Cálculo de diámetro, capacidad y parámetros hidráulicos de tuberías de agua.
La calculadora de tuberías de agua está diseñada para calcular los parámetros hidráulicos básicos de los sistemas de tuberías. La herramienta le permite determinar el diámetro óptimo de la tubería, el rendimiento, la pérdida de presión y otras características importantes para el diseño de sistemas de plomería.
La calculadora utiliza fórmulas hidráulicas y métodos de cálculo probados que tienen en cuenta todos los parámetros del sistema: diámetro de la tubería, flujo de agua, velocidad del flujo, material de la tubería, rugosidad de la superficie, viscosidad del fluido y régimen de flujo. Esto le permite obtener resultados precisos para el diseño de sistemas sanitarios de cualquier complejidad.
Veamos ejemplos prácticos de cálculo de los parámetros de tuberías de agua para varios casos de uso:
Suministro de agua para una casa particular con un caudal de 50 l/s
Входные данные:
Caudal: 0,05 m³/s (50 l/s)
Velocidad: 2 m/s
Material: polipropileno.
Longitud: 50mРасчёт:
D = √(4×0,05/π×2) = √(0,2/6,28) = √0,032 = 0,18 m = 180 mm
Redondeo hasta estándar: 200 mm
Control de velocidad: V = 4Q/(πD²) = 1,59 m/s (normal)Результат:
Diámetro: 200 mm, Velocidad: 1,59 m/s
Тип:
casa particular
El diámetro estándar para edificios residenciales es de 15-25 mm, pero para carreteras utilizamos 200 mm.
Comprobación de la capacidad de un tubo de 150 mm.
Входные данные:
Diámetro: 150 mm (0,15 m)
Velocidad: 1,5 m/s
Material: acero
Longitud: 100 metrosРасчёт:
Área seccional: A = π×0,15²/4 = 0,0177 m²
Caudal: Q = A×V = 0,0177×1,5 = 0,0265 m³/s
Q = 26,5 l/s = 95,4 m³/hРезультат:
Caudal: 26,5 l/s (95,4 m³/h)
Тип:
Tubería existente
Suficiente para suministrar agua a un edificio pequeño.
Cálculo de pérdida de presión en un sistema de suministro de agua de 200 m.
Входные данные:
Longitud: 200 metros
Diámetro: 100 mm
Caudal: 0,02 m³/s (20 l/s)
Material: Plástico (rugosidad 0,0015 mm)Расчёт:
Velocidad: V = 4×0,02/(π×0,1²) = 2,55 m/s
Re = 1000×2,55×0,1/0,001 = 255.000
Coeficiente de fricción: λ = 0,016
Pérdidas: ΔP = 0,016×(200/0,1)×(1000×2,55²/2) = 0,104 barРезультат:
Pérdida de presión: 0,104 bar
Тип:
Tubería larga
Pérdidas dentro de límites aceptables para tuberías de plástico.
Comparación de tuberías de acero y plástico.
Входные данные:
Diámetro: 100 mm
Longitud: 100 metros
Caudal: 0,01 m³/s
Acero: rugosidad 0,045 mm
Plástico: rugosidad 0,0015 mmРасчёт:
Escort: V = 1,27 m/s
Stal: Re = 127.000, λ = 0,025, ΔP = 0,2
Plástico: Re = 127.000, λ = 0,018, ΔP = 0,14Результат:
Acero: 0,2 bar, Plástico: 0,14 bar
Тип:
Comparación de materiales
Las tuberías de plástico tienen un 30% menos de pérdidas
Fontanería para un edificio de 10 pisos.
Входные данные:
Caudal: 0,3 m³/s (300 l/s)
Velocidad: 2,5 m/s
Material: acero
Longitud: 500 metros
Número de pisos: 10 pisosРасчёт:
D = √(4×0,3/π×2,5) = √(1,2/7,85) = √0,153 = 0,39 m = 390 mm
Running: 400 mm
Comprobando: V = 4×0,3/(π×0,42) = 2,39 m/sРезультат:
Diámetro: 400 mm, Velocidad: 2,39 m/s
Тип:
Edificio de varias plantas
Se requiere un diámetro grande para un flujo alto
Tubería para sistema de calefacción.
