Instalaciones de agua y gas Unidad 3

FOR

MA

CI

N P

RO

FESI

ON

AL

A D

ISTA

NC

IA

3Instalaciones de Agua (II)

Unid

ad

Tcnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Fro,

Climatizacin y Produccin de Calor

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO Instalaciones de Agua y Gas

MDULO

Ttulo del Ciclo: TCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRO, CLIMATIZACIN Y PRODUCCIN DE CALOR

Ttulo del Mdulo: INSTALACIONES DE AGUA Y GAS Direccin: Direccin General de Formacin Profesional.

Servicio de Formacin Profesional y Aprendizaje Permanente.

Direccin de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera Garca Arturo Garca Fernndez Ascensin Sols Fernndez Juan Carlos Quirs Quirs Luis Mara Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antua Yolanda lvarez Granda

Coordinacin de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera

Autor: Susana Rodrguez Ordez

Desarrollo del Proyecto: Fundacin Metal Asturias

Coordinacin:

Javier Maestro del Estal Monserrat Rodrguez Fernndez

Equipo Tcnico de Redaccin: Alfonso Fernndez Mejas Nuria Biforcos Fernndez Laura Garca Fernndez Mara Mera Lpez

Diseo y maquetacin: Begoa Codina Gonzlez Alberto Busto Martnez Mara Isabel Toral Alonso Sofa Ardura Gancedo

Coleccin: Materiales didcticos de aula Serie: Formacin Profesional Especfica Edita: Consejera de Educacin y Ciencia Direccin General de Formacin Profesional Servicio de Formacin Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: en trmite Depsito Legal: en trmite Copyright: 2007. Consejera de Educacin y Ciencia Direccin General de Formacin Profesional Todos los derechos reservados. La reproduccin de las imgenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicacin se acogen a lo establecido en el artculo 32 (citas y reseas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extradas de documentos ya divulgados por va comercial o por Internet, se hace a ttulo de cita, anlisis o comentario crtico, y se utilizan solamente con fines docentes. Esta publicacin tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este material a terceros, as como la reproduccin total o parcial de sus contenidos sin autorizacin expresa de los autores y del Copyright.

Unid

ad

3

3

Instalaciones de Agua (II)

Sumario general

Objetivos .............................................................................................. 4

Conocimientos ....................................................................................... 5

Introduccin........................................................................................... 6

Contenidos generales ............................................................................. 6

Clculo de instalaciones ...................................................................... 7

Clculo de bombas. Curvas caractersticas........................................... 20

Dimensionado de las instalaciones de evacuacin............................... 38

Resumen de contenidos ......................................................................... 44

Respuestas de actividades ...................................................................... 46

Mdulo: Instalaciones de Agua y Gas

Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Objetivos

Al finalizar el estudio de esta unidad sers capaz de:

Disear una red de aguas de abastecimiento ajustndose a la reglamentacin vi-gente, en funcin de las necesidades requeridas seleccionando los equipos y mate-riales ms adecuados para cada caso.

Dimensionar de forma correcta las tuberas y dems elementos que configuran una instalacin de agua.

Seleccionar la bomba ms adecuada para una instalacin a partir de los catlogos y documentaciones tcnicas suministrados por el fabricante.

4

Unid

ad

3 Instalaciones de Agua (II)

Conocimientos que deberas adquirir

CONCEPTOSS

Prdidas de carga.

Caudal mnimo, coeficiente de simultaneidad de aparatos.

Altura manomtrica, cavitacin, NPSH.

Curva caracterstica de una bomba.

Unidades de Desage, U.D.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS

Identificacin, clasificacin y aplicacin de los equipos hidrulicos constitutivos de las instalaciones de agua.

Determinacin de los circuitos de tuberas y dems accesorios necesarios para con-figurar una instalacin de agua.

ACTITUDESS

Trabajar con orden y limpieza.

Valorar la importancia del agua en nuestra sociedad, como bien escaso.

Propiciar el consumo responsable del agua.

5

6


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Introduccin

En la unidad didctica anterior hemos estudiado cmo son las instalaciones de agua y qu elementos las componen. Ahora vamos a aprender a dimensionar estas instalaciones tanto las de agua de abastecimiento como las de agua de evacuacin.

Contenidos generales

A lo largo de esta unidad didctica vamos a estudiar cmo se realizan los clculos de instalaciones de aguas de abastecimiento y de evacuacin. Asimismo se interpretan las curvas caractersticas de una bomba y cmo se selecciona la bomba ms adecuada para cada instalacin.

Dentro de los elementos que componen una instalacin de agua, se describen sus carac-tersticas, los distintos tipos y requerimientos de utilizacin.

Unid

ad

3

7


Clculo de instalaciones

Imagina que al abrir los grifos de tu casa nicamente saliera un hilillo de agua o que, por el contrario, cada vez que abrieses el grifo saliera con tanta fuerza que salpicase por completo todo a su alrededor. Todos estos incon-venientes se pueden evitar con el clculo adecuado de las instalaciones y utilizando los elementos con las dimensiones idneas para los requerimien-tos de la instalacin.

Prdidas de carga

Cuando un fluido circula por una conduccin recuerdas a qu se denomina prdida de car-ga? En la unidad anterior explicamos cmo el rozamiento que ocurre entre un fluido y las paredes del conducto por el que circula produce una disminucin de su presin. Esa prdida de presin es lo que se denomina prdida de carga o cada de presin. Cuando esas cadas se deben nicamente al roce con las paredes de la tubera se denominan prdidas lineales. Cuando se producen como consecuencia del paso del fluido a travs de un estrechamiento, un ensanchamiento, un codo, una T, una vlvula u otro elemento puntual, se habla de pr-didas localizadas.

La prdida total de presin o prdida de carga a travs de una tubera es la suma de las dos anteriores y se calcula del siguiente modo. En primer lugar, se transforman las prdi-das localizadas en prdidas lineales. Para ello se utilizan tablas similares a la tabla 1. sta permite calcular la longitud de tubera equivalente a distintos tipos de accesorios, es de-cir la longitud de tubera que proporciona la misma prdida de carga que el accesorio en cuestin.

Una vez calculada la longitud equivalente al accesorio, se le suma la longitud de la tube-ra sobre la que se est realizando el clculo. La prdida de carga total se calcula en fun-cin de la longitud total obtenida, el dimetro de la tubera y el caudal circulante a travs de ella. Para ello se utilizan diagramas que relacionan todas estas magnitudes.


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

DIMETRO

INTERIOR DEL TUBO (EN MM)

CODO 90O

CURVA 90O

VLVULA DE PIE

VLVULA DE RETENCIN

T PASO RECTO (180O)

T DERIVACIN

A RAMAL (90 O)

ENSANCHAMIENTO D/D=1/4,

1/2 3/4

CONTADOR VLVULA COMPUERTA

10 0,3 0,3 3 1,6 0,65 1,8 0,3 6 0,5 15 0,5 0,4 4 2 0,8 2,5 0,5 7 0,7 20 0,6 0,5 5 3 1,25 3,0 0.6 10 0,8 25 0,8 0,7 6 4 1,7 3,6 0,8 12 1 32 1 0,9 7 5 2,1 4,1 1 18 1,3 40 1,4 1 8 6 2,7 4,6 1,4 20 1,7 50 2,7 1,5 9 7 3,2 5,0 2,7 25 2 60 2,1 1,7 10 8 4 5,5 2,1 30 2,5 80 3 2,2 12 9 5,5 6,2 3 40 3

100 3,2 2,.8 15 10 7 6,9 3,2 50 4

Tabla 1: Longitud equivalente de los accesorios (m).

Adems de las prdidas de carga mencionadas, siempre que exista desnivel entre dos puntos de la instalacin es necesario tener en cuenta la prdida de presin producida como consecuencia de la diferencia de altura que tiene que salvar el agua entre estos dos puntos, originando cada metro de desnivel una prdida de carga equivalente a 1 m.c.a.

Todos los valores de prdida de carga se miden en m.c.a.

Si consultamos la tabla 1 comprobamos que una vlvula de retencin instalada en una tubera de 80 mm equivale a 9 metros de tubera recta. La longitud total de tubera que debemos considerar para el clculo es: 40 m + 9 m = 49 m de tubera. Esto quiere decir que el conjunto tubera ms accesorio equivale a 49 m de tubera.

Hallar las prdidas de carga totales de una tubera horizontal de acero 80 mm dedimetro interior y de 40 m de largo que tiene una vlvula de retencin y por la que circula un caudal de 50 m3/h.

