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Cálculos hidráulicos en el diseño de redes

Todo proyecto de diseño de una red de transporte o distribución de agua parte de la determinación de una necesidad de suministro hidráulico (Qh), bien sea a uno o varios puntos de consumo.

En el caso de transporte entre dos puntos, existirá la necesidad de un caudal determinado en el punto de salida que coincidirá con el caudal a lo largo de toda la red de transporte (Qt). Sin embargo, en el caso de una red de distribución con varios puntos de consumo, habrá distintos caudales a lo largo de dicha red según sea el mallado, los caudales y puntos de consumo (Q1, Q2,…Qn).

El cálculo de la necesidad hidráulica se realiza de forma distinta según sean los tipos de puntos de consumo que se vayan a tener. Los caudales obtenidos en los puntos de consumo (Qn) vendrán determinados por las presiones que se tenga en dichos puntos antes de los elementos de regulación. Por este motivo, habrá que colocar los elementos de regulación necesarios para obtener dichos caudales (emisores de riego, boquillas de aspersión, llaves de paso, válvulas reguladoras, etc.). En el caso de que se quiera obtener el mayor caudal posible, no se colocará ningún elemento de regulación (salida libre) y éste estará determinado exclusivamente por la conducción y la sección de salida, además de las diferencias de presión en la red.

Selección de diámetros

Consideraciones iniciales y definiciones

Siempre que se hagan referencias genéricas al diámetro de una conducción en los cálculos hidráulicos de tuberías, debe entenderse que se trata del diámetro interior (DI) ya que es el que condiciona la capacidad de transporte. Por tanto, podemos concluir que el dimensionamiento hidráulico de la tubería viene dado por la determinación del diámetro.

Algunos conceptos básicos referentes a la selección de diámetros en tuberías son:

  • Diámetro interior (DI). Diámetro interior medio de la tubería en una sección cualquiera.
  • Diámetro exterior (DE). Diámetro exterior medio de la tubería en una sección cualquiera.
  • Diámetro nominal (DN). Valor tomado de una serie de números convencionales que se adopta para caracterizar dimensionalmente a los diámetros, y que coincide aproximadamente, en general, con su valor real en milímetros.

Se puede hacer uso de los conceptos “diámetro interno” (DI) y “diámetro externo” (DE), sin embargo, se debe tener en cuenta que cuando hablamos de diámetro nominal (DN), nos podemos estar refiriendo al diámetro interno o al externo dependiendo del tipo de tubería de la que se trate. Mientras que para tuberías de fundición, hormigón y PRFV nos estaríamos refiriendo al diámetro interno, para tuberías de PVC-U, PP, PE y en el caso de las tuberías TOM® de PVC-O estaríamos haciendo referencia al diámetro externo.

Velocidades aconsejadas

El dimensionamiento hidráulico de la tubería viene determinado por la determinación del diámetro interno (DI), pues es el que condiciona la capacidad de transporte de la tubería.

Calculos hidraulicos en el diseño de redes

Donde:

  • v: velocidad de circulación del agua en m/s
  • DI: diámetro interior de la tubería en m
  • n: coeficiente de Manning (para el PVC-O , n = 0,007 para una tubería nueva y n = 0,009 para una tubería en servicio)

Coeficientes de Prandtl-Colebrook-White, Hazen-Williams, y Manning - Valores de (n) en función del material

Cálculos hidraulicos en el diseño de redes

La tabla expuesta a continuación muestra una comparativa entre las velocidades máximas aconsejadas de toda la gama de tuberías PVC-O TOM® C500 PN16, Fundición K9 y PE100 PN16:

Calculos hidrahulicos para el diseño de redes