Cálculo hidráulico de fontanería: métodos simples.

¿Cuál es el cálculo hidráulico del sistema de suministro de agua? ¿Qué parámetros hay que calcular? ¿Hay esquemas de cálculo simples disponibles para un principiante? Inmediatamente haga una reserva: este material está dirigido principalmente a propietarios de pequeñas casas privadas; en consecuencia, parámetros tales como la probabilidad de uso simultáneo de todos los aparatos sanitarios en el edificio, no tenemos que determinarlos.

Lo que se calcula

El cálculo hidráulico del suministro de agua doméstica se reduce a la definición de los siguientes parámetros:

1. Consumo estimado de agua en ciertos tramos de abastecimiento de agua..
2. Caudales de agua en tuberías..

Sugerencia: para la plomería doméstica, las velocidades de 0.7 a 1.5 m / s se consideran la norma. Para el suministro de agua contra incendios, se permiten velocidades de hasta 3 m / s.

1. El diámetro óptimo del suministro de agua, asegurando una caída de presión aceptable.. Alternativamente, la pérdida de presión se puede determinar con un diámetro conocido de cada sección. Si, teniendo en cuenta que la pérdida de presión en los dispositivos de plomería será inferior a la normalizada, la red de suministro de agua local necesita instalar la radiobúsqueda.

Flujo de agua

Los estándares de consumo de agua por dispositivos de plomería individuales se pueden encontrar en uno de los anexos de SNiP 2.04.01-85, que regula la construcción de redes internas de suministro de agua y alcantarillado. Damos parte de la tabla correspondiente.

En el caso del supuesto uso simultáneo de varios accesorios de plomería, se resume el consumo. Entonces, si simultáneamente con el uso de un inodoro en el primer piso, se espera que la cabina de ducha funcione en el segundo piso; será bastante lógico agregar agua a través de ambos dispositivos sanitarios: 0.10 + 0.12 = 0.22 l / s.

Caso especial

Para tuberías de agua contra incendios, es válido un caudal de 2.5 l / sueño por chorro. En este caso, el número estimado de chorros por boca de incendio durante la supresión de incendios está determinado de manera bastante predecible por el tipo de edificio y su área.

Tasa de flujo

Supongamos que nuestra tarea es el cálculo hidráulico de una red de suministro de agua sin salida con un flujo máximo conocido a través de ella. Necesitamos determinar el diámetro que proporcionará una velocidad aceptable de flujo a través de la tubería (recuperación, 0.7-1.5 m / s).

Fórmulas

El flujo de agua, la velocidad de su flujo y el tamaño de la tubería están vinculados entre sí por la siguiente secuencia de fórmulas:

S =? r ^ 2, donde:

• S es el área de la sección transversal de la tubería en metros cuadrados;
• ? - el número de pi tomado igual a 3.1415;
• r es el radio de la sección interna en metros.

Útil: para tuberías de acero y hierro fundido, se suele suponer que el radio es igual a la mitad de su DN (paso condicional). Para la mayoría de los tubos de plástico, el diámetro interior es un paso más pequeño que el diámetro exterior nominal: por ejemplo, para un tubo de polipropileno con un diámetro exterior de 40 mm, el diámetro interior es aproximadamente igual a 32 mm.

Q = VS, donde:

• Q - consumo de agua (m3);
• V - caudal de agua (m / s);
• S es el área de la sección transversal en metros cuadrados.

Ejemplo

Realicemos el cálculo hidráulico de una tubería de chorro de un solo chorro con un caudal de 2,5 l / s.

Como ya descubrimos, en este caso, la velocidad del flujo de agua se limita a m / s.

1. Calculamos el caudal en unidades SI: 2.5 l / s = 0.0025 m3 / s.
2. Calculamos por la segunda fórmula el área transversal mínima. A una velocidad de 3 m / s, es igual a 0.0025 / 3 = 0.00083 m3.
3. Calcule el radio de la sección interna de la tubería: r ^ 2 = 0.00083 / 3.1415 = 0.000264; r = 0.016 m
4. El diámetro interno de la tubería, por lo tanto, debe ser de al menos 0.016 x 2 = 0.032 m, o 32 milímetros. Esto corresponde a los parámetros de la tubería de acero DU32.

Tenga en cuenta: cuando se obtienen valores intermedios entre tamaños de tubería estándar, el redondeo se realiza hacia arriba. El precio de las tuberías con un diámetro que difiere por paso no difiere demasiado; Mientras tanto, una reducción del diámetro en un 20% conlleva una caída de casi uno y medio veces en la capacidad del acueducto.

Cálculo de diámetro simple

Para un cálculo rápido, se puede usar la siguiente tabla, que relaciona directamente el flujo a través de la tubería con su tamaño.

Pérdida de la cabeza

Fórmulas

Las instrucciones para calcular la pérdida de presión en una sección de longitud conocida es bastante simple, pero implica el conocimiento de un buen número de variables. Afortunadamente, si se desea, se pueden encontrar en libros de referencia.

La fórmula tiene la forma H = iL (1 + K).

En ella

• H es el valor deseado de pérdida de carga en metros.

Referencia: una sobrepresión de 1 atmósfera (1 kgf / cm2) a presión atmosférica corresponde a una columna de agua de 10 metros. Para compensar una caída en la presión de 10 metros, la presión en la entrada a la red de distribución de agua debe aumentarse en 1 kgf / cm2.