Ejemplo

40 m

8

Unid

ad


Ejemplo (continuacin)

Consultando el diagrama de prdidas de carga obtenemos que para una tuberade 80 mm de dimetro interior y un caudal de 50 m3/h, la prdida de carga es de 11 m.c.a por cada 100 m. Esto corresponde a un 11%. Tambin comprobamos que la velocidad del fluido est prxima a los 2,5 m/s. Dado que hemos de considerar 49 m de tubera y teniendo en cuenta que lasprdidas de carga son de un 11%, la prdida de carga total ser: 49 x 11 /100 = 5,39 m.c.a.

Fig. 1: Prdidas de carga para tuberas de acero por las que circula agua.

9


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

El diagrama de prdida de carga utilizado en el ejemplo es vlido para tuberas de acero. Cuando las tuberas sean de otros materiales habr que aplicar los siguientes factores de correccin:

MATERIAL FACTOR DE CORRECCIN

PVC 0,6

Cobre 0,5

Fibro-cemento 0,8

Cemento (paredes lisas) 0,8

Tabla 2: Factores de correccin para distintos materiales.

ctiv

idad

a Calcula la prdida de carga total entre los puntos 1 y 2 de lasiguiente tubera de acero de 40 mm de dimetro interior ypor la que circula un caudal de 10 m3/h. El accesorio representado es un contador que tiene el mismodimetro que la tubera, es decir 40 mm.

1

1 m

10 m

2 m

1 m

1

2

3 m

10

Unid

ad


Instalaciones tipificadas

El clculo de las instalaciones de agua es un clculo complejo. En el mercado existen programas informticos que permiten realizarlo de forma rpida y sencilla. Nosotros en este apartado, lo haremos sin este tipo de herramienta pero intentando simplificarlo al mximo.

La dimensin de una instalacin de agua se disea en funcin de los caudales mnimos necesarios para asegurar el abastecimiento a todos los puntos de la instalacin. El CTE establece valores mnimos para los parmetros relacionados con este clculo y en ningn caso los valores reales deben estar por debajo de ellos.

Las tablas 3, 4 y 5 recogen un ejemplo de estos valores.

TIPO DE APARATO CAUDAL INSTANTNEO MNIMO DE AGUA FRA

[DM3/S]

CAUDAL INSTANTNEO MNIMO DE ACS

[DM3/S]

Lavamanos 0,05 0,03

Lavabo 0,10 0,065

Ducha 0,20 0,10

Baera de 1,40 m o ms 0,30 0,20

Baera de menos de 1,40 m 0,20 0,15

Bid 0,10 0,065

Inodoro con cisterna 0,10 -

Inodoro con fluxor 1,25 -

Urinarios con grifo temporizado 0,15 -

Urinarios con cisterna (c/u) 0,04 -

Fregadero domstico 0,20 0,10

Fregadero no domstico 0,30 0,20

Lavavajillas domstico 0,15 0,10

Lavavajillas industrial (20 servicios) 0,25 0,20

Lavadero 0,20 0,10

Lavadora domstica 0,20 0,15

Lavadora industrial (8 kg) 0,60 0,40

Grifo aislado 0,15 0,10

Grifo garaje 0,20 -

Vertedero 0,20 -

Tabla 3: Caudal instantneo mnimo para cada tipo de aparato.

11


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

DIMETRO NOMINAL DEL RAMAL DE ENLACE

APARATO O PUNTO DE CONSUMOTubo de acero () Tubo de cobre o plstico (mm)

Lavamanos 1/2 12

Lavabo, bid 1/2 12

Ducha 1/2 12

Baera 1,40 m 3/4 20

Inodoro con cisterna 1/2 12

Inodoro con fluxor 1- 1 1/2 25-40

Urinario con grifo temporizado 1/2 12

Urinario con cisterna 1/2 12

Fregadero domstico 1/2 12

Fregadero industrial 3/4 20

Lavavajillas domstico 1/2 (rosca a 3/4) 12

Lavavajillas industrial 3/4 20

DIMETRO NOMINAL TRAMO CONSIDERADO

Acero Cobre

Alimentacin a cuarto hmedo privado: bao, aseo, cocina 3/4 20

Alimentacin a derivacin particular: vivienda, apartamento, local comercial 3/4 20

Columna o montante 3/4 20

Distribuidor principal 1 25

< 50 kW 1/2 12

50 250 kW 3/4 20 250 500 kW 1 25

Alimentacin de equipos de climatizacin

> 500 kW 1/4 32

Tabla 4: Dimetros nominales para los ramales de enlace de distintos aparatos.

Tabla 5: Dimetros nominales de alimentacin para distintos tramos.

El clculo de la instalacin se realizar tomando como referencia el punto ms desfavo-rable de la misma, siendo este punto el que como consecuencia de su distancia, de la altura o de la complejidad de su trazado tenga la presin menor.

12

Unid

ad


Veamos con un ejemplo cmo se realiza un clculo de este tipo. Supongamos una insta-lacin que deba abastecer un edificio de 10 viviendas en las que cada una de ellas dis-pone de dos cuartos hmedos (cocina y bao).

El cuarto de bao consta de los siguientes elementos: lavabo, baera grande, inodoro con cisterna y bid. Para cada uno de ellos consultamos la tabla 3 y anotamos los caudales mnimos correspondientes. Observa que los datos estn expresados en dm3/s que es lo mismo que l/s.

ELEMENTO CAUDAL DE AGUA FRA

[L/S] CAUDAL DE ACS

[L/S] TOTAL

Baera > 1,40 m 0,30 0,20 0,50

Inodoro con cisterna 0,10 0,10

Bid 0,10 0,065 0,165

Lavabo 0,10 0,065 0,165

TOTAL 0,930

13

El caudal total mnimo, que es la suma de todos los caudales mnimos, ser de 0,930 l/s.

Es difcil que en un bao se utilicen los cuatro elementos a la vez al tope de su capaci-dad, por ejemplo baera, bid, lavabo y cisterna simultneamente. Considerando esto el CTE nos permite obtener un caudal ms acorde a la realidad, suponiendo que en un cuarto hmedo (en este caso el bao) nunca se van a estar utilizando todos sus elementos a la vez. Para ello utilizamos un coeficiente de reduccin que se llama coeficiente de simultaneidad de aparatos. Multiplicamos el caudal resultante del cuarto hmedo por este coeficiente de simultaneidad, y obtenemos un caudal que ser el caudal mnimo instantneo, ms acorde a la realidad.

El CTE deja a criterio del proyectista hacer este ajuste, pero una posible forma de calcu-larlo es aplicando la siguiente frmula:

Tabla 6: Caudales instantneos mnimos para un bao.

Donde: x es el nmero de aparatos.

( )1x1

Ksapa =


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

As para nuestro caso, con cuatro aparatos:

( ) 0,58141

K sapa ==

De ese modo el caudal mnimo instantneo para la derivacin de alimentacin al cuarto hmedo, bao es:

Caudal mnimo instantneo = Caudal mnimo x Ksapa = 0,930 x 0,58=0,54 l/s

Siguiendo el mismo mtodo, calculamos los caudales para la cocina, en este caso dotada de fregadero, lavadora y lavavajillas.

ELEMENTO CAUDAL DE AGUA FRA

[L/S] CAUDAL DE ACS

[L/S] TOTAL

Fregadero 0,20 0,1 0,30

Lavavajillas 0,15 * 0,15

Lavadora 0,20 * 0,20

* Consideramos que a estos aparatos conectamos nicamente agua fra, pero se podra conectar la toma para ACS. TOTAL 0,65

Tabla 7: Caudales instantneos mnimos para una cocina.

En este caso el coeficiente de simultaneidad (con tres aparatos) es:

( ) 0,7113

1K sapa ==

Por lo que el caudal instantneo es:

Caudal instantneo = Caudal mximo x Ks = 0,65 x 0,7 =0,46 l/s

El caudal mnimo de la tubera que alimenta a la vivienda sera:

Caudal mnimo =Caudal instantneo bao+ caudal instantneo cocina

As para la vivienda el caudal mnimo instantneo de la vivienda ser de 0,46 l/s+0,54 l/s=1 l/s

Para diez viviendas, tendramos que 10 x 1 l/s=10 l/s

Entonces as para el distribuidor principal (tubera que alimenta a la vivienda) tendremos: 10 l/s

14

Unid

ad


Ahora si la tubera alimenta a varias viviendas, es muy difcil que todas abran los grifos a la vez, as que podemos utilizar un coeficiente de simultaneidad para viviendas kviv.

