Manual de procedimiento de cálculode pérdidas de carga

Manual de procedimiento de cálculode pérdidas de carga

T u b e r í a s

OFICINAS DURATEC - VINILIT

CERTIFICACIONES DURAPEXA NIVEL MUNDIAL

ISO 9002

DURATEC - VINILIT S.A.Av. J. Alessandri R. 10.900 San Bernardo - Casilla 251Tels.: 460 5000 - 460 5007 - Fax: 460 5050E-mail: info@duratec.clwww.duratec.cl

SANTIAGO

Av. J. Alessandri R. 10.900 San Bernardo - Casilla 251

Tels.: 460 5000 - 460 5007 - Fax: 460 5050

E-mail: durapex@duratec.cl

OFICINAS REGIONALES

Antofagasta: 1ª y 2ª región • Av. Pedro Aguirre Cerda Nº 11.158, Barrio Industrial.

La Chimba • Fono: 55-211205 • Fax: 55-211207

E-mail: antofagasta_duratec@pizarreño.cl

La Serena: 3ª y 4ª región • Av. Francisco de Aguirre 066 • Fono: 51-213989 51-

216394 • Fax: 51-216396

E-mail: serena_duratec@pizarreño.cl

Viña del Mar: 5ª región • 4 Norte 1270 • Fonos: 32-694686 • Fax: 32-972324

E-mail: viña_duratec@pizarreño.cl

Rancagua: 6ª región • Almarza 126 • Fono/fax: 72-233300

Talca: 7ª región • 3 Oriente 1223 • Fonos: 71-230558 71-230559 • Fax: 71-226442

Concepción: 8ª región • Cochrane 832 • Fonos: 41-250417 41-250424 • Fax: 250428

E-mail: concepción_duratec@pizarreño.cl

Temuco: 9ª, 10ª, 11ª región • Rudecindo Ortega 02150, Sector Pueblo Nuevo •

Fono/Fax: 45-224311

E-mail: temuco_duratec@pizarreño.cl

Las tuberías Durapex son una nuevatecnología para redes de agua potablecaliente y fría domiciliarias, cuya meto-dología de cálculo de pérdidas de cargase basa en la Norma Chilena Oficial NCh2485 of . 2000, “Instalacionesdomiciliarias de agua potable -Diseño, cálculo y requisitos de lasredes interiores”.En este manual de procedimiento seentregan las herramientas necesariaspara la evaluación de las pérdidas decarga, cuyos conceptos generales son:

Se debe tratar de utilizar el diámetromínimo posible con la restricción de la

Para el cálculo de pérdidas de cargase recomienda la utilización de la fór-mula de Hazen Williams, reconocidamundialmente como apropiada paraconducciones de líquidos a presión enproductos plásticos, con un coeficientede rugosidad de c = 158.Durapex es un material de plásticoreforzado que no tiene junturas nicodos, por lo que admitiríavelocidades de escurrimiento mayoresde 2,5 m/s. Sin embargo, estarestricción se mantiene como factorde seguridad adicional, el cual seaumenta al tener presente que estemétodo de evaluación es conservador,por lo que en la práctica las velocidadesson menores a la que resultan de loscálculos.Como regla general, es preferibleutilizar poca cantidad de distribui-dores (manifolds) con mucha cantidadde salidas cada uno, antes que muchacantidad de manifolds con pocassalidas cada uno.En general, los diámetros de lastuberías hacia los artefactos son de16 mm, entre manifolds son de 20 mmy los diámetros de los primeros tramoshasta el primer manifold son de 25 ó32 según las circunstancias de cadaproyecto.

velocidad máxima de 2,5 m/s y la presiónmínima en el último artefacto de 4 m.c.a.

Diámetro Clase Espesormm pared (mm)16 20 2,220 12,5 1,9/2,025 12,5 2,332 12,5 2,9

1. Introducción

Manual de procedimiento de cálculo de pérdidas de cargaTuberías Durapex

A continuación se muestra un esquema de concepto de las tuberías en un baño y unplano de planta tipo para un sistema residencial.

