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Capacidad de la tubería: simple sobre lo complejo
¿Cómo varía el rendimiento de una tubería con el diámetro? ¿Qué factores, además de la sección transversal, afectan este parámetro? Finalmente, ¿cómo calcular, aunque sea aproximadamente, la permeabilidad de un sistema de suministro de agua con un diámetro conocido? En el artículo intentaré dar las respuestas más sencillas y accesibles a estas preguntas.
Nuestra tarea es aprender a calcular la sección transversal óptima de las tuberías de agua.
¿Por qué es necesario?
El cálculo hidráulico le permite obtener el óptimo mínimo el diámetro de la tubería.
Por un lado, siempre hay una escasez catastrófica de dinero durante la construcción y reparación, y el precio de un metro lineal de tubería crece de forma no lineal con el aumento del diámetro. Por otro lado, una sección subestimada del suministro de agua conducirá a una caída excesiva de presión en los dispositivos finales debido a su resistencia hidráulica.
Con un caudal en el dispositivo intermedio, la caída de presión en el dispositivo final hará que la temperatura del agua con los grifos de agua fría y agua caliente abiertos cambie drásticamente. Como resultado, lo rociarán con agua helada o lo escaldarán con agua hirviendo.
Restricciones
Limitaré deliberadamente el alcance de las tareas en consideración a la plomería de una pequeña casa privada. Hay dos razones:
- Los gases y líquidos de diferentes viscosidades se comportan de manera completamente diferente cuando se transportan a través de una tubería. La consideración del comportamiento del gas natural y licuado, el petróleo y otros medios aumentaría varias veces el volumen de este material y nos alejaría de mi especialidad: la plomería;
- En el caso de un edificio grande con numerosas instalaciones de plomería, para el cálculo hidráulico del sistema de suministro de agua, será necesario calcular la probabilidad de usar varios puntos de agua al mismo tiempo. En una casa pequeña, el cálculo se realiza para la demanda máxima de todos los electrodomésticos disponibles, lo que simplifica enormemente la tarea.
factores
El cálculo hidráulico de un sistema de suministro de agua es una búsqueda de una de dos cantidades:
- Cálculo del rendimiento de una tubería con una sección transversal conocida;
- Cálculo del diámetro óptimo con un caudal planificado conocido.
En condiciones reales (al diseñar un sistema de suministro de agua), la segunda tarea es mucho más necesaria.
La lógica doméstica sugiere que el flujo máximo de agua a través de una tubería está determinado por su diámetro y presión de entrada. Por desgracia, la realidad es mucho más complicada. El hecho es que la tubería tiene resistencia hidráulica: En pocas palabras, el flujo se ralentiza debido a la fricción contra las paredes. Además, el material y el estado de las paredes afectan previsiblemente al grado de frenado.
Aquí hay una lista completa de factores que afectan el rendimiento de una tubería de agua:
- Presión al comienzo del suministro de agua (leer - presión en la ruta);
- parcialidad tuberías (cambio en su altura sobre el nivel del suelo condicional al principio y al final);
- Material paredes El polipropileno y el polietileno tienen mucha menos rugosidad que el acero y el hierro fundido;
- Edad tubería. Con el tiempo, el acero se cubre de depósitos de óxido y cal, que no solo aumentan la rugosidad, sino que también reducen el espacio libre interno de la tubería;
Esto no se aplica a las tuberías de vidrio, plástico, cobre, galvanizadas y de metal-polímero. Están como nuevos incluso después de 50 años de funcionamiento. Una excepción es la sedimentación del suministro de agua con una gran cantidad de suspensiones y la ausencia de filtros en la entrada.
- Cantidad y ángulo vueltas;
- Cambios de diámetro plomería;
- Presencia o ausencia soldaduras, cordones de soldadura y accesorios de conexión;
- Válvulas de cierre. Incluso las válvulas de bola de paso total ofrecen cierta resistencia al flujo.
Cualquier cálculo de la capacidad de la tubería será muy aproximado. Quiera o no, tendremos que usar coeficientes promedio que son típicos para condiciones cercanas a las nuestras.
Ley de Torricelli
Evangelista Torricelli, que vivió a principios del siglo XVII, es conocido como alumno de Galileo Galilei y autor del concepto mismo de presión atmosférica. También posee una fórmula que describe el caudal de agua que sale de un recipiente a través de una abertura de dimensiones conocidas.
Para que la fórmula de Torricelli funcione, es necesario:
- Para que sepamos la presión del agua (la altura de la columna de agua sobre el agujero);
Una atmósfera bajo la gravedad de la tierra es capaz de levantar una columna de agua de 10 metros. Por lo tanto, la presión en atmósferas se convierte en cabeza simplemente multiplicándola por 10.
- Para que el agujero sea significativamente menor que el diámetro del vaso, eliminando así la pérdida de presión por fricción contra las paredes.
En la práctica, la fórmula de Torricelli le permite calcular el flujo de agua a través de una tubería con una sección interna de dimensiones conocidas a una cabeza instantánea conocida durante el flujo. En pocas palabras: para usar la fórmula, debe instalar un manómetro frente al grifo o calcular la caída de presión en el suministro de agua a una presión conocida en la línea.
La fórmula en sí se ve así: v^2=2gh. En eso:
- v es la velocidad del flujo a la salida del orificio, en metros por segundo;
- g es la aceleración de la caída (para nuestro planeta es igual a 9,78 m/s^2);
- h - cabeza (altura de la columna de agua sobre el agujero).
¿Cómo nos ayudará esto en nuestra tarea? Y el hecho de que flujo de fluido a través de un orificio(el mismo rendimiento) es igual a S*v, donde S es el área de la sección transversal del orificio y v es la velocidad del flujo de la fórmula anterior.