Входные данные:
Caudal: 0,08 m³/s (80 l/s)
Velocidad: 1,8 m/s
Material: cobre
Longitud: 150 metros
Temperatura: 80°CРасчёт:
D = √(4×0,08/π×1,8) = √(0,32/5,65) = √0,057 = 0,24 m = 240 mm
Redondeo: 250 mm
A 80°C: 15% menos de pérdidaРезультат:
Diámetro: 250 mm, Velocidad: 1,63 m/s
Тип:
Sistema de calefacción
La alta temperatura reduce la viscosidad y la pérdida.
El cálculo se basa en las leyes de la hidráulica e incluye:
Nuestra calculadora de tuberías de agua ofrece muchos beneficios:
La calculadora utiliza fórmulas hidráulicas comprobadas y tiene en cuenta todos los factores: diámetro, flujo, velocidad, material, rugosidad y condiciones de flujo para obtener resultados más precisos.
El cálculo correcto del diámetro ayuda a elegir la tubería óptima y evitar el desperdicio de materiales, lo que reduce significativamente el coste del proyecto.
Conociendo de antemano el diámetro requerido y la pérdida de presión, podrá diseñar correctamente el sistema, evitando errores de instalación.
Una interfaz simple y cálculos rápidos le permiten obtener todos los datos necesarios en unos segundos sin cálculos ni fórmulas complejas.
Para seleccionar y calcular correctamente las tuberías de agua, es importante tener en cuenta muchos factores que afectan el funcionamiento del sistema.
El diámetro de la tubería se selecciona en función del caudal de agua requerido, el caudal permitido y la pérdida de presión. Para edificios residenciales, generalmente se utilizan tuberías con un diámetro de 15 a 25 mm, para instalaciones industriales, hasta 200 mm o más. Utilice la fórmula D = √(4Q/πV), donde Q es el caudal (m³/s), V es la velocidad (m/s).
La capacidad de rendimiento depende del diámetro de la tubería, el material, la rugosidad de la superficie interna, la viscosidad del fluido, la temperatura y el régimen de flujo (laminar o turbulento). Cuanto mayor sea el diámetro y menor la rugosidad, mayor será el rendimiento.
La pérdida de presión se calcula utilizando la fórmula de Darcy-Weisbach: ΔP = λ × (L/D) × (ρV²/2), donde λ es el coeficiente de fricción, L es la longitud de la tubería, D es el diámetro, ρ es la densidad, V es la velocidad. También se tienen en cuenta las resistencias locales (racores, racores), que aumentan las pérdidas en un 20-30%.
El modo laminar (Re < 2300) se caracteriza por un flujo de fluido suave con bajas pérdidas de energía. El modo turbulento (Re > 4000) ocurre a altas velocidades y se caracteriza por un movimiento de vórtice con mayores pérdidas de presión, pero un flujo más estable.
La elección del material depende de las condiciones de funcionamiento. Los tubos de plástico (PVC, PPR) son adecuados para agua fría y tienen bajas pérdidas de presión. Metal-plástico - para agua caliente, tuberías de cobre - para sistemas de calefacción, acero - para alta presión y sistemas industriales.
El caudal se calcula mediante la fórmula: Q = A × V = πD²V/4, donde A es el área de la sección transversal, V es la velocidad del flujo, D es el diámetro de la tubería. Por ejemplo, para una tubería con un diámetro de 100 mm a una velocidad de 2 m/s: Q = π×0,1²×2/4 = 0,0157 m³/s = 15,7 l/s.
La velocidad de flujo óptima para el suministro de agua es de 1,5 a 2,5 m/s. Una velocidad inferior a 1 m/s puede provocar estancamiento y sedimentación; una velocidad de más de 3 m/s aumenta la pérdida de presión y el ruido en el sistema.