En este caso la frmula ser:

Kviv = (19 + n viviendas) / (10 x (n viviendas 1))

As, si la tubera alimenta a 10 viviendas, tendremos que kviv ser:

Kviv = (19 + 10) / (10 x 9) = 29/90 = 0,32

Puesto que el caudal es de 10 l/s, utilizando el coeficiente de simultaneidad:

Caudal instantneo mnimo de la vivienda= 10 x 0,32= 3,2 l/s

Una vez obtenidos todos estos datos, se recogen en una tabla (tabla 8) similar a la siguiente.

En el caso que nos ocupa consideramos que el punto ms desfavorable es el inodoro.

TRAMO DE TUBERA DERIVACIN INDIVIDUAL APARATO

DERIVACIN CUARTO

HMEDO 1

DERIVACIN CUARTO

HMEDO 2

ALIMENTACIN VIVIENDA

DISTRIBUIDOR PRINCIPAL

1. Caudal mnimo 0,1 0,930 0,65 1 10

2. Coef. simult. 0,58 0,71 0,32

3. Caudal instantneo mnimo (corregido con coef. simultaneidad) l/s m3/h

0,1 0,36

0,54 1,9

0,46 1,6

1 3,6

3,2 11,5

4. Seccin mnima segn cte (velocidad agua)

12 20 (1,7 m/s) 25 (1,1 m/s) (*)

20 (1,3 m/s)

20 (3,2 m/s) 25 (2,0 m/s) 32 (1,25 m/s) (*)

25 (- m/s) 32 (4 m/s) 40 (2,2 m/s) 50 (1,4m/s) (*)

5. Prdidas carga lineales (%)

6 (valor obtenido extrapolando en la tabla)

7 13 8 6

Es importante tener en cuenta que para el coeficiente de simultaneidad de viviendas se toma siempre un valor mnimo de 0,2, aunque el valor calculado sea menor.

Tabla 8: Datos caractersticos para una instalacin.

15


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

TRAMO DE TUBERA DERIVACIN INDIVIDUAL APARATO

DERIVACIN CUARTO

HMEDO 1

DERIVACIN CUARTO

HMEDO 2

ALIMENTACIN VIVIENDA

DISTRIBUIDOR PRINCIPAL

6. Metros tubera 2 5 10 15 5

7. Dimetro tubera (m) 12 25 20 32 50

Prdidas carga (%) 6% 7% 13% 8% 6%

Lineales totales (m.c.a.) 0,12 m.c.a. 0,35 m.c.a. 1,3 m.c.a. 1,2 m.c.a. 0,3 m.c.a.

Total prdida de cargas lineales

3,27 m.c.a.

8. Prdidas carga localizadas (20-30% lineales)

Consideramos un 25% de las lineales 0,82 m.c.a.

9.Prdidas por altura geomtrica

10

10 .Prdidas carga totales 3,27+0,82+10= 14,1 m.c.a.

11 .Presin mxima sistema 4,5 bares = 45 m.c.a.

12 .Presin mnima sistema 45 - 14,1= 30,9 m.c.a. = 3,09 bares

bTa la 8: Datos caractersticos para una instalacin (continuacin).

Ya tenemos calculadas las tres primeras filas con los valores determinados hasta ahora. En la tercera fila se muestran adems los datos en m3/h (en rojo).

] En la cuarta fila indicamos los dimetros mnimos de alimentacin segn los datos recogidos en la tabla 5, los cuales nos pueden servir como punto de partida para los clculos (ms adelante explicamos como modificarlos si no nos valen). Con los datos de caudal y de dimetros mnimos, utilizando el diagrama de la figura 1, cal-culamos la velocidad del agua. Los valores han de estar comprendidos entre los l-mites permitidos por el CTE:

Tuberas metlicas: Entre 0,5 y 2m/s

Tuberas plsticas: Entre 0,5 y 3,5 m/s

Si al calcular la velocidad de circulacin del agua obtenemos un valor muy alto, sustituiremos la tubera por la de dimetro inmediatamente mayor, hasta que el valor de velocidad est dentro de los permitidos por el CTE.

16

Unid

ad


No obstante, procuraremos no trabajar nunca con velocidades superiores a1,5 m/s, ya que velocidades por encima de este valor dan lugar a muchos rui-dos y prdidas de carga elevadas.

As para la derivacin del cuarto hmedo 1 (el bao), con un dimetro de tubera de 20 mm la velocidad se dispara hasta 1,7 m/s, pero si consideramos una tubera con el dimetro inmediatamente mayor, que es la de 25 mm, la velocidad es de 1,1 m/s, que es mucho ms razonable. As tomaremos como dimetro 25 mm.

Para el cuarto hmedo 2 (la cocina), los valores de velocidad estn dentro del rango establecido por el CTE, (aproximadamente 1,25 m/s).

Para los de la alimentacin a la vivienda y distribuidor principal hemos tenido que sobredimensionar la tubera para que la velocidad del agua en las mismas no sea muy alta. En el caso de la alimentacin a la vivienda para una tubera de 20 mm de dimetro, la velocidad es muy alta (3,2 m/s); si consideramos una tubera de 25 mm de dimetro la velocidad es de 2,0 m/s. Este valor sigue estando fuera del rango admitido por el CTE. Con el siguiente dimetro de tubera, 32 mm, la velocidad es de 1,5 m/s. Esa ser la tubera que instalaremos.

Para el distribuidor principal a las tuberas de 20, 32 y 40 les corresponden unas velocidades muy altas (fuera del grfico, 4 m/s y 2,2 m/s respectivamente), por lo que nos hemos tenido que elegir una tubera de 50 mm a la que corresponde una velocidad de 1,4 m/s, que ya se encuentra dentro de los valores permitidos por el CTE.

Estos datos de velocidad son los que aparecen entre parntesis en la fila 4.

] En la quinta fila reflejamos datos correspondientes a las prdidas de carga lineales (obtenemos los valores de la figura 1).

] La sexta fila son los metros de longitud de cada tramo de tubera, que depender del tamao de la casa.

] En la sptima fila ponemos el dimetro de la tubera, que al final vamos a utilizar, as como las prdidas de carga lineales en % y las prdidas de carga lineales totales en m.c.a. Estas ltimas se calculan como el producto de las prdidas de carga en tanto por ciento y la longitud de la tubera dividido por cien.

17


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

] Para la octava fila, que son las prdidas de carga localizadas (las debidas a los ac-cesorios) se establecen calculando la longitud equivalente de cada accesorio, lo cual es muy laborioso. El clculo se simplifica considerando las prdidas de carga localizadas como un 20-30% de las lineales.

En este caso determinamos un 25% para la fila 7, y as calculamos la fila 8.

] La novena fila, prdidas por altura geomtrica, ser la prdida de presin como consecuencia del desnivel existente. Supongamos el clculo es para un tercer piso, unos 10 m de altura.

] En la dcima fila se recoge el valor de prdida de carga total, es decir, la suma de las prdidas de carga lineales, las prdidas localizadas y las prdidas por altura.

] En la fila undcima se considera la presin mxima del sistema, o sea la presin de la acometida.

El CTE establece 50 m.c.a. como presin mxima para todo el sistema.

En nuestro caso suponemos que la presin de la acometida es de 45 m.c.a.

] En la fila duodcima conoceremos la presin mnima del sistema, que se calcula restando las prdidas de carga de la mxima presin.

Segn CTE la presin en una instalacin de agua debe estar entre:

10 m.c.a. o 1 bar para grifos comunes.

15 m.c.a. para fluxores y calentadores.

En el ejemplo que estamos tratando, como las prdidas de carga son 14,1 m.c.a., la presin mnima del sistema es de 30,9 m.c.a., lo que est dentro de los valores exigidos por el CTE.

NOTA: para el ejemplo hemos considerado que las tuberas eran de acero, si hubisemos considerado otro material tendramos que ajustar las prdidas de carga mediante los coeficientes de reduccin vistos anteriormente.

18

Unid

ad

3

19


ctiv

idad

a Completa el siguiente cuadro para una vivienda con las siguientes caractersticas: ] Edificio de viviendas:

5 plantas. 4viviendas por planta.

] Cada vivienda con: Cocina: fregadero, lavadora, lavavajillas. Bao 1: baera (>1,40 m), bid, lavabo, W.C.

Consideraremos que las tuberas son de cobre y lo ms aleja-do el inodoro.

