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CAP. 5 - PRDIDAS DE CARGA AFTA Asociacin de Fabricantes de Tubos y Accesorios

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NORMAS TCNICAS 1

TABLAS DE DIMENSIONES Y MASAS 2

SECTORES Y APLICACIONES 3

CARACTERSTICAS DIFERENCIALES 4

PERDIDAS DE CARGA 5

DIMENSIONADO DE INSTALACIONES 6

CLCULOS Y COMPROBACIONES 7

RECOMENDACIONES 8

SEALIZACIN 9


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PERDIDAS DE CARGA 1 ESTUDIOS SOBRE PERDIDAS DE CARGA

La realizacin de este estudio fue motivada por la conviccin de los fabricantes de que los datos existentes desde hace dcadas sobre rugosidad y prdidas de carga de los tubos de acero galvanizados, son en la actualidad ampliamente mejorados como consecuencia de la progresiva implantacin a lo largo del tiempo de mtodos, tecnologa y sistemas de calidad sensiblemente optimizados. Se trataba por tanto, de comprobar y medir la mejora de las caractersticas hidrulicas de los tubos de acero galvanizado, considerados en la Norma Bsica para Instalaciones Interiores de Suministro de Agua como tubos de paredes rugosas, y realizar una valoracin comparativa con los tubos de cobre, considerados en la misma como tubos de paredes lisas. La primera fase de la investigacin se inici con un estudio bibliogrfico y el establecimiento de unas consideraciones bsicas respecto a :

Dimetros de tubo de acero galvanizado y de cobre. Velocidades de circulacin: entre 0,5 y 3m/s. Flujo de fluido: considerado unidireccional,

permanente y uniforme. Temperatura del agua: entre 14C y 18C. Frmulas bsicas: ecuaciones de la continuidad y de

la energa. Prdidas energticas:

- Rgimen laminar y turbulento segn velocidad media de circulacin de fluido, su viscosidad, dimetro interior del tubo y rugosidades.

- Prdida de carga

Todo ello en base a los criterios que fijaban el entorno donde, en las condiciones normales de aplicacin, abastecimiento de agua fra y caliente sanitaria, se iba a desarrollar el trabajo de investigacin.


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La segunda fase fue el anlisis experimental para una gama de tubos de acero galvanizado desde 3/8 DN 10 hasta 3 DN 80 y para otra gama de tubos de cobre de dimetros desde 12 x 14 mm hasta 51,6 x 54 mm. Y la tercera, el estudio y tratamiento estadstico de los resultados obtenidos. Lo primero fue determinar el valor exacto de sus dimetros interiores, efectuando 12 mediciones en 3 secciones deferentes del tubo sobre dimetros equidistantes. A continuacin se prepararon unas probetas y un esquema de trabajo y a partir de aqu se puso a punto un banco de ensayo con un sistema de circulacin en circuito cerrado.

Se hizo circular agua a travs del tubo a ensayar variando el caudal circulante. Los caudales eran medidos en funcin del dimetro por contadores de agua. Se utilizaron tramos de tubera de longitudes 20 veces el dimetro aguas arriba de la forma de presin y 30 veces dicho dimetro aguas abajo. Se dejaba el sistema durante unos diez minutos en unas mismas condiciones con el fin de regularizar las condiciones de flujo a lo largo del tubo. Para cada variacin de caudal se obtena una prdida de carga J en mm de columna de agua, leyndose sta en un manmetro diferencial graduado en mm. Previamente se nivelaba el conducto a medir para equilibrar la altura geomtrica.

A continuacin se realiz el consiguiente estudio y tratamiento de los resultados

obtenidos, determinando primero los valores del coeficiente de friccin o rozamiento y la rugosidad media para cada tubo.

Tambin para cada uno de ellos se obtuvieron parejas de valores que relacionaban caudales y prdidas de carga que ajustados en curvas exponenciales y tras un tratamiento de datos se aproximaron a curvas tipo.


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Traslados todos estos datos a

unos ejes de coordenadas logartmicas, se obtuvieron lneas rectas, formando dos grficos generales, una para acero galvanizado y otra para cobre, en los que se puede calcular la prdida de carga unitaria en funcin del caudal y del dimetro de tubera. Una fusin de las dos grficas generales se presenta en el desplegable de este Manual.

Las conclusiones del anlisis

general del estudio experimental y del tratamiento de los datos obtenidos se resumen en:

Disminucin de las

prdidas de carga provocadas por la circulacin de agua, que respecto a datos anteriores sobre tubos de acero galvanizado es del orden del 30%.