ESQUEMA EN CONCEPTOESQUEMA EN CONCEPTO

Manifold W.C. Bidet Lavatorio Tina

PLANTA TIPO PARA UN SISTEMA RESIDENCIALDurapex se utiliza en interiores decasas y en cada piso de los edificios.La metodología de cálculo comienzainmediatamente aguas abajo delremarcador de cada departamentode un edificio, o en el primer distri-buidor (manifold) en casas.Los diámetros comerciales deDurapex son:

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Última tecnología para agua caliente

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Caudal máximo probable (QP) seevalúa a partir del caudal instalado(QI), según la fórmula siguiente:

QP = 1,7391 • QI0,6891

QP, QI en litros por minuto (l/min).

Los diámetros recomendables deutilizar en Durapex son:

Tee califont o tees que salen haciaotros manifolds, se supone cada unacon K = 0,6.Manifolds de 4 salidas, también sesupone con K= 0,6. Para situacionescon más de 4 salidas se supone cadasalida adicional con K= 0,15, es decir:

Manifold con 4 salidas, K= 0,6Manifold con 6 salidas, K= 0,9Manifold con 8 salidas, K= 1,2,etc.

Dado que en la práctica los artefactossólo se utilizan parcialmente, algunasde estas tees de paso directo no tie-nen pérdidas, por lo que no corres-pondería sumarlas aritméticamente.

La evaluación de este concepto estádefinido por el caudal instalado (QI)

Caudal instalado (QI) se evalúaasignando un caudal a cada arte-facto según la tabla de la NormaNCh 2485 of. 2000 siguiente:

La velocidad (V) se estima de segúnla fórmula siguiente:

V= 4 • Qπ • D 2

En que:V : velocidad en m/sQ : caudal máximo probable en m 3/sD : diámetro interior del tubo en metros (m).π : 3,14159

La pérdida de carga fricción (J) seevalúa mediante la fórmula de HazenWilliams siguiente:

J=10,665 •Q1,852

C 1,852 • D 4,869

J: pérdida de carga unitaria en tantopor uno (m.c.a./m).Ejemplo, J = 0,01 = 1%

Q: caudal máximo probable (QP) en m 3/sC: 158 (coeficiente de rugosidad)D: diámetro interior del tubo en

metros (m)

Válvula de bola: K= 0,2Unión Pex con reducción: K= 0,5Codo 90º: K= 0,9Tee paso directo (califonts-tees): K= 0,6Paso directo por manifold: K= 0,6Tee salida lateral: K= 1,3Paso de agua hacia el últimoartefacto a través de manifold: K= 1,3

2. Metodología de cálculo

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Última tecnología para agua caliente

Tipo de Agua fría Agua calienteartefacto QI (l/min) QI (l/min)

Inodoro corriente 10Baño tina 10 10Tina 15 15Lavatorio 8 8Bidet 6 6Urinario corriente 6Lavaplatos 12Lavadero 15 15Lavacopas 12 12Bebedero 5Salivera dentista 5Llave riego 13 mm 20Urinario con cañería

10perforada por metroDucha con cañería

40perforada por metroMáquina de lavar

15 15vajillaMáquina de lavar

15 15ropa

Pérdida de carga friccional:Se estima multiplicando la pérdidade carga unitaria J de cada tramopor la longitud de la tubería, J•L.

Pérdidas de carga singulares enpiezas especiales y accesorios deunión:

a) Método cinéticoPara este método se utiliza lafórmula siguiente:

λs= K • V2

2g

En que:λs: pérdida de carga de una pieza o

accesorio (m.c.a.)V: velocidad de escurrimiento por

aguas arriba (m/s)g: aceleración de gravedad (g=9,81

m/s2).K: coeficiente de proporcionalidad

que depende de las característicasespecíficas de cada pieza.

Los valores de K son:

Diámetro Caudal máximorecomendable probable (QP)

mm l/min

32 51 - 8025 31 - 5020 16 - 3016 0 - 15

Estos valores de K corresponden afracciones de la altura de velocidadV2/2g y su resultado corresponde alas pérdidas de carga singulares enmetros columna de agua (m.c.a.) decada una de las singularidades.

