20 septiembre 2011

Aprendiendo a diseñar tuberías de forma eficiente (3ª PARTE)


Ver 2ª PARTE

A)    TUBERÍAS DE AGUA DE SERVICIO

El dimensionado de las tuberías de agua de servicio difiere del tamaño de las líneas de proceso en que el caudal del diseño en la tubería de agua de servicio se determina por la probabilidad de operación simultánea de una multiplicidad de cargas individuales tales como inodoros, urinarios, duchas, etc. Las características de caudal de cada dispositivo de carga se obtienen de los fabricantes; sin embargo, las tuberías de agua de servicio diseñadas para manejar todos los dispositivos de carga simultáneamente deben sobredimensionarse seriamente. Por ello, un asunto principal en dimensionar todos los dispositivos simultáneamente deben ser seriamente sobredimensionados. Así, un asunto principal en dimensionar tuberías de agua de servicio es determinar la diversidad de las cargas.

La pérdida de presión en el sistema de distribución consiste en las pérdidas de presión en las tuberías en sí mismas, más las pérdidas de presión en los accesorios de tuberías, válvulas, y medidores.


Tuberías de plástico
La velocidad máxima segura del agua en un sistema de tuberías termoplástico bajo la mayoría de las condiciones de operación es típicamente 1,5 m/s; sin embargo, las velocidades más altas pueden usarse en casos donde las características de operación de las válvulas se conocen por los cambios repentinos en la velocidad del caudal. La presión total en el sistema en cualquier momento (presión de operación más golpe de ariete) no excederán el 150 % de la presión nominal del sistema.
Procedimiento para dimensionar sistemas de agua fría
El procedimiento recomendado para dimensionar sistemas de tuberías es el esbozado a continuación:
1.      Esbozar las líneas principales, y ramales, e indicar los servicios suministrados.
2.      Determinar la demanda total.
3.      Determinar la longitud equivalente de tuberías en las líneas principales, enjuagadores y ramales. Debido a que no se conocen los tamaños de tuberías, la longitud equivalente de diversos accesorios no pueden ser determinados. Añadir las longitudes equivalentes, comenzando en la línea principal de la calle, la acometida del edificio, y el elevador a los puntos de suministro superiores.
4.     Determinar la presión mínima requerida en el punto superior, que será 50 – 175 kPa por encima de la presión atmosférico.
5.     Calcular el valor de diseño aproximado de la caída de presión por longitud unitaria de tubería en longitud equivalente.

Donde:
·         p = Pérdida de presión por metro de longitud equivalente de tubería, kPa
·         ps = Presión en la línea principal de la calle, kPa
·         pf = Presión mínima requerida para operar en la toma de agua superior, kPa
·         pm = Caída de presión a través del medidor de agua, kPa
·         H = Altura de la toma más elevada sobre la línea principal de la calle, m
·         L = Longitud equivalente, m
Si el sistema es suministrado aguas abajo desde un tanque de gravedad, la altura de agua en el tanque, convertida a kPa multiplicando por 9,8, reemplaza la presión principal de la calle, y el término 9,8H se añade en vez de sustraerse en el cálculo de ∆p. En este caso, H es la distancia vertical de la toma de agua bajo el fondo del tanque. Los tamaños de tuberías se obtienen a partir de tablas (ASHRAE).
Las velocidades que exceden 3 m/s causan ruido no deseable en el sistema de tuberías. Esto usualmente gobierna el tamaño de las tuberías más grandes en el sistema, mientras que en tamaños de tuberías más pequeñas, la pérdida de fricción usualmente gobierna la selección debido a que la velocidad es baja comparada con la pérdida de fricción. La velocidad es el factor de gobierno en bajada de sistemas, donde la pérdida de fricción usualmente es despreciable. La velocidad en los ramales lleva a que la succión de las bombas no exceda de 1,5 m/s.
Si la presión de la calle es demasiado baja para las tomas de agua en las plantas superiores, la presión debe incrementarse. Pueden usarse bombas de impulsión de alimentación constante o variable, solas o en conjunción con tanques de suministro por gravedad, o sistemas hidroneumáticos.
Las válvulas de control de caudal para accesorios individuales bajo condiciones de presión variable automáticamente ajustarán el caudal a la toma a una cantidad predeterminada. Estas válvulas permiten al diseñador (1) limitar el caudal a la salida individual al mínimo conveniente, excepto en sistemas especialmente diseñados para presiones iniciales variables (ej. presión sub atmosférica), que normalmente operan bajo vacíos parciales controlados; y para la los sistemas de retorno por gravedad, la caída de presión a las unidades de calentamiento no exceden la columna de agua disponible para retirar el condensado.
Velocidad máxima: Para una operación silenciosa, la velocidad del vapor irá de 40 a 60 m/s, con un máximo de 75 m/s. A una velocidad más baja, el sistema es más silencioso. Cuando el condensado debe fluir contra el vapor, incluso en una cantidad limitada, la velocidad del vapor no excederá los límites por encima de los cuales la perturbación entre el vapor y el agua a contracorriente puede (1) producir un sonido objetable, tal como golpe de ariete, o (2) el pitch de la tubería si circula horizontalmente; (3) la cantidad de condensado fluyendo contra el vapor; y (4) la libertad de la tubería de water pockets que, bajo ciertas condiciones, actúan como una restricción en tamaño de tuberías.
Longitud equivalente: Todas las tablas para el caudal en tuberías se basan en la caída de presión que debe permitir la fricción de tuberías, además de la resistencia de accesorios y válvulas. Estas resistencias generalmente se referencian en términos de tubería recta; es decir, un determinado accesorio produce una caída de presión equivalente a la longitud indicada de una tubería recta del mismo tamaño. La longitud de los accesorios comunes está tabulada.
ASHRAE Fundamentals 2009
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