Tramo de Tubera

Derivacin Individual Aparato

(consideramos lo ms alejado

el inodoro)

Derivacin Cocina

Derivacin Bao

Alimentacin vivienda

Distribuidor principal

1. Caudal mnimo

2. Coef. simult.

3. Caudal instant-neo mnimo

4. Seccin mnima segn cte (velo-cidad agua)

5. Prdidas carga lineales (%)


7. Dimetro tubera (m)

Prdidas carga (%)

Lineales totales (m.c.a.)

Total prdida de cargas lineales

8. Prdidas carga localizadas (25% lineales)

9.Prdidas por altura geomtrica

10 .Prdidas carga totales

11 .Presin mxima sistema 45 m.c.a.

12 .Presin mnima sistema

2


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Clculo de bombas. Curvas caractersticas

En la instalacin que estamos diseando se necesita generar presin. Cmo lo solucionamos? Introduciendo un convertidor de energa, un sistema que transforme la energa mecnica en energa cintica, originando presin y velocidad en el fluido.

Caractersticas de una bomba

Los datos tcnicos que caracterizan una bomba son:

] Gasto o caudal que proporciona, en m3/h o en l/s.

] Nmero de revoluciones por minuto.

] Potencia consumida.

] Presin mxima que pueden soportar.

] Altura manomtrica, que es la presin o carga en metros de columna de agua que suministra la bomba.

Estas caractersticas han de adecuarse al tipo de servicio que vaya a prestar la bomba.

A continuacin desarrollamos el concepto de altura manomtrica

o Altura manomtrica

La atura manomtrica es la presin efectiva que ha de vencer la bomba para elevar el

Selas

20 agua desde su nivel ms bajo hasta el punto de elevacin ms alto. compone de la altura total de aspiracin, ms la altura total de impulsin, incluyendo prdidas de carga. Conviene aadirle un margen de seguridad (entre 5-10%).

] La altura de impulsin se mide desde el eje de la bomba (turbina) hasta el punto de mxima elevacin.

Unid

ad


] La altura de aspiracin comprende la distancia vertical desde el nivel del agua has-ta la cota del eje de la bomba (turbina). Lgicamente si el montaje de la bomba no es en aspiracin este valor vale cero.

Dado que durante el funcionamiento de la bomba se establece una depresin en su lnea de aspiracin, si el nivel del agua a aspirar se encuentra por debajo de la bomba, la presin atmosfrica sobre la superficie hace, por si sola, subir el agua. Por ese motivo la mxima altura de aspiracin terica de una bomba centrfuga es de 10,33 metros, que es la presin atmosfrica. No obstante en la realidad, como consecuencia de las prdidas de carga y otros factores, la mxima altura terica ser un valor mucho menor (dependiendo de las condiciones de montaje).

Para alturas superiores tendremos que optar por bombas sumergibles o por bombas de doble tubo de aspiracin. Las cuales tienen la particularidad de disponer de dos tubos de aspiracin, uno principal por el que se aspira el caudal de lquido principal y otro auxiliar que conectado al anterior, mediante una boquilla de especial diseo que incorpora un Venturi, crea una impulsin adicional que empuja el lquido hacia arriba, pudiendo estas aspirar hasta 50 m. En la parte inferior de la aspiracin colocaremos una vlvula de pie, que es una vlvula de retencin y as evitar que en las paradas se vace de agua la tubera de aspiracin con el consiguiente descebado de la bomba. Es conveniente instalar un filtro para evitar el paso de impurezas a la bomba.

] Prdidas de carga que se producen en las tuberas y accesorios.

Fig. 2: Bomba en aspiracin. Altura de impulsin y altura de aspiracin.

21


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Fig. 3: Vlvula de pie con filtro y su montaje en el extremo inferior de la aspiracin.

2

4 m

5 m11 m

Cba

ctiv

idad

a 3

22 alcular la altura manomtrica, que debe suministrar unaomba, necesaria para la siguiente instalacin. La tubera es decero y con un dimetro de 25 mm. El caudal ser de 2 m3/h.

Unid

ad


Para determinar las caractersticas de la aspiracin de una bomba es necesario determinar NPSH (Net Positive Suction Head) y de esta forma evitar la cavitacin.

Seguidamente explicamos ambas cuestiones.

o Cavitacin

La cavitacin consiste en la formacin de burbujas de vapor en la aspiracin de labomba. Estas burbujas se forman porque la presin de aspiracin se iguala a la presinde vapor del lquido, a la temperatura de circulacin.

Cuando el lquido entra en una bomba, se produce un rpido aumento de velocidad,que a su vez origina una cada de presin. Al disminuir la presin, disminuye tambinla temperatura de evaporacin del fluido. Si el lquido est circulando a suficiente tem-peratura, pasa a estado gaseoso y forma burbujas.

Estas burbujas son arrastradas por el flujo y llegan a zonas dnde la presin local esmayor que la presin de vapor del lquido. En ese punto las burbujas condensan brus-camente y se produce una importante reduccin de volumen. (Ten en cuenta que alvaporizarse el agua aumenta de volumen unas 1.700 veces y al condensarse disminuyeinstantneamente en la misma proporcin).

El agua condensada golpea con mucha fuerza la superficie de los labes (la presin queejerce puede alcanzar los 1.000 kg/cm2) y se producen daos por erosin, disminucinde caudal y presin de la bomba, y en consecuencia de su rendimiento, as como apa-ricin de ruidos y vibraciones.

Fig.4. Rodete daado por efecto de la cavitacin.

] Una fuerte cavitacin ocasiona daos en la bomba y ruidos excesivos.

] Una cavitacin moderada puede producir pequeas reducciones del caudal, altu-ra y desgaste prematuro de la bomba.

23


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

o NPSH

Se diferencia entre dos tipos de NPSH:

] NPSH disponible o necesario es una particularidad de la instalacin, depende del material, los accesorios, la presin del lquido a bombear la temperatura del lqui-do y las condiciones de la aspiracin, y es necesario su clculo.

] NPSH requerido es una caracterstica de la bomba. Este dato nos lo suministra el fabricante.

Para que una bomba funcione correctamente, sin que aparezca la cavitacin, ha de cumplirse la condicin de que el NPSH disponible en la instalacin sea igual o mayor que el NPSH requerido por la bomba.

NPSHdisponible > NPSHrequerido

Por consiguiente, el conocimiento del NPSH disponible para el instalador es primordial para elegir acertadamente la bomba, y evitar problemas de cavitacin. As mismo, el NPSH disponible puede calcularse teniendo en cuenta si la bomba succiona de un recipiente cerrado o de un recipiente abierto.

Fig. 5: Bomba en carga o en aspiracin.

As:

Figura de la izquierda, bomba en carga tenemos: NPSHd = Pa + Ha- Pc - TV

Figura de la derecha, bomba en aspiracin tenemos: NPSHd = Pa - Ha- Pc - TV

Donde:

] Pa: presin atmosfrica.

] Tv: tensin de vapor o presin de vapor del lquido.

] Ha: altura de aspiracin.

] Pc: prdidas de carga en el tubo de aspiracin.

(Todas las unidades en m.c.a.).

24

Unid

ad


A continuacin detallamos de donde se obtiene el valor cada trmino.

A. Presin atmosfrica (Pa)

Este valor depende de la altura sobre el nivel del mar. Aplicaremos los valores de la siguiente tabla:

ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR PRESIN ATMOSFRICA (PA) m ft m 0 0 10,33

250 820 10,03 500 1.640 9,73 750 2.640 9,43

1.000 3.280 9,13 1.250 4.101 8,83 1.500 4.291 8,53 1.750 5.741 8,25 2.000 6.561 8,00 2.250 7.381 7,75 2.500 8.202 7,57 2.750 9.022 7,28 3.000 9.842 7,05 3.250 10.662 6,83 3500 11.483 6,62 3750 12.303 6,41 4.000 13.123 6,20 4.250 13.943 5,98 4.500 14.764 5,78

Tabla 9: Datos de presin atmosfrica.

Podra darse el caso de que el lquido estuviera presurizado, en este caso el valor que pondramos sera la presin absoluta de dicho lquido. Las unidades en m.c.a.

B. Tensin de vapor o presin de vapor del lquido (Tv)

Este valor vara con la temperatura del agua segn la siguiente tabla 10. Para aguas fras podemos considerar este valor cero.