Captain Evidence sugiere: conociendo el área de la sección transversal, es fácil determinar el radio interior de la tubería. Como sabes, el área de un círculo se calcula como π*r^2, donde π se redondea a 3,14159265.
En este caso, la fórmula de Torricelli se verá como v^2=2*9.78*20=391.2. La raíz cuadrada de 391,2 se redondea a 20. Esto significa que el agua saldrá del agujero a una velocidad de 20 m/s.
Calculamos el diámetro del agujero por el que fluye la corriente. Convirtiendo el diámetro a unidades SI (metros), obtenemos 3.14159265*0.01^2=0.0003141593. Y ahora calculamos el caudal de agua: 20 * 0,0003141593 \u003d 0,006283186, o 6,2 litros por segundo.
De vuelta a la realidad
Estimado lector, me atrevería a sugerirle que no tenga un manómetro instalado frente al mezclador. Es obvio que se necesitan algunos datos adicionales para un cálculo hidráulico más preciso.
Por lo general, el problema de cálculo se resuelve por el contrario: con el flujo de agua conocido a través de los accesorios de plomería, la longitud de la tubería de agua y su material, se selecciona un diámetro que asegure la caída de presión a valores aceptables. El factor limitante es el caudal.
Dato de referencia
El caudal de las tuberías de agua internas se considera de 0,7 a 1,5 m / s. Superar este último valor provoca la aparición de ruido hidráulico (principalmente en codos y accesorios).
Las tasas de consumo de agua para accesorios de plomería son fáciles de encontrar en la documentación reglamentaria. En particular, los proporciona el apéndice de SNiP 2.04.01-85. Para salvar al lector de largas búsquedas, daré esta tabla aquí.
La tabla muestra datos para mezcladores con aireadores. Su ausencia iguala el caudal de la grifería de lavabo, lavabo y ducha con el caudal de la grifería al bañarse.
Permítame recordarle que si desea calcular el suministro de agua de una casa privada con sus propias manos, sume el consumo de agua para todos los electrodomésticos instalados. Si no se sigue esta indicación, te esperan sorpresas, como una fuerte bajada de temperatura en la ducha al abrir el grifo del agua caliente.
Si en el edificio hay suministro de agua contra incendios, al caudal previsto se añaden 2,5 l/s por cada hidrante. Para el suministro de agua contra incendios, la velocidad del flujo está limitada a 3 m/s: en caso de incendio, el ruido hidráulico es lo último que desconcierta a los residentes.
Al calcular la presión, generalmente se supone que en el extremo del dispositivo desde la entrada debe haber al menos 5 metros, lo que corresponde a una presión de 0,5 kgf / cm2. Algunos accesorios de plomería (calentadores de agua corriente, válvulas de llenado de lavadoras automáticas, etc.) simplemente no funcionan si la presión en el suministro de agua es inferior a 0,3 atmósferas. Además, es necesario tener en cuenta las pérdidas hidráulicas en el propio dispositivo.
En la foto - calentador de agua instantáneo Atmor Basic. Incluye calentamiento solo a una presión de 0,3 kgf/cm2 y superior.
Caudal, diámetro, velocidad
Déjame recordarte que están vinculados entre sí por dos fórmulas:
- Q=SV. El caudal de agua en metros cúbicos por segundo es igual al área de la sección transversal en metros cuadrados multiplicada por el caudal en metros por segundo;
- S = r^2. El área de la sección transversal se calcula como el producto del número "pi" y el cuadrado del radio.
¿Dónde puedo obtener los valores para el radio de la sección interior?
- Para tubos de acero, es, con un error mínimo, igual a la mitad del mando(pase condicional, que está marcado como rodadura de tubería);
- Para polímero, metal-polímero, etc. el diámetro interior es igual a la diferencia entre el exterior, con el que se marcan las tuberías, y el doble del espesor de la pared (también suele estar presente en el marcado). El radio, respectivamente, es la mitad del diámetro interior.
- El diámetro interior es 50-3 * 2 = 44 mm, o 0,044 metros;
- El radio será 0,044/2=0,022 metros;
- El área de la sección interna será igual a 3.1415 * 0.022 ^ 2 \u003d 0.001520486 m2;
- A un caudal de 1,5 metros por segundo, el caudal será de 1,5 * 0,001520486 = 0,002280729 m3/s, o 2,3 litros por segundo.
pérdida de cabeza
¿Cómo calcular cuánta presión se pierde en un sistema de suministro de agua con parámetros conocidos?
La fórmula más sencilla para calcular la caída de presión es H = iL(1+K). ¿Qué significan las variables en él?
- H es la apreciada caída de presión en metros;
- i - pendiente hidráulica del medidor de tubería de agua;
- L es la longitud del suministro de agua en metros;
- K- coeficiente, lo que permite simplificar el cálculo de la caída de presión en las válvulas de cierre y . Está ligado al propósito de la red de suministro de agua.
¿Dónde puedo obtener los valores de estas variables? Bueno, excepto por la longitud de la tubería, nadie ha cancelado la ruleta todavía.
El coeficiente K se toma igual a:
Con una pendiente hidráulica, el panorama es mucho más complicado. La resistencia que ofrece una tubería a fluir depende de:
- Sección interna;
- rugosidad de la pared;
- Caudales.
Se puede encontrar una lista de valores de 1000i (pendiente hidráulica por cada 1000 metros de suministro de agua) en las tablas de Shevelev, que, de hecho, se utilizan para el cálculo hidráulico. Las tablas son demasiado grandes para un artículo ya que dan valores de 1000i para todos los diámetros, caudales y materiales corregidos de vida posibles.
Aquí hay un pequeño fragmento de la mesa Shevelev para un tubo de plástico de 25 mm.
El autor de las tablas da los valores de la caída de presión no para la sección interna, sino para los tamaños estándar con los que están marcadas las tuberías, ajustadas al espesor de la pared. Sin embargo, las tablas se publicaron en 1973, cuando aún no se había formado el segmento de mercado correspondiente.