• i - Pendiente hidráulica de la tubería.
• L es su longitud en metros.
• K - coeficiente dependiendo del propósito de la red.

Algunos elementos de la fórmula requieren claramente comentarios.

La forma más fácil es con el coeficiente K. Sus valores se establecen en el ya mencionado número SNiP 2.04.01-85:

Pero el concepto de pendiente hidráulica es mucho más complicado. Refleja la resistencia que tiene la tubería al movimiento del agua.

La pendiente hidráulica depende de tres parámetros:

1. Caudales Cuanto más alto es, mayor es la resistencia hidráulica de la tubería.
2. El diámetro de la tubería. Aquí, la relación es inversa: una reducción en la sección transversal conduce a un aumento en la resistencia hidráulica.
3. La rugosidad de las paredes. A su vez, depende del material de la tubería (el acero tiene una superficie menos lisa que el polipropileno o HDPE) y, en algunos casos, de la antigüedad de la tubería (los depósitos de óxido y cal aumentan la rugosidad).

Afortunadamente, el problema de determinar la pendiente hidráulica se resuelve completamente con la tabla de cálculo hidráulico de tuberías de agua (tabla de Shevelev). Proporciona valores para diferentes materiales, diámetros y caudales; Además, la tabla contiene factores de corrección para tuberías viejas.

Para aclarar: no se requieren correcciones de edad para todos los tipos de tuberías de polímero. El metal-plástico, el polipropileno, el polietileno plano y reticulado no cambian la estructura de la superficie durante todo el período de operación.

El tamaño de las tablas de Shevelev hace que sea imposible publicarlas por completo; sin embargo, para información, presentamos un breve extracto de ellos.

Aquí están los datos de referencia para un tubo de plástico con un diámetro de 16 mm.

Al calcular la caída de presión, es necesario tener en cuenta que la mayoría de los dispositivos de plomería para el funcionamiento normal requieren cierta sobrepresión. Hace treinta años, SNiP proporciona datos para plomería obsoleta; los modelos más modernos de aparatos domésticos y sanitarios requieren una sobrepresión de al menos 0,3 kgf / cm (3 metros de altura) para un funcionamiento normal.

Sin embargo: en la práctica, es mejor incluir en el cálculo una sobrepresión ligeramente superior: 0,5 kgf / cm2. La reserva es necesaria para compensar las pérdidas no contabilizadas en las líneas de suministro a los instrumentos y su propia resistencia hidráulica.

Ejemplos

Vamos a dar un ejemplo del cálculo hidráulico del sistema de suministro de agua, hecho a mano.

Supongamos que necesitamos calcular la pérdida de presión en un suministro de agua de plástico doméstico con un diámetro de 15 mm con una longitud de 28 metros y un caudal de agua máximo permitido de 1,5 m / s.

1. La pendiente hidráulica para una longitud de 1000 metros será de 319.8. Como en la fórmula para calcular la caída de presión se usa i, no 1000i, este valor se debe dividir por 1000: 319.8 / 1000 = 0.3198.
2. El coeficiente K para el suministro de agua potable será igual a 0,3.
3. La fórmula en su conjunto tomará la forma H = 0.3198 x 28 x (1 + 0.3) = 11.64 metros.

Por lo tanto, tendremos una sobrepresión de 0.5 atmósferas al final del accesorio de plomería a una presión en la tubería principal de agua de 0.5 + 1.164 = 1.6 kgf / cm2. La condición es bastante factible: la presión en la línea generalmente no es inferior a 2.5 - 3 atmósferas.

Por cierto: la prueba de la tubería durante la puesta en servicio se realiza por presión, al menos igual al trabajador con un coeficiente de 1.3. El acto de prueba hidráulica de un sistema de suministro de agua debe incluir marcas tanto en su duración como en la presión de prueba.

Y ahora hagamos el cálculo inverso: determinamos el diámetro mínimo del tubo de plástico que proporciona una presión aceptable en el mezclador final para las siguientes condiciones:

• La presión en la carretera es de 2,5 atmósferas.
• La longitud de la tubería hasta el final del mezclador es de 144 metros.
• Las transiciones de diámetro están ausentes: todo el suministro de agua doméstica se montará en el mismo tamaño.
• El consumo máximo de agua es de 0,2 litros por segundo.

Así que vamos a empezar.

1. La pérdida de presión permitida es 2.5-0.5 = 2 atmósferas, lo que corresponde a una presión de 20 metros.
2. El coeficiente K en este caso es igual a 0.3.
3. La fórmula, por lo tanto, tendrá la forma 20 = ix144x (1 + 0.3). Un simple cálculo dará el valor de i en 0.106. 1000i, respectivamente, será igual a 106.
4. La siguiente etapa es una búsqueda en la tabla de diámetro de Shevelev, correspondiente a 1000i = 106 al caudal requerido. El valor más cercano, 108.1, corresponde al diámetro del tubo de polímero de 20 mm.

Conclusión

Esperamos que no hayamos alcanzado al lector respetado con un exceso de números y fórmulas. Como ya se mencionó, hemos dado esquemas de cálculo extremadamente simples; Los profesionales se ven obligados a utilizar soluciones mucho más complejas. Como de costumbre, se puede encontrar información temática adicional en el video de este artículo. ¡Éxitos!