25


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

TEMPERATURA

oC oF PESO ESPECFICO PERESIN ABSOLUTA

(EN M.C.A.) 0 32 0,9998 0,062 5 41 1,0000 0,089

10 50 0,9996 0,125 5 59 0,9990 0,174

20 68 0,9982 0,238 25 77 0,9970 0,323 30 86 0,9955 0,432 35 95 0,9939 0,573 40 104 0,9921 0,752 45 113 0,9900 0,977 50 122 0,9880 1,258 55 131 0,9857 1,605 60 140 0,9831 2,031 70 158 0,9770 3,177 75 167 0,9748 3,931 80 179 0,9718 4,829 85 185 0,9687 5,829 90 194 0,9653 7,149 95 203 0,9619 8,619 100 212 0,9583 10,332

C. Altura de aspiracin (Ha) en m.c.a.

Es la altura desde el nivel del lquido hasta el eje de la bomba.

Tabla 10: Datos relativos a tensin de vapor.

Fig. 6: Referencia de la altura de aspiracin.

26

Unid

ad


D. Prdidas de carga en el tubo de aspiracin (Pc)

Calcularemos las prdidas de carga en m.c.a.

Con estos valores calculamos el NPSH disponible. Para simplificar el proceso, podemos considerar el valor Tv de cero para temperaturas fras (hasta 20 oC), pero lo que es conve-niente es tener en cuenta siempre un cierto margen de seguridad, por las posibles desvia-ciones que se presenten respecto de las condiciones de clculo (que siempre las hay). Por ejemplo, unas simples deposiciones de cal en la tubera de aspiracin, producen mayores prdidas de carga lo cual hace disminuir el NPSH disponible, por lo que es conveniente reformular la frmula y aplicar un coeficiente de seguridad de 0,5, quedndonos la des-igualdad:

NPSHdisponible > NPSHrequerido + 0,5 m

Como medidas preventivas para evitar la cavitacin, deberemos considerar:

] Aumentar el dimetro de la tubera de aspiracin para disminuir Pc (prdidas de carga).

] Disminuir la altura de aspiracin.

] Rebajar la temperatura del fluido bombeado.

] Emplear vlvulas y tuberas con bajo coeficiente de friccin para disminuir las pr-didas de carga.

A la hora de disear una bomba se tiene que cumplir:


Donde:

] NPSH requerido: nos lo proporciona el fabricante y depende del tipo y cons-truccin de la bomba.

] NPSH disponible: lo calculamos nosotros y depende del diseo de la instalacin. Ser la suma de la altura de aspiracin y las prdidas de carga de dicha aspiracin.

Cmo lo calculamos? Veamos un ejemplo.

27

28

Mdulo: Instalaciones de Agua y GasT

cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Calcular el NPSH disponible de la siguiente lnea de aspiracin:

Ejemplo

1,5 m

3 m

] Altura del nivel de agua respecto del eje de la bomba: 5 m. ] Temperatura del agua 10 oC. ] Altura sobre el nivel del mar 250 m. ] Dimetro tubera 20 mm. ] Caudal: 1,5 m3/h.

La frmula que tenemos que utilizar es:

NPSHd = Pa Ha Pc - TvCon:

] Pa: para una altura de 200 m es de 10,03 m.c.a. ] Ha: la altura ser (segn la figura anterior) 3 m. ] Tv: para una temperatura de 20 oC ser de 0,238. ] Pc: calculamos las prdidas de carga:

Longitud (m) de tubera 3+1,5=4,5 m altura de 200 m es de 10,03 m.c.a. Longitud equivalente debido a accesorio (tabla 1, codo 90o para un tu-

bo de 20 mm) = 0,6 m.c.a. Total metros de tubera 4,5 m + 0,6 =5,1 m.c.a. Ahora mirando en la tabla de prdidas de carga en funcin del caudal ydel dimetro de la tubera tenemos que para 20 mm de dimetro y 1,5 m3/h de agua, las prdidas de carga son de un 15%. Un 15% de 5,1 es 5,1 x 15/100 = 0,765 m.c.a.

Una vez obtenido el valor de Pc, sustituimos todos los valores en la frmula NPSHd:

NPSHd = 10,03 3 0,765 - 0,238 = 6,027 m.c.a.

Unid

ad

3

29


ctiv

idad

a Vamos a calcular el NPSH de la siguiente instalacin: 4] Material tubera: PVC. ] Dimetro interior tubera: 20 mm. ] Caudal: 2 m3/h. ] Altitud: 500 m. ] Temperatura del agua a bombear: 10 oC.

Vlvula de pie

1 m

5 m


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Curvas caractersticas de las bombas

Para una bomba centrfuga, la altura (H), la potencia absorbida (Pab), y, por tanto, el ren-dimiento (r), as como el NPSH requerido, son funciones del caudal (Q).

La relacin entre estos diferentes valores se representa mediante las curvas caractersticas.

Fig. 7: Curvas caractersticas de una bomba.

En esta grfica se relacionan las distintas variables que regulan el funcionamiento de una bomba. Los parmetros que nos encontramos son los siguientes:

] La curva Q-H (en rojo), relacionan el caudal que puede suministrar la bomba con la presin que se comunica al fluido. En este caso hay cuatro curvas porque a cada una corresponde a un dimetro de rodete. Al aumentar el caudal disminuye la pre-sin que es capaz de suministrar la bomba al sistema.

] La curva del NPSH requerido (en verde), se tendrn en cuenta a la hora de calcular la aspiracin de la misma.

] La curva de la potencia (en azul), para disear la red elctrica.

30

Unid

ad


] Las lneas de isorendimiento (en naranja), nos indican el rendimiento que tiene la bomba para esas condiciones de funcionamiento. El valor mximo es en torno al 60%, por lo que habr que procurar que el rendimiento se acerque lo ms posible a esa cantidad.

] El dimetro de rodete (en fucsia), se encuentra sobre las curvas Q-H, y, a igual pre-sin, cuanto mayor sea el dimetro del rodete mayor ser el caudal suministrado.

Sin embargo no todos los fabricantes presentan las curvas caractersticas de la misma manera, incluso los hay que no dan grficas sino tablas numricas. Ms adelante vere-mos algn ejemplo.

Existen en el mercado muchos programas para el clculo de bombas, lo que ocurre es que nos remiten a una bomba concreta del fabricante. Uno de los ms completos es el webcaps de grundfos (www.grundfos.es), pero en el mercado hay muchos ms

Ejemplo

Vamos a ver un caso de utilizacin de las curvas de la figura 7, para ello supon-gamos que necesitamos una bomba que nos proporcione:

] Un caudal de 16 m3/h ] Una altura de 41 m.

En la figura 7 buscamos el punto de la curva Q-H donde se encuentran estos dos valores (donde se cortan las lneas de color rosa). El punto de corte debe estar cerca de alguna de estas curvas, ya que si estuviera lejos de ellas habra que bus-car otro modelo de bomba. De las cuatro lneas, este punto se encuentra sobre la curva correspondiente a undimetro de rodete de 110 mm. Buscando el punto de corte de la vertical correspondiente a 16 m3/h, encontra-mos que para esta bomba y este dimetro de rodete tenemos que la bomba con-sumir una potencia de 3,65 kW y el NPSH ser de 1,4 m. El rendimiento seralgo inferior al 50%, lo cual es bastante mejorable.

31


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

ctiv

idad

a Considerando las curvas caractersticas de la figura 7 comple-ta el cuadro para las siguientes necesidades: ] Altura manomtrica: 25 m. ] Caudal: 22,5 m3/h.

Dimetro del rodete de la bomba

NPSH requerido

Potencia absorbida (en kw)

Rendimiento de la bomba (%)

Te parece adecuada la eleccin de esta bomba para las necesidades de esta instalacin?

5

Selecciona una bomba para la siguiente instalacin a partir delas hojas del catlogo mostradas a continuacin. Verifica queno se producir cavitacin.

1,5 m

17 m

Vlvula de pie

3 m 4 m

5 m

Vlvula de compuerta

(Contina)

ctiv

idad

a 6

32

Unid

ad


(Continuacin) ] El caudal ser de 3 m3/h. ] La tubera de cobre de 25 mm de dimetro interior. ] A la hora de estudiar el NPSH, consideraremos:

Altura de la instalacin: 250 m. Temperatura del agua: 10 oC.

ctiv

idad

a 6

33


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Equipos elevadores de presin para edificios

Habamos visto en la unidad didctica 2 de este mdulo que si el caudal o la presin de red no son suficientes para asegurar el suministro entre los valores de presin exigidos por la normativa, es necesario instalar un grupo elevador de presin.

Veamos cmo se ralizan los clculos para estos equipos.

o Clculo del grupo de presin

Tendremos que calcular la bomba y el depsito de presin.