La rugosidad de la superficie interior de la tubería afecta directamente al coeficiente de fricción y a la pérdida de presión. Los tubos de plástico tienen una rugosidad de 0,0015-0,007 mm, los de acero - 0,03-0,05 mm, los de hierro fundido - 0,1-0,3 mm. Cuanto mayor sea la rugosidad, mayor será la pérdida de presión.
El número de Reynolds se calcula mediante la fórmula: Re = ρVD/μ, donde ρ es la densidad del líquido (1000 kg/m³ para agua), V es la velocidad del flujo (m/s), D es el diámetro de la tubería (m), μ es la viscosidad dinámica (0,001 Pa s para agua). Re < 2300 - modo laminar, Re > 4000 - turbulento.
La pérdida de presión permitida en el sistema de suministro de agua no debe exceder de 0,2 a 0,3 bar por 100 m de longitud para el funcionamiento normal del sistema. Para sistemas con bomba, las pérdidas pueden ser mayores, pero no deben exceder los 0,5 bar por 100 m.
Para un edificio de varias plantas, el diámetro se selecciona en función del consumo total de todos los apartamentos. Por lo general, se utilizan tuberías con un diámetro de 50 a 100 mm para el tubo ascendente y de 100 a 200 mm para la línea principal. El cálculo se realiza teniendo en cuenta el caudal máximo y la velocidad del flujo de 2-2,5 m/s.
Sí, la temperatura del agua afecta la viscosidad y densidad del líquido. El agua caliente (80-90°C) tiene una viscosidad más baja (0,0003 Pa·s) y una menor pérdida de presión entre un 15 y un 20% en comparación con el agua fría (20°C). Para los sistemas de calefacción es importante tener esto en cuenta.
El coeficiente de fricción depende del régimen de flujo. Para flujo laminar: λ = 64/Re. Para flujo turbulento se utiliza la fórmula de Blasius: λ = 0,316/Re^0,25 o la fórmula de Colebrook-White para tener en cuenta la rugosidad: 1/√λ = -2log(ε/(3,7D) + 2,51/(Re√λ)).
Las resistencias locales incluyen accesorios (codos, tees), válvulas, grifos, válvulas de compuerta, filtros. Cada elemento aumenta la pérdida de presión entre un 5 y un 15% de la presión dinámica. Para cálculos precisos, se utilizan coeficientes de resistencia local ξ.
Para un sistema de calefacción, el diámetro se selecciona en función de la carga térmica y la diferencia de temperatura. Por lo general, para una casa privada se utilizan tuberías con un diámetro de 20 a 40 mm y para una casa de varios pisos, de 50 a 150 mm. Es importante tener en cuenta la menor viscosidad del agua caliente.
La presión de bomba requerida se calcula como la suma de la altura de elevación geométrica, la pérdida de presión en la tubería y la resistencia local, más un margen del 10-15%. H = Hgeom + ΔP/ρg + Nlocal + Nreserva. Para un edificio residencial, normalmente se requiere una altura de 30 a 50 m.
Sí, pero es importante elegir el tipo de plástico adecuado. Los tubos de polipropileno (PPR) con refuerzo son adecuados para agua caliente hasta 95°C. Los tubos de polietileno (PE) y PVC no son adecuados para agua caliente: se deforman a temperaturas superiores a 60°C.
Para una casa privada, el diámetro se calcula en función del número de puntos de agua y del caudal máximo. Normalmente, se utilizan tuberías con un diámetro de 15 a 25 mm para las ramas y de 25 a 32 mm para las principales. Con un caudal de 0,05 m³/s (50 l/s) y una velocidad de 2 m/s se necesita un diámetro de tubería de aproximadamente 180 mm.
Fórmulas básicas: ecuación de continuidad Q = A×V, fórmula de Darcy-Weisbach para pérdida de presión, número de Reynolds Re = ρVD/μ, fórmula de Hazen-Williams para cálculos rápidos: V = 0,849C×R^0,63×S^0,54, donde C es el coeficiente de rugosidad.