Al calcular, tenga en cuenta que para metal-plástico es mejor tomar valores correspondientes a una tubería un paso más pequeña.
Usemos esta tabla para calcular la caída de presión en una tubería de polipropileno con un diámetro de 25 mm y una longitud de 45 metros. Acordemos que estamos diseñando un sistema de suministro de agua para uso doméstico.
- Con una velocidad de flujo lo más cercana posible a 1,5 m/s (1,38 m/s), el valor de 1000i será igual a 142,8 metros;
- La pendiente hidráulica de un metro de tubería será igual a 142,8 / 1000 \u003d 0,1428 metros;
- El factor de corrección para las tuberías de agua doméstica es de 0,3;
- La fórmula en su conjunto tomará la forma H=0.1428*45(1+0.3)=8.3538 metros. Esto significa que al final del suministro de agua a un caudal de agua de 0,45 l/s (el valor de la columna izquierda de la tabla), la presión caerá en 0,84 kgf/cm2 y a 3 atmósferas en la entrada ser bastante aceptable 2,16 kgf/cm2.
Este valor se puede utilizar para determinar consumo según la fórmula de Torricelli. El método de cálculo con un ejemplo se proporciona en la sección correspondiente del artículo.
Además, para calcular el flujo máximo a través de un sistema de suministro de agua con características conocidas, se puede seleccionar en la columna "tasa de flujo" de la tabla completa de Shevelev un valor tal en el que la presión al final de la tubería no cae. por debajo de 0,5 atmósferas.
Conclusión
Estimado lector, si las instrucciones anteriores, a pesar de la extrema simplificación, todavía le parecieron tediosas, simplemente use una de las muchas calculadoras en línea. Como siempre, se puede encontrar más información en el video de este artículo. Estaré agradecido por sus adiciones, correcciones y comentarios. ¡Buena suerte, camaradas!
31 de julio de 2016Si desea expresar su gratitud, agregar una aclaración u objeción, preguntarle algo al autor, ¡agregue un comentario o diga gracias!
Trabajar con la calculadora es simple: ingrese datos y obtenga el resultado. Pero a veces esto no es suficiente: un cálculo preciso del diámetro de la tubería solo es posible con el cálculo manual utilizando fórmulas y coeficientes seleccionados correctamente. ¿Cómo calcular el diámetro de la tubería según el caudal de agua? ¿Cómo determinar el tamaño de la línea de gas?
Al calcular el diámetro requerido de la tubería, los ingenieros profesionales suelen utilizar programas especiales que pueden calcular y dar un resultado preciso utilizando parámetros conocidos. Es mucho más difícil para un constructor aficionado realizar el cálculo por su cuenta para organizar los sistemas de suministro de agua, calefacción y gasificación. Por lo tanto, la mayoría de las veces, al construir o reconstruir una casa privada, se utilizan los tamaños de tubería recomendados. Pero no siempre los consejos estándar pueden tener en cuenta todos los matices de la construcción individual, por lo que debe realizar manualmente un cálculo hidráulico para elegir el diámetro de tubería correcto para la calefacción y el suministro de agua.
Cálculo del diámetro de la tubería para suministro de agua y calefacción.
El criterio principal para seleccionar una tubería de calefacción es su diámetro. De este indicador depende qué tan efectiva será la calefacción de la casa, la vida útil del sistema en su conjunto. Con un diámetro pequeño en las líneas, puede ocurrir un aumento de la presión, lo que provocará fugas, mayor tensión en las tuberías y el metal, lo que generará problemas y un sinfín de reparaciones. Con un diámetro grande, la transferencia de calor del sistema de calefacción tenderá a cero, y el agua fría simplemente saldrá del grifo.
capacidad de tubería
El diámetro de la tubería afecta directamente el rendimiento del sistema, es decir, en este caso, importa la cantidad de agua o refrigerante que pasa a través de la sección por unidad de tiempo. Cuantos más ciclos (movimientos) haya en el sistema durante un cierto período de tiempo, más eficiente será la calefacción. Para las tuberías de suministro de agua, el diámetro afecta la presión inicial del agua: un tamaño adecuado solo mantendrá la presión y uno más grande la reducirá.
Según el diámetro, se selecciona un esquema de plomería y calefacción, se determina la cantidad de radiadores y su sección, y se determina la longitud óptima de la red.
Dado que el rendimiento de la tubería es un factor fundamental al elegir, debe decidir qué, a su vez, afecta la permeabilidad del agua en la línea.
| Consumo | Banda ancha | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tubo DN | 15mm | 20mm | 25mm | 32mm | 40mm | 50mm | 65mm | 80mm | 100mm |
| Pa/m - mbar/m | menos de 0,15 m/s | 0,15 m/s | 0,3 m/s | ||||||
| 90,0 - 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 - 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 - 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 - 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 - 1,000 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 - 1,200 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 - 1,400 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 - 1,600 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 - 1,800 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200,0 - 2,000 | 266 | 619 | 1151 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 - 2,200 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 - 2,400 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 - 2,600 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280,0 - 2,800 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 - 3,000 | 331 | 767 | 1415 | 3076 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Factores que influyen en la permeabilidad de la carretera:
- La presión del agua o refrigerante.
- El diámetro interior (sección) de la tubería.
- La longitud total del sistema.
- material de tubería.
- Espesor de la pared de la tubería.
En el sistema antiguo, la permeabilidad de la tubería se ve agravada por la cal, los depósitos de limo, los efectos de la corrosión (en productos metálicos). Todo esto en conjunto reduce la cantidad de agua que pasa por la sección con el tiempo, es decir, las líneas usadas funcionan peor que las nuevas.