A. Clculo de las bombas

] El clculo de las bombas se har en funcin del caudal y de las presiones de arran-que y parada de la/s bomba/s (mnima y mxima respectivamente).

] El caudal de las bombas ser el caudal punta y vendr fijado por el uso y necesida-des de la instalacin.

] La presin mnima o de arranque (Pb) ser el resultado de sumar la altura geomtri-ca de aspiracin (Ha), la altura geomtrica (Hg), la prdida de carga del circuito (Pc) y la presin residual en el grifo (Pr).

El nmero de bombas a instalar, en funcin del caudal ser:

CAUDAL N DE BOMBAS Hasta 10 l/s Dos bombas

Hasta 30 l/s Tres bombas

Ms 30 l/s Cuatro bombas

Tabla 11: N de bombas a instalar en funcin del caudal.

En el caso de que por ejemplo tengamos que instalar dos bombas, la suma de sus caudales ser igual al caudal punta de la instalacin.

34

Unid

ad


B. Clculo del depsito de presin

Para la presin mxima se adoptar un valor comprendido entre 2 y 3 bar por encima del valor de la presin mnima, a fin de limitar los arranques y paradas de la bomba.

Segn el CTE, el clculo de su volumen se har con la frmula siguiente:

Donde:

] Vn: es el volumen til del depsito de membrana.

] Pb: es la presin absoluta mnima.

] Pa: es la presin absoluta mxima.

] Va: es el volumen mnimo de agua, refirindose con esto al volumen que hacede pulmn de agua entre el arranque y parada de la bomba.

a

abn P

VPV

=

El clculo del Va se hace por la frmula

Siendo:

] Qb: caudal de la bomba en l/min.

] Nc: nmero de arrancadas de la bomba en una hora (de cuatro a seis).

c

ba N

Q 15V

=

Ahora nos encontramos con un problema:

Si aplicamos la frmula Vn = Pb x Va / Pa, dado que segn el CTE Pa es mayor en 2 o tres bares que Pb, nos saldr que el volumen del depsito de agua ser menor que el volumen mnimo de agua.

Por ejemplo, si:

Va =10 l.

Pb = 4 bares.

Pa = 4 + 3 = 7 bares.

35

36


cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Entonces Vn = 4 x 10/7 = 400/7= 5,7 litros, lo que es absurdo, ya que el volumen mnimo siempre es mucho menor que el volumen til del depsito. Esto sera debido a un error en el CTE, por lo que la frmula a utilizar sera:

Siendo:

Siendo:

] Pt: presin absoluta del aire en el depsito cuando el depsito esta vaco (esdecir, 1 atm).

] Va: volumen mnimo del depsito.

] k: factor que resulta de considerar que los orificios de entrada y salida debenestar por debajo del nivel mnimo de agua, entre 0,7 y 0,9.

] Pb: presin mnima del sistema.

] Pa = Pb + 2 3 (Segn 4.5.2.3 del HS 4).

Las presiones tienen que ser absolutas y en atmsferas (sumar 1 atm).

tba

ba

a

an P

1PPPP

kV

V =

Ejemplo

Sean las condiciones de clculo:

] Pb = 4 bares ] Q = 25 l/ min

A partir de aqu, sumando 3 bares a la presin mnima, obtenemos la presinmxima. Pa = 4 + 3 = 7 bares Ahora tenemos que calcular Va, para ello utilizamos la siguiente frmula: Nc que es el nmero de arrancadas de la bomba (tiene que estar entre 4 y 6),consideramos 5.

c

ba N

Q 15V

=

Unid

ad



As nos queda: Va=15 x 25/5 = 75 l Ahora utilizando la frmula propuesta y no la del CTE: Considerando: k=0,8 Pt = 1 atm Vn = 75/0,8 x (7 x 4)/(7 - 4) 1/1= 875 l Si hubiramos considerado la frmula del CTE: Sustituyendo: Vn = 4 x 75/7= 42,9 l Diferentes verdad? La decisin de considerar una u otra os la dar el sentido comn.

tba

ba

a

an P

1PPP P

kV

V =

a

abn P

V PV

=

37


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

Dimensionado de las instalaciones de evacuacin

En anteriores apartados hemos visto la importancia de dimensionar y configu-ra correctamente las instalaciones de abastecimiento de agua, las conocidas como instalaciones de aguas limpias, pero... es importante configurar las instalaciones de evacuacin? Te imaginas que te salgan por el lavabo las aguas residuales de los otros vecinos?

En las instalaciones de evacuacin, a cada aparato se le asigna un nmero de Unidades de Desage (U.D.), siendo estas unidades las que nos permitan realizar el clculo de los co-lectores, bajantes, etc.

UNIDADES DE DESAGE U.D. DIMETRO MNIMO DE SIFN Y DERIVACIN INDIVIDUAL (MM)TIPO DE APARATO SANITARIO

Uso privado Uso pblico Uso privado Uso pblico

Lavabo 1 2 32 40

Bid 2 3 32 40

Ducha 2 3 40 50

Baera (con o sin ducha) 3 4 40 50

Con cisterna 4 5 100 100 Inodoro

Con fluxmetro 8 10 100 100

Pedestal - 4 - 50

Suspendido - 2 40 Urinario

En batera - 3,5 -

De cocina 3 6 40 50 Fregadero De laboratorio,

restaurante, etc. - 2 - 40

Lavadero 3 - 40 -

V

F

S

L

L

Ta

38 ertedero - 8 - 100 uente para beber - 0,5 - 25

umidero sifnico 1 3 40 50

avavajillas 3 6 40 50

avadora 3 6 40 50

bla 12: U.D. correspondientes a los distintos aparatos sanitarios.

Unid

ad


UNIDADES DE DESAGE U.D. DIMETRO MNIMO DE SIFN Y DERIVACIN INDIVIDUAL (MM)TIPO DE APARATO SANITARIO Uso privado Uso pblico Uso privado Uso pblico

Inodoro con cisterna 7 - 100 -

Cuarto de bao (lavabo, inodo-ro, baera y bid)

Inodoro con fluxmetro 8 - 100 -

Inodoro con cisterna

6 - 100 - Cuarto de aseo (lavabo, inodoro y ducha)

Inodoro con fluxmetro 8 - 100 -

Tabla 12: U.D. correspondientes a los distintos aparatos sanitarios (continuacin).

En la tabla 12 se dan las unidades de descarga correspondientes a cada aparato as como el tipo al que pertenecen y el dimetro mnimo del sifn y la derivacin individual.

Para los elementos no incluidos en la tabla anterior, en la tabla 13 se ofrecen las unida-des de descarga de los dimetros para derivaciones del colector de varios aparatos en funcin de la pendiente y del nmero de unidades de descarga.

DIMETRO DE DESAGE (MM) UNIDADES DE DESAGE (U.D.) 32 1 40 2 50 3 60 4 80 5 100 6

En la tabla 14, vienen los dimetros de las bajantes para aguas residuales y de pluviales en el caso de que sean bajantes separadas.

39

MXIMO NMERO DE U.D.

Pendiente 1% 2% 4%

DIMETRO (MM)

- 1 1 50 - 2 3 63 - 6 8 75 - 11 14 90 - 21 28 110

47 60 75 125 123 151 181 160 180 234 280 200 438 582 800 250 870 1.150 1.680 315

Tabla 13: U.D. de otros aparatos sanitarios y equipos.

Tabla 14: Dimetros de ramales colectores entre aparatos sanitarios y bajante.


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor

En la tabla siguiente, vienen expresados los dimetros para el caso de que las bajantes de aguas residuales sean comunes.

MXIMO NMERO DE U.D., PARA

UNA ALTURA DE BAJANTE DE: MXIMO NMERO DE U.D., EN CADA

RAMAL PARA UNA ALTURA DE BAJANTE DE: Hasta 3 plantas Ms de 3 plantas Hasta 3 plantas Ms de 3 plantas

DIMETRO (MM)

10 25 6 6 50 19 38 11 9 63 27 53 21 13 75 135 280 70 53 90 360 740 181 134 110 540 1.100 280 200 125

1.208 2.240 1.120 400 160 2.200 3.600 1.680 600 200 3.800 5.600 2.500 1.000 250 6.000 9.240 4.320 1.650 315

Para calcular el dimetro de la bajante de las aguas residuales, hay que sumar las unida-des de descarga en cada planta y las del edificio. La siguiente tabla nos permite calcular dimetros para colectores, etc...

MXIMO NMERO DE U.D.