Se recomienda elegir un diámetro con un margen del 10-15% del valor calculado. Esto compensa las pérdidas en los accesorios, posibles bloqueos, futuros aumentos de carga y garantiza un funcionamiento estable del sistema en condiciones de funcionamiento no estándar.
El diámetro interno (Din) es el diámetro de la sección de flujo de la tubería, utilizado para los cálculos hidráulicos. Diámetro exterior (Dout): el tamaño exterior de la tubería, tiene en cuenta el espesor de la pared. Para los cálculos siempre se utiliza el diámetro interior: Din = Dout - 2×S, donde S es el espesor de la pared.
En un sistema con ramas paralelas, la pérdida de presión en cada rama es la misma, pero el flujo se distribuye proporcionalmente a la resistencia. Para las secciones sucesivas, se suman las pérdidas. Utilice el principio de longitud equivalente o el método de equilibrio de costos.
Diámetros estándar de tuberías de agua: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 200, 250, 315, 400 mm. Para tubos de acero: 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200 mm. El diámetro se selecciona en función del caudal y el caudal.
La pérdida de presión es proporcional a la longitud de la tubería según la fórmula de Darcy-Weisbach. Por cada 100 m de longitud en condiciones estándar, se añaden 0,1-0,3 bar de pérdida. Por tanto, es importante minimizar la longitud de la tubería y utilizar tramos rectos sin curvas.
El caudal se calcula como la suma de los caudales de todos los puntos de extracción de agua, teniendo en cuenta el factor de simultaneidad. Para edificios residenciales, el coeficiente de simultaneidad es 0,6-0,8. Consumo de un punto: grifo - 0,2 l/s, inodoro - 0,1 l/s, ducha - 0,15 l/s, lavadora - 0,3 l/s.
Los tubos de acero tienen pérdidas de presión entre un 30% y un 50% más que los tubos de plástico debido a una mayor rugosidad (0,045 mm frente a 0,0015 mm). En las mismas condiciones, un tubo de plástico con un diámetro de 100 mm tiene una pérdida de 0,14 bar, un tubo de acero, 0,2 bar por 100 m de longitud.
Para un pozo, el diámetro se selecciona en función del caudal del pozo y del caudal requerido. Normalmente, para pozos privados se utilizan tuberías con un diámetro de 25 a 50 mm y para los industriales, de 100 a 200 mm. Es importante tener en cuenta las pérdidas en la tubería de succión y la presión requerida de la bomba.
La pendiente hidráulica se calcula como la relación entre la pérdida de presión y la longitud de la tubería: i = ΔH/L = (λ×V²)/(2g×D), donde ΔH - pérdida de presión (m), L - longitud (m), λ - coeficiente de fricción, V - velocidad (m/s), g - aceleración gravitacional (9,81 m/s²), D - diámetro (m).
La elección del diámetro está influenciada por: el caudal de agua requerido, la velocidad de flujo permitida (1,5-2,5 m/s), la pérdida de presión permitida (0,2-0,3 bar por 100 m), el material de la tubería, la longitud de la tubería, el número de puntos de agua, el caudal máximo, la presencia de una bomba y sus características.
Se comprueba la exactitud del cálculo: la velocidad del flujo debe estar en el rango de 1,5-2,5 m/s, la pérdida de presión no debe exceder los 0,2-0,3 bar por 100 m, el número de Reynolds debe corresponder al régimen de flujo, el diámetro debe ser del rango estándar, el caudal debe corresponder al requerido.
Para un sistema de extinción de incendios, el diámetro se calcula en función del caudal de agua necesario para extinguir el fuego (normalmente 5-10 l/s por punto) y el número de puntos simultáneamente. Utilice tuberías con un diámetro de 65-150 mm para la línea principal y de 50-80 mm para las ramas. Es importante garantizar una presión suficiente.
La fórmula básica para calcular el diámetro: D = √(4Q/πV), donde Q es el caudal (m³/s), V es la velocidad (m/s). Para comprobarlo, utilice la fórmula de flujo: Q = πD²V/4. Para pérdida de presión: ΔP = λ×(L/D)×(ρV²/2). El diámetro se redondea al valor estándar más cercano.