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Velocidad de flujo para unidad habitacional: cálculos básicos

Por: FlowGuard Mx Fecha: 14 de febrero de 2022

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Velocidad de flujo para unidad habitacional: cálculos básicos

INSTALACIÓN  |  Diseño de Sistemas

Al construir unidades habitacionales de edificación horizontal, los especificadores recurren a esquemas básicos de redes de distribución de agua a fin de abastecer cada toma de agua domiciliaria, controlar el funcionamiento de la instalación y darle mantenimiento en caso de fallas.

Además, en el diseño del sistema hidráulico se usa una serie de fórmulas y cálculos predefinidos para determinar los materiales y tamaños de tuberías adecuados para garantizar velocidades de flujo (y así evitar reducción de la presión de servicio). Gran parte de este trabajo recae en conocer aspectos de hidrodinámica.

En este artículo revisamos las configuraciones de redes con sus características, así como las fórmulas y valores recomendados para determinar las velocidades de diseño y tamaños de tubería cuando se utiliza el CPVC (cloruro de polivinilo clorado) como material principal.

Redes de distribución: esquemas básicos

Al diseñar las redes de distribución para unidades habitacionales, los especificadores toman en cuenta la configuración de puntos donde se unen las tuberías a la línea principal para abastecer de agua a cada toma domiciliaria.

Así, existen tres posibles configuraciones o esquemas básicos para estas redes:

  1. Red cerrada o mallada

Se llama así por su forma de malla. La mayor ventaja de estas redes es que, en caso de falla, el agua puede tomar trayectorias alternas a la zona afectada. Además, el agua recircula por toda la red, reduciendo la posibilidad de contaminación por estancamiento.

Las desventajas: requieren más metros de tubería y válvulas de corte, y puede ser difícil localizar las fugas.

  1. Red abierta o ramificada

Se compone de tuberías que se dividen en ramas y sub-ramas, por eso también se le conoce como “red árbol”. Esta configuración de red se utiliza en conjuntos habitacionales pequeños y su ventaja principal es que simplifica las necesidades de diseño de instalación.

Como desventajas, este tipo de red puede acarrear sedimentación y crecimientos bacterianos en sus extremos muertos. Además, en trabajos de mantenimiento se interrumpe el servicio más allá del punto de reparación, y en caso de ampliaciones, la presión en los extremos es baja.

 

FlowGuard-blog-esquemas-redes-distribucion

 

  1. Red combinada

Se presentan dos configuraciones a la vez, por ejemplo, cuando es necesario emplear ramificaciones en redes cerradas.

 

Diseño hidráulico: tamaño de tubería, velocidad de flujo y pérdidas por fricción

Una vez establecido el tipo de red de distribución, el encargado del diseño de tuberías deberá utilizar las fórmulas generales de la hidrodinámica para determinar las características del flujo y las pérdidas de presión entre uno o más puntos de la red.

Mientras más conexiones existan, más complejos serán los cálculos. Sin embargo, es posible hacer sustituciones en ecuaciones simplificadas si se conocen los parámetros de desempeño de la tubería para una instalación residencial típica.

En ese sentido, el CPVC FlowGuard® cuenta con sistemas de 7 y 9 kg de presión, disponibles en diámetros de tubería de cobre (CTS en inglés) desde 1/2" hasta 2". Esto significa que el diámetro de tubería sería el mismo que utilizaría un sistema de cobre.

Ahora, la reducción de la presión a lo largo del sistema (también conocida como caída de la presión o pérdida de altura manométrica) se calcula en función de las velocidades de flujo utilizando la fórmula de Hazen-Williams:

Ecuacion-Hazel-WilliamsCabe señalar que el factor C de Hazen-Williams tiene un valor de 150 en sistemas nuevos de cobre y de CPVC. Pero al envejecer el cobre, el diámetro interno de la tubería sufre picaduras y decapado, lo que hace que la pérdida de presión aumente con el tiempo.

En cambio, un sistema FlowGuard® no está sujeto a picaduras o decapado, por lo que el Factor C permanece constante conforme el sistema envejece.

Otras fórmulas para calcular el diámetro de la tubería y conexiones FlowGuard®, así como las pérdidas de altura manométrica y caídas de presión del agua en función de las velocidades de flujo, son las siguientes:

perdida-presion-velocidad-agua

Con base en estos cálculos, en el Manual de Instalación FlowGuard® se pueden consultar las tablas de pérdidas de altura manométrica que resultan de las fuerzas de fricción y la velocidad de flujo en los diversos diámetros de tubería y conexiones de CPVC. Aquí un ejemplo:

 

Pérdidas por fricción de CTS de 9 kg – velocidades de flujo

FlowGuard-perdidas-por-friccion-velocidad-flujo

 

En cuanto a las pérdidas del sistema que ocurren cuando el agua fluye a través de válvulas, codos, tees, etcétera, éstas son difíciles de calcular debido a la configuración interna compleja de los diversos accesorios.

Generalmente se determinan valores de pérdida para cada configuración de conexión por medio de pruebas experimentales, y se expresan en una longitud equivalente de tubería recta (en metros) con valores típicos como los siguientes (para CPVC CTS):

 

Pérdidas por fricción accesorios CTS en términos de longitud equivalente (metros de tubería recta)

FlowGuard-perdida-por-friccion-accesorios

 

Como dato extra, a diferencia de los sistemas que usan conexiones de inserto para unir la tubería (cobre o acero), el sistema FlowGuard® ofrece flujo de paso completo, lo cual resulta en una reducción importante de la pérdida de altura manométrica.

Como ves, la tubería de CPVC FlowGuard® cuenta con parámetros de desempeño que simplifican el diseño de redes residenciales de agua fría o caliente. Contacta a nuestros especialistas para obtener asesoría sobre cálculos hidráulicos para redes de distribución en residencial horizontal y vertical.

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