Es de destacar que este indicador no cambia para las tuberías de polímero: el plástico es mucho menos que el metal, lo que permite que la escoria se acumule en las paredes. Por lo tanto, el rendimiento de las tuberías de PVC sigue siendo el mismo que el día en que se instalaron.
Cálculo del diámetro de la tubería por caudal de agua
Determinar la cantidad correcta de agua
Para determinar el diámetro de la tubería por el caudal del líquido que pasa, necesitará los valores del consumo real de agua, teniendo en cuenta todos los accesorios de plomería: una bañera, un grifo de cocina, una lavadora, un taza del inodoro Cada sección individual del sistema de suministro de agua se calcula de acuerdo con la fórmula:
qc = 5× q0 × α, l/s
donde qc es el valor del agua consumida por cada dispositivo;
q0 es un valor normalizado, que está determinado por SNiP. Aceptamos para el baño - 0,25, para el grifo de la cocina 0,12, para la taza del inodoro -0,1;
a es un coeficiente que tiene en cuenta la posibilidad de operación simultánea de accesorios de plomería en la habitación. Depende del valor de probabilidad y del número de consumidores.
En los tramos de la carretera donde se combinan los caudales de agua para la cocina y el baño, para el inodoro y el baño, etc., se suma a la fórmula el valor de probabilidad. Es decir, la posibilidad de funcionamiento simultáneo de un grifo de cocina, grifo de baño, taza de inodoro y otros electrodomésticos.
La probabilidad está determinada por la fórmula:
Ð = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,
donde N es el número de consumidores de agua (dispositivos);
qhr µ es el consumo máximo de agua por hora que se puede tomar según SNiP. Elegimos para agua fría qhr µ = 5,6 l/s, el caudal total es de 15,6 l/s;
u es el número de personas que usan plomería.
Ejemplo de cálculo del consumo de agua:
La casa de dos plantas tiene 1 baño, 1 cocina con lavadora y lavavajillas instalados, ducha, 1 aseo. Una familia de 5 vive en la casa. Algoritmo de cálculo:
- Calculamos la probabilidad P = 5,6 × 5 / 0,25 × 3600 × 6 = 0,00518.
- Entonces el caudal de agua para el baño será qc = 5 × 0,25 × 0,00518=0,006475 l/s.
- Para la cocina qc \u003d 5 × 0.12 × 0.00518 \u003d 0.0031 l / s.
- Para un retrete, qc = 5× 0,1 × 0,00518=0,00259 l/s.
Calculamos el diámetro de la tubería.
Existe una dependencia directa del diámetro del volumen del líquido que fluye, que se expresa mediante la fórmula:
donde Q es el consumo de agua, m3/s;
d – diámetro de la tubería, m;
w es la velocidad del flujo, m/s.
Al transformar la fórmula, podemos seleccionar el valor del diámetro de la tubería, que corresponderá al volumen de agua consumido:
Yulia Petrichenko, experta
re = √(4Q/πw), metro
El caudal de agua se puede tomar de la Tabla 2. Existe un método más complejo para calcular el caudal, teniendo en cuenta las pérdidas y el coeficiente de fricción hidráulica. Este es un cálculo bastante voluminoso, pero al final le permite obtener el valor exacto, a diferencia del método tabular.
| medio bombeado | Velocidad óptima en la tubería, m/s | |
|---|---|---|
| LÍQUIDOS | Movimiento de gravedad: | |
| líquidos viscosos | 0,1-0,5 | |
| Líquidos de baja viscosidad | 0,5-1 | |
| bombeado: | ||
| tubería de succión | 0,8-2 | |
| tubería de descarga | 1,5-3 | |
| GASES | Tracción natural | 2-4 |
| Baja presión (ventiladores) | 4-15 | |
| Alta presión (compresor) | 15-25 | |
| PAREJAS | Sobrecalentado | 30-50 |
| Vapores saturados a presión | ||
| Más de 105 Pa | 15-25 | |
| (1-0.5)*105Pa | 20-40 | |
| (0,5-0,2)*105 Pa | 40-60 | |
| (0,2-0,05)*105 Pa | 60-75 | |
Ejemplo: Calcular el diámetro de la tubería para el baño, la cocina y el inodoro, en base a los caudales de agua obtenidos. Seleccionamos de la tabla 2 el valor del caudal de agua en el suministro de agua a presión: 3 m / s.
Al tender tuberías principales de agua, es más difícil calcular el rendimiento de las secciones de tubería. Los cálculos correctos asegurarán que el flujo de agua no sea demasiado grande y que su presión no disminuya.
La importancia de los cálculos correctos
El cálculo del consumo de agua le permite elegir el material y el diámetro de tubería correctos
Al diseñar una cabaña con dos o más baños o un pequeño hotel, se debe tener en cuenta la cantidad de agua que pueden suministrar las tuberías de una sección seleccionada. Después de todo, si la presión en la tubería cae con un alto consumo, esto conducirá al hecho de que será imposible ducharse o bañarse normalmente. Si el problema surge durante un incendio, puede perder completamente su hogar. Por lo tanto, el cálculo de la permeabilidad de las carreteras se realiza incluso antes del inicio de la construcción.
También es importante que los propietarios de pequeñas empresas conozcan las tasas de rendimiento. De hecho, en ausencia de dispositivos de medición, las empresas de servicios públicos, por regla general, presentan una factura por el consumo de agua a las organizaciones de acuerdo con el volumen que pasa por la tubería. Conocer los datos de tu suministro de agua te permitirá controlar el caudal de agua y no pagar de más.
Lo que determina la permeabilidad de la tubería.
El consumo de agua dependerá de la configuración del suministro de agua, así como del tipo de tuberías desde las que se monta la red.
La permeabilidad de las secciones de tubería es un valor métrico que caracteriza el volumen de fluido que pasa a través de la tubería durante un cierto intervalo de tiempo. Este indicador depende del material utilizado en la producción de tuberías.