Pendiente 1% 2% 4%

DIMETRO (MM)

- 20 25 50 - 24 29 63 - 38 57 75

96 130 160 90 264 321 382 110 390 480 580 125 880 1.056 1.300 160

1.600 1.920 2.300 200 2.900 3.500 4.200 250 5.710 6.920 8.290 315 8.300 10.000 12.000 350

Tabla 15: Dimetros de las bajantes segn el nmero de alturas del edificio y el nmero de U.D.

Tabla 16: Dimetros de los colectores horizontales en funcin del nmeromximo de U.D. y de la pendiente adoptada.

En la seccin HS-5 del CTE se explica como calcular los desages y las bajantes de plu-viales pero vamos a entrar en este clculo ya que este es un trabajo mas propio de un albail que de un instalador de agua. Para cualquier duda se puede consultar en el apar-tado 4.2, seccin HS-5 del CTE (pgina HS5-9).

40

Unid

ad


No obstante vamos a hacer el clculo de una instalacin de aguas residuales.

Acometida a la red

Ejemplo

Calculemos los distintos dimetros de la instalacin de evacuacin del siguiente edificio:

.

41


Tcn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

ro,

Clim

atiz

aci

n y

Prod

ucci

n d

e Ca

lor


Comenzamos con el bao.

Mirando en la tabla 12 y, suponiendo un uso privado para el edificio, completa-mos la siguiente tabla: Para el bao y sus bajantes:

PARA EL BAO Y SUS BAJANTES

Elemento N unidades descarga Dimetro (mm)

1 Baera 3 40

2 Bid 2 32

3 Lavabo 1 32

4 Bote sifnico de estos tres elementos (1+2+3)6 50 (tabla 13)

5 W.C. 4 100

6 Total bao 10

7 Bajante baos (5 baos)

10 x 5 = 50 75 mm (tabla15)

PARA LA COCINA Y SUS BAJANTES

Elemento N unidades descarga Dimetro (mm) 1 Fregadero 3 40

2 lavadora 3 40

3 Total cocina 6

4 Bajante cocina (5 cocinas) 6 x 5 = 30 63 mm (tabla 15)

PARA LOS COLECTORES

Elemento N unidades descarga Dimetro (mm) 1 Fregadero planta baja 3 40

2 Lavabo planta baja 1 32

3 Total planta baja 4

4

Colector 1 Bajante baos + Planta baja (pendiente > 4%)

50 + 4 = 54 75 mm (tabla 15)

5 Colector 2 Colector 1+ Bajante cocina

54 + 30 = 84 90 mm (tabla 15)

42

Unid

ad


Supongamos un bao con un lavabo y un W.C. Aplicaras elcoeficiente de simultaneidad? Raznalo.

ctiv

idad

a 7

MODELO POTENCIA Q

(M3/H) 3,6 7,2 10,8 14,4 18 21,6 25,2 28,8 32,4 36

Monofsicas 230 V

Trifsicas 400 V kw CV l/min

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

DRE 75/2/G32VMG

DRE 75/2/G32VT 0,55 0,75

11,6 10,5 9 7 4,3 1

DRE 100/2/G50VMG

DRE 75/2/G50VT 0,88 1,2

12 11,4 10,7 9,9 9 7,9 6,6 5,1 3,2

DRE 150/2/G50VMG

DRE 75/2/G50VT 1,1 1,5

13,9 13,3 12,6 11,9 11,1 10 8,8 7,3 5,5 3,4

DRE 200/2/G50VMG

DRE 75/2/G50VT 1,5 2

Altura (m)

17,5 16,8 16,1 15,3 14,4 13,3 12,2 10,8 9,4 7,7

A partir de las siguientes curvas caractersticas que vienendadas en forma de tablas selecciona la bomba ms adecuadapara las siguientes condiciones de trabajo: ] Altura manomtrica: 12 m. ] Caudal: 10 m3/h. ] Monofsica.

ctiv

idad

a 8

Cul sera el dimetro de la bajante de aguas residuales paralos baos de la primera planta de un instituto? Cada bao tie-ne 4 W.C. con fluxmetro, tres lavabos y un fregadero. Sondos baos, uno para chicas y otro para chicos.

ctiv

idad

a 9

43

44


cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Resumen

Clculo de instalaciones

Clculo de bombas.Curvas caractersticas

La prdida de carga o prdida total de presin de fluidosque circulan por una tubera son debidas al rozamientoentre el fluido y las paredes del conducto. La prdida decarga es la suma de las prdidas lineales (cadas de pre-sin debidas al roce con las paredes de la tubera) y delas prdidas localizadas (cadas de presin consecuenciadel paso del fluido a travs de un estrechamiento, unensanchamiento, un codo, una vlvula, etc.).

La dimensin de una instalacin de agua se disea enfuncin de los caudales mnimos necesarios para asegu-rar el abastecimiento a todos los puntos de la instala-cin. El clculo de la instalacin se realizar tomandocomo referencia si punto ms desfavorable, es decir, el quetenga la presin menor.

Las caractersticas de la bomba estudiadas en esta uni-dad didctica son:

] Altura manomtrica: es la presin efectiva queha de vencer la bomba para elevar el agua desdesu nivel ms bajo hasta el punto de elevacinms alto. Se compone de la altura total deaspiracin, la altura total de impulsin y lasprdidas de carga.

] Cavitacin: consiste en la formacin de burbujasde vapor en la aspiracin de la bomba. Estasburbujas se forman porque la presin de aspira-cin se iguala a la presin de vapor del lquido,a la temperatura de circulacin.

Unid

ad

3

45


] NPHS (Net Positive Suction Head): a la hora dedisear una bomba se tiene que cumplir:


Donde:

NPSH requerido: lo proporciona el fabricante ydepende del tipo y construccin de la bomba.

NPSH disponible: lo calculamos nosotros y de-pende del diseo de la instalacin. Es la suma dela altura de aspiracin y las prdidas de carga dedicha aspiracin.

Para una bomba centrfuga, la altura (H), la potenciaabsorbida (Pab), y, por tanto, el rendimiento (r), as comoel NPSH requerido, son funciones del caudal (Q). Larelacin entre estos diferentes valores se representa me-diante las curvas caractersticas.

En las instalaciones de evacuacin, a cada aparato se leasigna un nmero de Unidades de Desage (U.D.), sien-do estas unidades las que nos permitan realizar el clculode los colectores, bajantes, etc.

Dimensionado de las instalaciones de evacuacin

46

Mdulo: T

cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Respuestas Actividades

1. Tenemos: Tubera recta: 3 + 10 + 2 + 1 + 1 = 17 m Metros de tubera equivalentes a los accesorios (ver tabla 1):

] Contador de 40 mm = 20 m ] 3 codos: 1,4 x 3 = 4,2 m ] 1 T con derivacin a ramal, esto es que el agua describe una trayectoria de

90o = 4,6 m ] Total accesorios = 28,8 m

Sumando los metros de tubera y los equivalentes a los accesorios:

17 m + 28,8 m = 45,8 m Ahora mirando en la fig.1, vemos que para el caudal de 10 m3/h y 40 mm de dime-tro interior, el valor que le corresponde es 14%. As para 45,8 m (45,8 x 14/100), se-r 6,41 m.c.a. de prdidas de carga debidas a la tubera a y a los accesorios. PERO OJO!, tambin tendremos una prdida de carga correspondiente al desnivelque tiene que salvar el agua en su recorrido, que en este caso ser de 3+2+1=8 6m con lo cual las prdidas totales sern:

] Prdidas de carga lineales y localizadas = 6,41 m.c.a. ] Prdidas de carga debido a la altura = 6 m.c.a.

As en este caso las prdidas de carga totales sern de 12,41 m.c.a.

Instalaciones de Agua y Gas

Unid

ad

3

47


2. La solucin es:

Tramo de Tubera

Derivacin Individual Aparato

(consideramos lo ms alejado

el inodoro)

Derivacin Cocina Derivacin Bao

Alimentacin vivienda

Distribuidor principal

1. Caudal mnimo

0,1 0,3 0,15 0,20

TOTAL = 0,65

0,5 0,165 0,165

0,1 TOTAL =0,93

0,46+0,54 = 1

TOTAL = 1

1 X 20 viviendas

TOTAL = 20

2. Coef. simult. 3 aparatos 0,707

4 aparatos 0,58

20 viviendas 0,20

3. Caudal instantneo l/s m3/h

0,1 0,36

0,46 1,7

0,54 1,95

1,0 3,6

4 14,4

4. Seccin mnima (ver en cte) 12 20 20 20 25

5. Prdidas carga lineales (%) (velocidad)

6 (extrapolando

en la tabla)

20 (1,5 m/s)

8 (1,2 m/s)

(para tubera de 25)

8 (1,25 m/s)

(para tubera de 32)

3,5 (1,25 m/s)

(para tubera de 65)


7. Dimetro tubera (m) 12 20 25 (*) 32 (*) 65 (**)

Prdidas carga (%) velocidad 6% 20% 8% 8% 8%

Lineales totales (m.c.a.) 0,18 m.c.a. 1,6 m.c.a. 0,32 m.c.a. 1,28 m.c.a. 0,32 m.c.a.