En la práctica, la totalidad de las pér-didas singulares ocurre en los distri-buidores o manifolds en que existensingularidades en serie, cuyos valoresde K se suman aritméticamente, aexcepción del paso directo por mani-folds cuando existen muchas tees enserie.Para esta situación se debe considerarlo siguiente:

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Ábaco DurapexPérdida de carga unitaria en función del caudal y del diámetro

1%10

%0,

5%50

%

V = 0,1 m/s

Pérd

ida

de ca

rga

J (mc

a/m)

(tan

to po

r uno

)

D = 16 mm

D = 20 mm

D = 25 mm

D = 32 mm

V = 2,75 m/s

V = 2,25 m/s

V = 1,75 m/s

V = 1,25 m/s

V = 0,8 m/s

V = 0,6 m/s

V = 0,4 m/s

V = 0,2 m/s

0,00

10,

005

1%0,01

05%

0,05

0,10

0,5

100%

1,0

V = 3,0 m/s

V = 2,5 m/s

V = 2,0 m/s

V = 1,5 m/s

V = 1,0 m/s

Presión (A)= Presión (RAP) - Pérdidafriccional (L1) - Pérdida singular (M1) - Pérdida friccional (L2) - Pérdida singular(M2) - Pérdida friccional (L3)

Con el caudal se entra al ábaco y seevalúa la pérdida de carga por fricciónunitaria J, evaluándose la pérdida comoJ•L. La pérdida total por fricción es:

En que:Las pérdidas friccionales en L1, L2 y L3se evalúan de la siguiente manera:

Balance de presiones:Esquemáticamente tiene:

L1, D1, V1 L2, D2, V2 L3, D3, V3AM2M1RAP

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y el caudal máximo probable (QP),por lo que la estimación del valor Kequivalente cuando hay varias teesy un manifold extenso es la siguiente:

Es decir, se deben sumar los Ki de lastees y multiplicarlas por la propor-ción entre el caudal máximo proba-ble (QP) y el caudal instalado (QI).

Para el resto de las singularidadescomo codos, reducciones y válvulas,los valores de K se suman aritméti-camente al valor del K equivalentea las tees de paso directo, obtenien-dose un valor de K equivalente totalpara el manifold en cuestión, pudién-dose evaluar así la pérdida de cargasingular Js expuesta al principio deeste punto.

En que:RAP: remarcador de cada departamento

para el caso de edificios. Para elcaso de casas, se supondrá quecorresponde al primer manifolddenominado M0, pero no se asig-narán pérdidas. Sin embargo, enla práctica, M0 más el tramo (L1,D1, V1) corresponde a las pérdidasdel medidor más las pérdidas enel jardín.

L1, D1, V1: longitud, diámetro y velocidaddel primer tramo de las tuberíasDurapex . Es necesario tener presenteque esta longitud corresponde a lalongitud real de la tubería sin ningúntipo de amplificaciones.

M1: Manifold 1 o distribuidor 1.

L2, D2, V2: longitud, diámetro y velo-cidad del segundo tramo de lastuberías Durapex . Es necesariotener presente que esta longitudcorresponde a la longitud real dela tubería sin ningún tipo de am-plificaciones.

M2: Manifold 2 o distribuidor 2.

L3, D3, V3: ídem L2, D2, V2

A: artefacto más alejado.

Para evaluar la presión en el último arte-facto, se tiene:

Pérdida total por fricción:J1 • L1 + J2 • L2 + J3 • L3

Las pérdidas singulares (λs) ocurren enlos manifolds, y se evalúan según puntoanterior, pudiendo evaluar con esto lapresión en el último artefacto según elbalance de presiones, cuyo valor debeser mayor o igual que 4 m.c.a.