Las tuberías de plástico conservan casi la misma permeabilidad durante todo el período operativo. El plástico, en comparación con el metal, no se oxida, por lo que las líneas no se obstruyen durante mucho tiempo.
Para los modelos de metal, el rendimiento disminuye año tras año. Debido al hecho de que las tuberías se oxidan, la superficie interna se despega gradualmente y se vuelve áspera. Debido a esto, se forma mucha más placa en las paredes. En particular, las tuberías de agua caliente se obstruyen rápidamente.
Además del material de fabricación, la permeabilidad también depende de otras características:
- Longitudes de fontanería. Cuanto mayor es la longitud, menor es la velocidad del flujo por efecto de la fricción, y la altura disminuye en consecuencia.
- Diámetro de la tubería. Las paredes de las carreteras estrechas crean más resistencia. Cuanto menor sea la sección transversal, peor será la relación entre la velocidad del flujo y el valor del área interna en una sección de longitud fija. En tuberías más anchas, el agua se mueve más rápido.
- La presencia de vueltas, accesorios, adaptadores, grifos. Cualquier detalle con forma ralentiza el movimiento de los flujos de agua.
Al determinar la tasa de rendimiento, es necesario tener en cuenta todos estos factores en combinación. Para no confundirse con los números, vale la pena usar fórmulas y tablas comprobadas.
Métodos de cálculo
El coeficiente de fricción se ve afectado por la presencia de elementos de bloqueo y su número.
Para determinar la permeabilidad del sistema de suministro de agua, puede utilizar tres métodos de cálculo:
El último método, aunque es el más preciso, no es adecuado para calcular las comunicaciones domésticas ordinarias. Es bastante complejo, y para su aplicación necesitará conocer una variedad de indicadores. Para calcular una red simple para una casa privada, debe recurrir a la ayuda de una calculadora en línea. Aunque no es tan preciso, es gratis y no necesita ser instalado en una computadora. Puede obtener información más precisa comparando los datos calculados por el programa con la tabla.
Cómo calcular el ancho de banda
El método tabular es el más fácil. Se han desarrollado varias tablas de conteo: puede elegir la que sea adecuada según los parámetros conocidos.
Cálculo basado en la sección de tubería
En SNiP 2.04.01-85, se propone averiguar la cantidad de consumo de agua por la circunferencia de la tubería.
De acuerdo con las normas de SNiP, el consumo diario de agua por persona no supera los 60 litros. Este dato es para una casa sin fontanería. Si se instala una red de suministro de agua, el volumen aumenta a 200 litros.
Cálculo según la temperatura del refrigerante.
A medida que aumenta la temperatura, la permeabilidad de la tubería disminuye: el agua se expande y, por lo tanto, crea una fricción adicional.
Puede calcular los datos necesarios utilizando una tabla especial:
| Sección de tubería (mm) | Banda ancha | |||
| Por calor (gcl/h) | Por portador de calor (t/h) | |||
| Agua | Vapor | Agua | Vapor | |
| 15 | 0,011 | 0,005 | 0,182 | 0,009 |
| 25 | 0,039 | 0,018 | 0,650 | 0,033 |
| 38 | 0,11 | 0,05 | 1,82 | 0,091 |
| 50 | 0,24 | 0,11 | 4,00 | 0,20 |
| 75 | 0,72 | 0,33 | 12,0 | 0,60 |
| 100 | 1,51 | 0,69 | 25,0 | 1,25 |
| 125 | 2,70 | 1,24 | 45,0 | 2,25 |
| 150 | 4,36 | 2,00 | 72,8 | 3,64 |
| 200 | 9,23 | 4,24 | 154 | 7,70 |
| 250 | 16,6 | 7,60 | 276 | 13,8 |
| 300 | 26,6 | 12,2 | 444 | 22,2 |
| 350 | 40,3 | 18,5 | 672 | 33,6 |
| 400 | 56,5 | 26,0 | 940 | 47,0 |
| 450 | 68,3 | 36,0 | 1310 | 65,5 |
| 500 | 103 | 47,4 | 1730 | 86,5 |
| 600 | 167 | 76,5 | 2780 | 139 |
| 700 | 250 | 115 | 4160 | 208 |
| 800 | 354 | 162 | 5900 | 295 |
| 900 | 633 | 291 | 10500 | 525 |
| 1000 | 1020 | 470 | 17100 | 855 |
Para resumir el sistema de plomería, esta información no es extremadamente importante, pero para los circuitos de calefacción se considera el indicador principal.
Encontrar datos dependiendo de la presión
La presión del flujo de agua de la línea común se tiene en cuenta al seleccionar las tuberías.
Al seleccionar tuberías para instalar cualquier red de comunicación, es necesario tener en cuenta la presión de flujo en la línea común. Si se proporciona una cabeza de alta presión, es necesario instalar tuberías con una sección transversal mayor que cuando se mueven por gravedad. Si no se tienen en cuenta estos parámetros al seleccionar las secciones de tubería y se pasa un gran flujo de agua a través de redes pequeñas, comenzarán a hacer ruido, vibrar y rápidamente quedarán inutilizables.
Para encontrar el caudal de agua de diseño más alto, se utiliza una tabla de capacidad de tubería según el diámetro y diferentes indicadores de presión de agua:
| Consumo | Banda ancha | |||||||||
| Sección de tubería | 15mm | 20mm | 25mm | 32mm | 40mm | 50mm | 65mm | 80mm | 100mm | |
| Pa/m | mbar/m | Menos de 0,15 m/s | 0,15 m/s | 0,3 m/s | ||||||
| 90,0 | 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 | 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 | 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 | 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 | 1000,0 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 | 1200,0 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 | 1400,0 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 | 1600,0 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 | 1800,0 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200,0 | 2000,0 | 266 | 619 | 1151 | 2488 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 | 2200,0 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 | 2400,0 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 | 2600,0 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280,0 | 2800,0 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8568 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 | 3000, | 331 | 767 | 1415 | 3078 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
La presión promedio en la mayoría de los elevadores varía de 1,5 a 2,5 atmósferas. La dependencia del número de plantas se regula dividiendo la red de abastecimiento de agua en varios ramales. La inyección de agua a través de bombas también afecta el cambio de caudal.