Disminucin de la rugosidad media de los tubos de acero galvanizado, en un 73% con relacin a la de diseo

Nuevo valor de la rugosidad para los tubos galvanizado: = 0,0033 cm.


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2. PROPUESTA DE ACTUALIZACION DE LAS NORMAS BASICAS PARA INSTALACIONES INTERIORES DE SUMINISTRO DE AGUA

TABLA I CAPACIDAD DE EVACUACIN TEORICAComo consecuencia de todo lo anterior se plantea la necesidad de modificar la vigente Orden de 9 de Diciembre 1975 Normas Bsicas para las Instalaciones Interiores de Suministro de Agua, en lo referente a la clasificacin de tuberas a efectos de dimensionado, anulando los conceptos de Tubera de paredes lisas y tubera de paredes rugosas e introduciendo las equivalencias correctas en dimensiones entre tuberas de acero galvanizado y tuberas de cobre.

La equivalencia entre dimetros de uno y otro material tiene estar basada en dos conceptos fundamentales: -Capacidad de evacuacin terica. En la tabla I se presentan los valores obtenidos en el estudio, aprecindose un mejor comportamiento de los tubos de acero galvanizado frente a los de cobre considerados equivalentes por las citadas Normas Bsicas. (vel=1 m/s) -Prdida de carga. Los valores obtenidos en el estudio se recogen en la tabla II, aprecindose tambin en general, unas mejores caractersticas del tubo de acero galvanizado con respecto a los considerados equivalentes de cobre. Del anlisis conjunto de ambas tablas, surge la propuesta de equivalencia de dimetros entre tubos de acero galvanizado y tubos de cobre que comercialmente son empleados en instalaciones de edificacin. Propuesta que queda reflejada en la tabla III. De este anlisis se deduce tambin la improcedencia de los trminos tubos de paredes rugosas y tubos de paredes lisas utilizados por las mencionadas Normas Bsicas.

Tubo acero galvanizado

CAUDAL l/h

Tubo cobre CAUDAL l/h

3/8 DN 10

DN 15

DN 20 1 DN 25

1 DN 32 1 DN 40

2 DN 50 2 DN 65

3 DN 80

431,95

695,12

1342,48 2055,10 3573,32 4930,75 7804,99

13379,60 18605,80

12 x 14 13 x 15

16 x 18 20 x 22 26 x 28 33 x 35 40 x 42

51,6 x 54 - -

416,71 490,42

732,90

1149,00 1926,08 3084,68 4544,27 7437,06

- -

TABLA II PERDIDAS DE CARGA Tubos de acero galvanizado Tubos de cobre

Tubo

Prdida de carga

J (mm c.a/m)

Tubo

Prdida de carga J (mm c.a/m)

3/8 DN 10

DN 15

DN 20 1 DN 25

1 DN 32 1 DN 40

2 DN 50 2 DN 65

3 DN 80

109,78

109,38

69,64 52,02 33,60 31,55 20,86 16,15 13,33

12 x 14 13 x 15

16 x 18 20 x 22 26 x 28 33 x 35 40 x 42

51,6 x 54 - -

160,91 124,31

87,18 69,29 48,49 39,43 33,27 19,12

- -

TABLA III PROPUESTA

Normas bsicas 9-12-75 Propuesta

Antes Ahora

Cobre Acero galvanizado Cobre 10 x 12 13 x 15 16 x 18 20 x 22 26 x 28 33 x 35 40 x 42

3/8 DN 10 1/2 DN 15 3/4 DN 20

1 DN 25 1 1/4 DN 32 1 1/2 DN 40

2 DN 50

13 x 15 * 16 x 18 *

20 x 22 26 x 28 33 x 35 40 x 42

51,6 x 54

* Estas equivalencias en cobre deberan ser 12 x 14 y 15 x 17 mm respectivamente. Dado que estas medidas no se comercializan, se adoptan las de caractersticas ms cercanas: 13 x 15 y 16 x 18 mm.


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3 CALCULOS DE PERDIDAS DE CARGA Todo fluido real pierde energa al circular de un punto a otro por una conduccin. Esta prdida de energa se debe al rozamiento que se produce entre el fluido y las

paredes de la conduccin as como por el paso del mismo a travs de los obstculos que presenta la tubera: cambios de direccin, estrechamientos o cambios de seccin, vlvulas, derivaciones, manguitos, etc.

