sistema de tuberías, es fundamental determinar el tipo de material que será transportado por medio de los ductos, bien sean líquidos o gases.

Se debe establecer la tasa de flujo necesaria, que se mide típicamente en litros por minuto (l/min), galones por minuto (GPM), metros cúbicos por hora (m³/h).

2.    Comprensión de las condiciones de presión y temperatura

Recopilar información sobre las condiciones operativas de presión y temperatura del líquido en la tubería resulta un aspecto clave.

Tanto la presión como la temperatura influyen al momento de elegir el material y el diámetro de la tubería.

3.    Definición de restricciones de caída de presión y velocidad

Durante la fase de diseño del sistema se establecen límites para la caída de presión, que corresponde a la reducción en la presión del líquido a medida que fluye a través de la tubería. En el caso de sistemas hidráulicos, es imprescindible considerar los requerimientos mínimos de suministro.

Mantener una velocidad de flujo adecuada es crucial para evitar la erosión y el ruido excesivo en el sistema. Con el fin de limitar estos efectos se definen límites de velocidad para obtener un rendimiento óptimo.

4.    Propiedades y características del fluido

Contar con datos sobre la densidad, viscosidad y otras propiedades relevantes de los fluidos es crucial para calcular la tasa de flujo y seleccionar el diámetro adecuado de la tubería que será utilizada.

El diámetro de las tuberías de sistemas hidráulicos influye en la presión de suministro del agua, la eficiencia del sistema, su vida útil y la necesidad de reparaciones, pero también es clave para la elección del material.

Ante la variedad de materiales para tuberías, los ingenieros y contratistas necesitan tomar en cuenta el tipo de sistema y características de funcionamiento de la instalación en la que trabajan.

Los materiales más comunes utilizados para fabricar tuberías hidráulicas y accesorios para redes de agua incluyen hierro fundido, hierro dúctil, acero y cobre, tuberías de arcilla y concreto (arcilla vitrificada, concreto reforzado y cemento de asbesto), compuestos plásticos o fibra de vidrio.

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Respecto al diámetro de los tubos, los más comunes para las tuberías principales de agua van de 6 a 16 pulgadas, y también se utilizan de 8, 10 y 12 pulgadas. Las líneas de derivación que proporcionan servicio a hogares, oficinas, edificios y negocios varían en tamaño desde media pulgada de diámetro hasta 6 pulgadas.

El grosor de la pared de la tubería, que ayuda a determinar la resistencia estructural y la clasificación de presión, se mide de diferentes formas según el tipo de material, pero generalmente se expresa como una relación entre el grosor de la pared y el diámetro de la tubería.

Tipos de sistemas de distribución con tuberías hidráulicas

En los sistemas de distribución de agua hay 2 tipos de suministro principales: los de bombeo y los de funcionamiento por gravedad.

Sistemas de bombeo

En redes de distribución hidráulica los sistemas de bombeo son parte clave de la infraestructura destinada a llevar agua potable a las áreas que no pueden ser atendidas mediante sistemas por gravedad.

Dependen de la presión inducida por bombas de agua para generar el flujo de líquido en las tuberías. Las tuberías usadas en sistemas de bombeo suelen tener diámetros más pequeños, porque la presión aplicada es capaz de proporcionar altas velocidades de flujo incluso en tuberías de diámetro pequeño.

El uso de bombas es crucial para elevar el agua y mantener un flujo constante a lo largo de la red de distribución. Por eso es fundamental contar con diferentes elementos, incluidas estaciones de bombeo, controles de presión y flujo, y sistemas de respaldo para la generación de energía que haga funcionar las bombas.

Sistemas de gravedad

Son utilizados en zonas con topografías favorables, donde el agua puede ser distribuida por gravedad.

En estos casos el agua es transportada a través de tuberías con una pendiente descendente, lo que permite que fluya desde las zonas elevadas donde está la fuente de suministro hasta los puntos de consumo.

Los sistemas por gravedad emplean principios como el del sifón invertido, una técnica utilizada para superar obstáculos naturales o artificiales. Consiste en una tubería que se coloca en una posición descendente hacia un obstáculo y luego asciende nuevamente hasta alcanzar la elevación deseada en el lado opuesto.

El agua fluye hacia abajo por gravedad y luego, gracias a la presión acumulada, asciende al avanzar por el sifón, superando el obstáculo. Es importante tener en cuenta la altura y la longitud del sistema de sifón para garantizar un flujo adecuado.

La selección del diámetro adecuado en sistemas de tuberías hidráulicas influye en su rendimiento, eficiencia y durabilidad.

Tomando en cuenta los factores clave que los ingenieros y diseñadores deben considerar al determinar el tamaño óptimo de las tuberías, y los sistemas de suministro utilizados en redes de distribución de agua, es posible elegir el material de tuberías adecuado.

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