Además, al calcular el flujo de agua a través de una tubería de acuerdo con la tabla de diámetros de tubería y valores de presión, no solo se tiene en cuenta la cantidad de grifos, sino también la cantidad de calentadores de agua, bañeras y otros consumidores.
Cálculo hidráulico según Shevelev
Para la identificación más precisa de los indicadores de toda la red de suministro de agua, se utilizan materiales de referencia especiales. Definen las características de funcionamiento de las tuberías fabricadas con diferentes materiales.
El rendimiento es un parámetro importante para cualquier tubería, canal y otros herederos del acueducto romano. Sin embargo, el rendimiento no siempre se indica en el empaque de la tubería (o en el producto mismo). Además, también depende del esquema de la tubería la cantidad de líquido que pasa la tubería a través de la sección. ¿Cómo calcular correctamente el rendimiento de las tuberías?
Métodos para calcular el rendimiento de las tuberías.
Existen varios métodos para calcular este parámetro, cada uno de los cuales es adecuado para un caso particular. Algunas anotaciones que son importantes para determinar el rendimiento de una tubería:
Diámetro exterior: el tamaño físico de la sección de la tubería desde un borde de la pared exterior hasta el otro. En los cálculos, se designa como Dn o Dn. Este parámetro se indica en el marcado.
El diámetro nominal es el valor aproximado del diámetro de la sección interna de la tubería, redondeado a un número entero. En los cálculos, se designa como Du o Du.
Métodos físicos para calcular el rendimiento de las tuberías.
Los valores de rendimiento de la tubería están determinados por fórmulas especiales. Para cada tipo de producto, para gas, suministro de agua, alcantarillado, los métodos de cálculo son diferentes.
Métodos de cálculo tabular
Hay una tabla de valores aproximados creada para facilitar la determinación del rendimiento de las tuberías para el cableado dentro del apartamento. En la mayoría de los casos, no se requiere una alta precisión, por lo que los valores se pueden aplicar sin cálculos complejos. Pero esta tabla no tiene en cuenta la disminución del caudal debido a la aparición de crecimientos sedimentarios dentro de la tubería, que es típico de las carreteras antiguas.
| Tipo de líquido | Velocidad (m/s) |
| Abastecimiento de agua de la ciudad | 0,60-1,50 |
| Tubería de agua | 1,50-3,00 |
| Agua de calefacción central | 2,00-3,00 |
| Sistema de presión de agua en la línea de tubería | 0,75-1,50 |
| fluido hidráulico | hasta 12 m/s |
| Línea de oleoducto | 3,00-7,5 |
| Aceite en el sistema de presión de la línea de tubería. | 0,75-1,25 |
| Vapor en el sistema de calefacción. | 20,0-30,00 |
| Sistema de tubería central de vapor | 30,0-50,0 |
| Vapor en un sistema de calefacción de alta temperatura | 50,0-70,00 |
| Aire y gas en el sistema de tuberías central | 20,0-75,00 |
Hay una tabla de cálculo de capacidad exacta, llamada tabla Shevelev, que tiene en cuenta el material de la tubería y muchos otros factores. Estas mesas rara vez se usan cuando se colocan tuberías de agua alrededor del apartamento, pero en una casa privada con varios elevadores no estándar pueden ser útiles.
Cálculo usando programas
A disposición de las empresas de plomería modernas, existen programas informáticos especiales para calcular el rendimiento de las tuberías, así como muchos otros parámetros similares. Además, se han desarrollado calculadoras en línea que, aunque menos precisas, son gratuitas y no requieren instalación en una PC. Uno de los programas estacionarios "TAScope" es una creación de ingenieros occidentales, que es shareware. Las grandes empresas utilizan "Hydrosystem": este es un programa doméstico que calcula las tuberías de acuerdo con los criterios que afectan su funcionamiento en las regiones de la Federación Rusa. Además del cálculo hidráulico, permite calcular otros parámetros de tuberías. El precio medio es de 150.000 rublos.
Cómo calcular el rendimiento de una tubería de gas.
El gas es uno de los materiales más difíciles de transportar, en particular porque tiende a comprimirse y, por lo tanto, puede fluir a través de los espacios más pequeños de las tuberías. Se imponen requisitos especiales en el cálculo del rendimiento de las tuberías de gas (así como en el diseño del sistema de gas en su conjunto).
La fórmula para calcular el rendimiento de una tubería de gas.
La capacidad máxima de los gasoductos está determinada por la fórmula:
Qmáx = 0,67 DN2 * p
donde p es igual a la presión de trabajo en el sistema de gasoductos + 0,10 MPa o la presión absoluta del gas;
Du - paso condicional de la tubería.
Existe una fórmula compleja para calcular el rendimiento de una tubería de gas. Al realizar cálculos preliminares, así como al calcular un gasoducto doméstico, generalmente no se usa.
Qmáx = 196,386 Du2 * p/z*T
donde z es el factor de compresibilidad;
T es la temperatura del gas transportado, K;
Según esta fórmula, se determina la dependencia directa de la temperatura del medio transportado con la presión. Cuanto mayor sea el valor de T, más se expande el gas y presiona contra las paredes. Por lo tanto, al calcular grandes carreteras, los ingenieros tienen en cuenta las posibles condiciones climáticas en el área por donde pasa la tubería. Si el valor nominal de la tubería DN es menor que la presión del gas generada a altas temperaturas en verano (por ejemplo, a + 38 ... + 45 grados Celsius), es probable que la línea se dañe. Esto implica la fuga de materias primas valiosas y crea la posibilidad de una explosión de la sección de la tubería.