As pues, existen dos clases de prdidas de carga:

Una debida a los tramos rectos de las tuberas, llamada PERDIDAS DE CARGA LINEAL

Y otra debida a los elementos singulares de la conduccin llamada PERDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS

3.1 CONDUCCIONES HIDRULICAS

Una vez definida la conduccin en cuanto a trazado, caudales y dimetros, se operar del siguiente modo:

3.1.1 Perdidas de carga lineal

a) Obtencin de la longitud total de tubo recto que existe en la instalacin (o lnea ms favorable) para cada dimetro. b) Del grfico general de prdidas de carga de tubos de acero galvanizado en conducciones hidrulicas y siguiendo las instrucciones del ejemplo que figura anexo, se obtiene la prdida de carga en milmetros de columna de agua por metro lineal de tubera (mm c.a./m) para cada dimetro.

3.1.2 Perdidas de carga localizadas

El sistema de clculo ms simplificado es el que utiliza la llamada Longitud Equivalente: Longitud de tubera recta de igual dimetro que el del obstculo que produce la misma prdida de carga que l. a) De la tabla de longitudes equivalentes se toma la que corresponde a los elementos singulares presentes en la red hidrulica. b) Efectuaremos el producto de cada longitud equivalente por el nmero de elementos iguales en la conduccin. c) Sumando todos los productos correspondientes a un mismo dimetro, se encontrar la longitud equivalente total del conjunto de elementos presentes en la conduccin de ese dimetro.


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Longitudes Equivalentes (en m) de las prdidas de carga localizadas correspondiente a distintos elementos singulares de las redes hidrulicas.

Nota: En el caso elementos con prdidas de cargas importantes, tanto si son o no recogidos

por la tabla, es recomendable utilizar los valores presentados por el fabricante.


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3.1.3 Prdidas de Carga Totales en la Conduccin a) A la longitud total de tubera recta de un determinado dimetro obtenida en

3.1.1 a), aadiremos la longitud equivalente total correspondiente a los accesorios de ese mismo dimetro calculada en 3.1.2. c).

b) Multiplicaremos despus esta suma por la prdida de carga unitaria para ese dimetro obtenida en 3.1.1 b).

c) Efectuando los pasos anteriores a) y b) en cada dimetro y sumando los resultados parciales obtendremos la prdida de carga total en la conduccin o ramal ms desfavorable.

Todo este proceso, en instalaciones que tengan varias ramificaciones, deber aplicarse al trazado desde la toma a la red de suministro hasta el punto de servicio, por el ramal ms desfavorable.


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3.2 CONDUCCIONES NEUMATICAS Las perdidas de carga en una red de aire comprimido son funcin de la presin

esttica, del caudal y del dimetro de la tubera, y en menor medida, de la densidad del aire y de la rugosidad de la tubera.

Esta relacin estar plasmada en el grfico general de prdida de carga de tubo de

acero en conducciones neumticas que figura en el desplegable de la siguiente hoja.

3.2.1 Perdidas de carga lineal

a) Siguiendo las indicaciones recogidas en el ejemplo adjunto al grfico,

determinaremos la prdida de carga por cada 10 m de tubera de acero. b) Dividiendo este valor por 10 y multiplicando el resultado por la longitud total

de tubera recta (en m) de un dimetro determinado, tendremos la prdida de carga total para ese dimetro.

c) Sumando los resultados parciales obtenidos para cada dimetro que compone la conduccin de aire comprimido o ramal ms desfavorable de la misma, tendremos la prdida de carga total buscada.

3.2.2 Perdidas de carga localizadas

Existen bacos y tablas, al igual que en las conducciones hidrulicas ,que nos dan las longitudes equivalentes en metros de tubera recta para los distintos obstculos o elementos singulares de la conduccin. Sin embargo por las razonas que expondremos a continuacin se hace innecesaria su utilizacin. 1) Salvo en pequeas instalaciones, la lnea principal se suele disear y montar en

anillo, por lo que un receptor neumtico puede ser alimentado por uno u otro lado, o por ambos a la vez, minimizando las prdidas de carga y las variaciones de presin de unos receptores o puntos de consumo a otros.

2) Tradicionalmente suele sobredimensionarse las conducciones, en previsin de futuras ampliaciones o conexiones de nuevos receptores, hecho muy frecuente en este tipo de instalaciones.

Es decir, cualquier mayoracin de la prdida de carga total en la conduccin debida a los distintos obstculos de la misma, va a ser compensada por la disposicin de la red en anillo y su sobredimensionado, por lo que no tiene objeto su consideracin.


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Central compresora de aire

Disposicin general de redes principales de aire comprimido


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Tubos de acero galvanizadoAcero galvanizado

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