Accesorio Ø Ø Ø Ø16 mm 20 mm 25 mm 32 mm

Codo 90 °0,20 0,29 0,40 055radio largo

Codo 90 °0,36 0,55 0,73 1,06radio corto

Codo 45 ° 0,18 0,26 0,37 0,52Tee paso directo 0,20 0,29 0,40 0,55Tee salida lateral 0,55 0,76 1,07 1,52Unión Pex

0,17 0,24 0,33 0,45con reducciónVálvula de bola 0,06 0,09 0,12 0,17

Al igual que para el método cinético, enla práctica, la totalidad de las pérdidassingulares ocurre en los distribuidores omanifolds en que existen singularidadesen serie, cuyas longitudes equivalentes sesuman aritméticamente, a excepción delpaso directo por manifolds cuando existenmuchas tees en serie.

Para esta situación se debe considerar losiguiente:

Tee califont o tees que salen hacia otros

En que:n: número de tees de paso directo en serieKi: coeficiente K de cada tee de paso directo

nKi

i=1

QPQI

K equiv.= •

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Ú l t i m a t e c n o l o g í a p a r a a g u a c a l i e n t e

Accesorio Ø Ø Ø Ø16 mm 20 mm 25 mm 32 mm

Manifold0,20 0,29 0,40 055

de 4 salidas

Manifold0,30 0,44 0,60 0,83

de 6 salidas

Manifold0,40 0,58 0,80 1,10

de 8 salidas

Manifold0,50 0,73 1,00 1,38

de 10 salidas

Manifold0,60 0,87 1,20 1,65

de 12 salidas

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Dado que en la práctica los artefactos sólose utilizan parcialmente, algunas de estastees de paso directo no tienen pérdidas,por lo que no correspondería sumarlasaritméticamente.

Al igual que para el método cinético, laevaluación de este concepto está definidopor el caudal instalado (QI) y el caudalmáximo probable (QP), por lo que la esti-mación del valor de la longitud equivalentecuando hay varias tees y un manifoldextenso es la siguiente:

Es decir, se deben sumar las longitudesequivalentes Li de las tees y multiplicarlaspor la proporción entre el caudal máximoprobable (QP) y el caudal instalado (QI).

Para el resto de las singularidades comocodos, reducciones y válvulas, las longi-tudes equivalentes se suman aritmética-mente al valor de las longitudes equiva-lentes de tees de paso directo, obtenién-dose una longitud equivalente total parael manifold en cuestión. Para evaluar lapérdida de carga total, se debe sumar estalongitud equivalente a la longitud real dela tubería ubicada por aguas arriba, supo-niéndola como si la totalidad fuera pérdidafriccional.

Para el balance de presiones se utiliza lamisma metodología que para el métodocinético descrito anteriormente.

Bibliografía:

- Norma chilena NCh 2485 of.2000- Pipe Friction Manual. Third Edition. Copyright by

Hydraulic Institute.- RIDAA.- Anexo de especificaciones técnicas para instalaciones

domiciliarias de agua potable. SENDOS. Diseño ycálculo.

- PUMP Handbook.- Manual of Gould Pump.- Norma chilena NCh 2086 of 1999. Tuberías Pex.

manifolds, se suponen los valores de latabla adjunta de tees de paso directo de 0,2metros para D = 16 mm; 0,29 metros paraD = 20 mm; 0,40 metros para D = 25 mm y0,55 metros para D = 32 mm.

Para los manifold se suponen los valoresde la siguiente tabla:

nLi

i=1

QPQI

L equiv.=

En que:n: número de tees de paso directo en serieLi: longitud equivalente de cada tee de paso directo

c) Método simplificado de longitud equivalente.

Este método consiste en asignar las pérdi-das por accesorios en un tramo del sistema,como un factor constante que amplifica lalongitud.

Este método es el más simple de todos, peroes excesivamente conservador, debido aque ese factor se supone igual a un 50 %.Sin embargo, para proyectos específicos seaceptan valores menores , incluso en otrosmateriales en que existen más singulari-dades, por lo que se entregará una reco-mendación general de la estimación de estefactor.

L<3 m 3 m<L<5 m 5 m<L<8 m L>8 m

25% 20% 15% 10%

30% 25% 20% 15%

35% 30% 25% 20%

40% 35% 30% 25%

45% 40% 35% 30%

50% 45% 40% 35%Sa

lidas

del

man

ifold

2

4

6

8

10

12

Longitud del tramo

•