Tabla de capacidades de tuberías de gas según presión
Hay una tabla para calcular el rendimiento de un gasoducto para los diámetros de uso común y la presión de trabajo nominal de las tuberías. Se requerirán cálculos de ingeniería para determinar las características de un gasoducto de dimensiones y presión no estándar. Además, la presión, la velocidad de movimiento y el volumen del gas se ven afectados por la temperatura del aire exterior.
La velocidad máxima (W) del gas en la tabla es 25 m/s y z (factor de compresibilidad) es 1. La temperatura (T) es 20 grados Celsius o 293 Kelvin.
| Ptrabajo(MPa) | Capacidad de rendimiento de la tubería (m? / h), con wgas \u003d 25 m / s; z \u003d 1; T \u003d 20? C = 293? K | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DN 50 | DN 80 | DN 100 | DN 150 | DN 200 | DN 300 | DN 400 | DN 500 | |
| 0,3 | 670 | 1715 | 2680 | 6030 | 10720 | 24120 | 42880 | 67000 |
| 0,6 | 1170 | 3000 | 4690 | 10550 | 18760 | 42210 | 75040 | 117000 |
| 1,2 | 2175 | 5570 | 8710 | 19595 | 34840 | 78390 | 139360 | 217500 |
| 1,6 | 2845 | 7290 | 11390 | 25625 | 45560 | 102510 | 182240 | 284500 |
| 2,5 | 4355 | 11145 | 17420 | 39195 | 69680 | 156780 | 278720 | 435500 |
| 3,5 | 6030 | 15435 | 24120 | 54270 | 96480 | 217080 | 385920 | 603000 |
| 5,5 | 9380 | 24010 | 37520 | 84420 | 150080 | 337680 | 600320 | 938000 |
| 7,5 | 12730 | 32585 | 50920 | 114570 | 203680 | 458280 | 814720 | 1273000 |
| 10,0 | 16915 | 43305 | 67670 | 152255 | 270680 | 609030 | 108720 | 1691500 |
Capacidad de la tubería de alcantarillado
La capacidad de la tubería de alcantarillado es un parámetro importante que depende del tipo de tubería (con o sin presión). La fórmula de cálculo se basa en las leyes de la hidráulica. Además del laborioso cálculo, se utilizan tablas para determinar la capacidad del alcantarillado.
Para el cálculo hidráulico del alcantarillado, se requiere determinar las incógnitas:
- diámetro de tubería Du;
- velocidad de flujo promedio v;
- pendiente hidráulica l;
- grado de llenado h / Du (en los cálculos, se repelen del radio hidráulico, que está asociado con este valor).
En la práctica, se limitan a calcular el valor de l o h/d, ya que el resto de parámetros son fáciles de calcular. La pendiente hidráulica en los cálculos preliminares se considera igual a la pendiente de la superficie de la tierra, en la que el movimiento de las aguas residuales no será inferior a la velocidad de autolimpieza. Los valores de velocidad así como los valores máximos de h/Dn para redes residenciales se pueden encontrar en la Tabla 3.
Yulia Petrichenko, experta
Además, existe un valor normalizado para la pendiente mínima para tuberías de pequeño diámetro: 150 mm
(i=0,008) y 200 (i=0,007) mm.
La fórmula para la tasa de flujo volumétrico de un líquido se ve así:
donde a es el área libre del flujo,
v es la velocidad del flujo, m/s.
La velocidad se calcula con la fórmula:
donde R es el radio hidráulico;
C es el coeficiente de humectación;
De esto podemos derivar la fórmula para la pendiente hidráulica:
Según él, este parámetro se determina si es necesario el cálculo.
donde n es el factor de rugosidad, que varía de 0,012 a 0,015 según el material de la tubería.
El radio hidráulico se considera igual al radio habitual, pero solo cuando la tubería está completamente llena. En otros casos, utilice la fórmula:
donde A es el área del flujo transversal del fluido,
P es el perímetro mojado, o la longitud transversal de la superficie interior de la tubería que toca el líquido.
Tablas de capacidad para tuberías de alcantarillado sin presión
La tabla tiene en cuenta todos los parámetros utilizados para realizar el cálculo hidráulico. Los datos se seleccionan de acuerdo con el valor del diámetro de la tubería y se sustituyen en la fórmula. Aquí, ya se calculó el caudal volumétrico q del líquido que pasa a través de la sección de la tubería, que puede tomarse como el rendimiento de la tubería.
Además, hay tablas de Lukin más detalladas que contienen valores de rendimiento listos para usar para tuberías de diferentes diámetros de 50 a 2000 mm.
Tablas de capacidad para sistemas de alcantarillado presurizado
En las tablas de capacidad para tuberías de presión de alcantarillado, los valores dependen del grado máximo de llenado y del caudal medio estimado de las aguas residuales.
| Diámetro, mm | Relleno | Aceptable (pendiente óptima) | La velocidad de movimiento de las aguas residuales en la tubería, m / s | Consumo, l/s |
| 100 | 0,6 | 0,02 | 0,94 | 4,6 |
| 125 | 0,6 | 0,016 | 0,97 | 7,5 |
| 150 | 0,6 | 0,013 | 1,00 | 11,1 |
| 200 | 0,6 | 0,01 | 1,05 | 20,7 |
| 250 | 0,6 | 0,008 | 1,09 | 33,6 |
| 300 | 0,7 | 0,0067 | 1,18 | 62,1 |
| 350 | 0,7 | 0,0057 | 1,21 | 86,7 |
| 400 | 0,7 | 0,0050 | 1,23 | 115,9 |
| 450 | 0,7 | 0,0044 | 1,26 | 149,4 |
| 500 | 0,7 | 0,0040 | 1,28 | 187,9 |
| 600 | 0,7 | 0,0033 | 1,32 | 278,6 |
| 800 | 0,7 | 0,0025 | 1,38 | 520,0 |
| 1000 | 0,7 | 0,0020 | 1,43 | 842,0 |
| 1200 | 0,7 | 0,00176 | 1,48 | 1250,0 |
Capacidad de la tubería de agua
Las tuberías de agua en la casa se usan con mayor frecuencia. Y dado que están sujetos a una gran carga, el cálculo del rendimiento de la tubería principal de agua se convierte en una condición importante para una operación confiable.