Total prdida de cargas lineales 3,7 (***)

1,85 m.c.a.

8. Prdidas carga localizadas Aqu consideramos un 25 % de las prdidas de carga lineales: 1,85 x 0,25 = 0,46 m.c.a.

9.Prdidas por altura geomtrica Al ser cinco pisos consideramos una altura de tres metros por piso, as que son 15 m

10 .Prdidas carga totales 15 + 1,865 + 0,46 = 17,33 m.c.a.

11 .Presin mxima sistema 45 m.c.a.

12 .Presin mnima sistema 45 -17,33 = 27,67 m.c.a. valor que est dentro de los valores permitidos por el CTE

(*) Hemos considerado una tubera de 32, ya que tamaos inferiores daban velocidades por encima de 2 m/s

(**) Hemos considerado una tubera de 65, ya que dimetros menores de tubera daban valores muy elevados de velocidad (para 50 mm tenamos 3 m/s que aunque est permitido da lugar a muchos ruidos)

(***) Hemos dividido el valor ya que al considerar el cobre como material, las prdidas son el 50% de las del tubo de acero (fig. 1)

48


cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

3. En este caso tenemos: Altura geomtrica 4 + 5 = 9 m Prdidas de carga:

] Como accesorios tenemos tres codos ] 3 codos de 25 mm equivalen a 0,8 x 3 = 2,4 metros de tubera ] Longitud tubera = 4 + 11 + 5 + 2 = 22 m ] Total longitud = 22 + 2,4 m = 24,4 m

Mirando en la fig. 1, para un caudal de 2 m3/h las prdidas de carga sern de un 7%, as que para 25,4 metros sern de 1,7 m.c.a. La altura manomtrica necesaria ser igual a la suma de la altura geomtrica ms lasprdidas de carga. Altura manomtrica necesaria = 9 + 1,7 = 10,7 m.c.a. 4. Lo primero es calcular los metros de tubera: Metros lineales: 5 + 1 = 6 m Metros debido a accesorios:

] Codo 90 = 0,6 m ] Vlvula de pie = 5 m ] Total accesorios = 5,6 m

Total metros tubera = 6 (lineales) + 5,6 (accesorios) = 11,6 m Entrando con este valor y el caudal en la fig. 1, obtenemos las prdidas de carga por-centuales, 27%. As para 11,6 m las prdidas de carga son de 11,6 x 27/100 = 3,1 metros m.c.a. Dado que el tubo utilizado es PVC, multiplicamos las prdidas de carga por un coefi-ciente de reduccin que es de 0,6, as obtenemos 3,1 x 0,6 = 1,86 m. Entonces NPSHd = Pa -Ha- Pc - TV Sustituyendo: NPSHd = 9,73 - 5 1,86 - 0,125= 2,795 m

Unid

ad

3

49


5. La solucin es:

Dimetro del rodete de la bomba 90 mm

NPSH requerido 2 m

Potencia absorbida (en kw) 6

Rendimiento de la bomba (%) Por debajo del 30%

Te parece adecuada la eleccin de esta bomba para las necesidades de esta instalacin?

No, porque el rendimiento es muy bajo, no llega al 30%

6. Calculamos la altura de la aspiracin (altura geomtrica +prdidas de carga). As: Altura geomtrica 1,5 m Prdidas de carga:

] Metros tubera: 1,5 + 3 = 4,5 m ] Metros tubera equivalente debidos a accesorios:

1 codo de 25 mm = 0,8 m 1 vlvula pie de 25 mm = 6 m Total = 6,8 m

] Longitud total tubera aspiracin = 4,5 + 6,8 = 11,3 m ] Prdidas de carga para 3 m3/h y 25 mm de dimetro interior (fig. 1) = 16 % ] Para 11,3 metros, las prdidas carga son de 1,8 m.c.a.

Al ser cobre reducimos multiplicando por 0,5 y nos queda que las prdidas de carga en la tubera de aspiracin son de 0,9 m.c.a. Entonces:

Altura de aspiracin = 1,5 + 0,9 = 2,4 m.c.a. Ahora calculamos la altura de descarga (altura geomtrica + prdidas de carga). As: Altura geomtrica 17 m

50


cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Prdidas de carga: ] Metros tubera: 4 + 17 + 5 = 26 m ] Metros tubera equivalente debidos a accesorios:

2 codos de 25 mm = 0,8 m X 2 = 1,6 m 1 vlvula de compuerta de 25 mm = 1 m Total = 2,6 m

] Longitud total tubera descarga = 26 + 2,6 = 28,6 m ] Prdidas de carga para 3 m3/h y 25 mm de dimetro interior (fig. 1) = 16 % ] Para 28,6 metros, las prdidas carga son de 4,58 m.c.a.

Al ser cobre reducimos multiplicando por 0,5 y nos queda que las prdidas de cargaen la tubera de descarga son de 2,3 m.c.a. Entonces:

Altura de descarga = 17 + 2,3 = 19,3 m.c.a.

Altura manomtrica = altura aspiracin+ altura descarga = 2,4+ 19,3 = 21,7 m.c.a. Si consideramos un 10 % de margen de seguridad:

Altura manomtrica = 21,7 + 10% (21,7) = 23,9 m.c.a. Ahora buscamos en la curva caracterstica de la bomba de la pgina siguiente y ve-mos que para: H: 23,9 m.c.a. Q: 3 m3/h. As tenemos marcado con una X en color rojo el lugar donde se encuentran los dosvalores. El punto de corte se encuentra entre dos curvas, siempre elegiremos la de prestaciones superiores. En este caso elegiremos la bomba con un dimetro de rodete de 50 mm. Otros valores que nos da la curva son: Potencia absorbida = 0,7 kw NPSHrequerido = 3,2 m Rendimiento (en esta grfica viene en la parte inferior de la grfica) = 3,2

Unid

ad

3

51


52


cnic

o en

Mon

taje

y M

ante

nim

ient

o de

Inst

alac

ione

s de

Fr

o, C

limat

izac

in

y Pr

oduc

cin

de

Calo

r

Total: 40 + 6 + 6 = 52 unidades de descarga por bao. Como son dos baos en totaltenemos 52 x 2 = 104 unidades de descarga. As para 104 unidades de descarga nos sale una bajante con un dimetro de 90 mm.

WC con fluxores 10 ud x 4 = 40 unidades descarga (ojo son de uso pblico). 3 Lavabos 2 ud x 3 = 6 unidades de descarga (uso pblico). 1 fregadero = 6 unidades de descarga (uso pblico).

( ) 1121

Ks == Dado el valor obtenido, este coeficiente da igual que lo apliquemos que no. 8. Pues mirando en la tabla anterior, vemos que para las condiciones propuestas,

la bomba monofsica que ms se ajusta a nuestras necesidades es el modeloDRE 150/2/G50MMG, que para una altura de 12,6 m, suministra un caudal de10,8 m3/h. Siempre que tengamos duda entre dos bombas, habr que sobredi-mensionar.

9. Para cada bao tenemos:

Ahora vamos a ver el tema de la cavitacin. As para que la bomba no cavite:

NPSHdisponible > NPSHrequerido + 0,5 (I) El NPSHdisponible = Pa -Ha- Pc-TV = 10,03- 1,5- 1,8 0,125 = 6,6 m (Hemos considerado 250 m de altura y 10 oC de T del agua). As:

6,6 (NPSHdisponible) > 3,2 (NPSHrequerido) + 0,5 Lo cual interpretamos como que no vamos a tener problemas de cavitacin. 7. En un bao como el del enunciado se podr utilizar los dos elementos a la vez, por

lo que a priori no sera conveniente aplicar el coeficiente de simultaneidad. Noobstante, si calculamos el coeficiente de simultaneidad obtenemos:

Unid

ad

3

53


Notas

Tcnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Fro, Climatizacin y Produccin de Calor

Instalaciones de agua y gas Unidad 3

Documents

Transcript of Instalaciones de agua y gas Unidad 3