Pasabilidad de la tubería en función del diámetro.
El diámetro no es el parámetro más importante al calcular la permeabilidad de la tubería, pero también afecta su valor. Cuanto mayor sea el diámetro interior de la tubería, mayor será la permeabilidad, así como menor la posibilidad de bloqueos y tapones. Sin embargo, además del diámetro, es necesario tener en cuenta el coeficiente de fricción del agua en las paredes de la tubería (valor de tabla para cada material), la longitud de la línea y la diferencia de presión del fluido en la entrada y la salida. Además, la cantidad de curvas y accesorios en la tubería afectará en gran medida la permeabilidad.
Tabla de capacidad de tubería por temperatura de refrigerante
Cuanto mayor sea la temperatura en la tubería, menor será su capacidad, ya que el agua se expande y crea fricción adicional. Para la plomería, esto no es importante, pero en los sistemas de calefacción es un parámetro clave.
Hay una tabla para los cálculos de calor y refrigerante.
| Diámetro del tubo, mm | Banda ancha | |||
|---|---|---|---|---|
| por calor | por refrigerante | |||
| Agua | Vapor | Agua | Vapor | |
| Gcal/h | t/h | |||
| 15 | 0,011 | 0,005 | 0,182 | 0,009 |
| 25 | 0,039 | 0,018 | 0,650 | 0,033 |
| 38 | 0,11 | 0,05 | 1,82 | 0,091 |
| 50 | 0,24 | 0,11 | 4,00 | 0,20 |
| 75 | 0,72 | 0,33 | 12,0 | 0,60 |
| 100 | 1,51 | 0,69 | 25,0 | 1,25 |
| 125 | 2,70 | 1,24 | 45,0 | 2,25 |
| 150 | 4,36 | 2,00 | 72,8 | 3,64 |
| 200 | 9,23 | 4,24 | 154 | 7,70 |
| 250 | 16,6 | 7,60 | 276 | 13,8 |
| 300 | 26,6 | 12,2 | 444 | 22,2 |
| 350 | 40,3 | 18,5 | 672 | 33,6 |
| 400 | 56,5 | 26,0 | 940 | 47,0 |
| 450 | 68,3 | 36,0 | 1310 | 65,5 |
| 500 | 103 | 47,4 | 1730 | 86,5 |
| 600 | 167 | 76,5 | 2780 | 139 |
| 700 | 250 | 115 | 4160 | 208 |
| 800 | 354 | 162 | 5900 | 295 |
| 900 | 633 | 291 | 10500 | 525 |
| 1000 | 1020 | 470 | 17100 | 855 |
Tabla de capacidades de tubería en función de la presión del refrigerante
Hay una tabla que describe el rendimiento de las tuberías en función de la presión.
| Consumo | Banda ancha | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tubo DN | 15mm | 20mm | 25mm | 32mm | 40mm | 50mm | 65mm | 80mm | 100mm |
| Pa/m - mbar/m | menos de 0,15 m/s | 0,15 m/s | 0,3 m/s | ||||||
| 90,0 - 0,900 | 173 | 403 | 745 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 | 30240 |
| 92,5 - 0,925 | 176 | 407 | 756 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 | 30672 |
| 95,0 - 0,950 | 176 | 414 | 767 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 | 31104 |
| 97,5 - 0,975 | 180 | 421 | 778 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 | 31500 |
| 100,0 - 1,000 | 184 | 425 | 788 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 | 31932 |
| 120,0 - 1,200 | 202 | 472 | 871 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 | 35100 |
| 140,0 - 1,400 | 220 | 511 | 943 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 | 38160 |
| 160,0 - 1,600 | 234 | 547 | 1015 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 | 40680 |
| 180,0 - 1,800 | 252 | 583 | 1080 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 | 43200 |
| 200,0 - 2,000 | 266 | 619 | 1151 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 | 45720 |
| 220,0 - 2,200 | 281 | 652 | 1202 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 | 47880 |
| 240,0 - 2,400 | 288 | 680 | 1256 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 | 50400 |
| 260,0 - 2,600 | 306 | 713 | 1310 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 | 52200 |
| 280,0 - 2,800 | 317 | 742 | 1364 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 | 54360 |
| 300,0 - 3,000 | 331 | 767 | 1415 | 3076 | 4680 | 8892 | 18000 | 27900 | 56160 |
Tabla de capacidades de tubería según diámetro (según Shevelev)
Las tablas de F.A. y A.F. Shevelev son uno de los métodos tabulares más precisos para calcular el rendimiento de un sistema de suministro de agua. Además, contienen todas las fórmulas de cálculo necesarias para cada material específico. Este es un material informativo voluminoso utilizado por los ingenieros hidráulicos con mayor frecuencia.
Las tablas tienen en cuenta:
- diámetros de tubería - internos y externos;
- espesor de pared;
- vida útil de la tubería;
- Longitud de la línea;
- asignación de tubería.
Fórmula de cálculo hidráulico
Para las tuberías de agua, se aplica la siguiente fórmula de cálculo:
Calculadora en línea: cálculo de capacidad de tubería
Si tiene alguna pregunta, o si tiene alguna guía que use métodos no mencionados aquí, escriba en los comentarios.
