Cálculos hidráulicos 1

Cálculos hidráulicos

Por lo cual decimos que Ecuación General de la Energía:

De esta manera se realizara el desarrollo de la ecuación Bernoulli para determinar

las perdidas por fricción en las trayectorias de las tuberías por instalar del sistema de

protección contra incendios:

Donde:

= Presión 1 = 0, se encuentra a nivel de la presión atmosférica.

= Altura 1= 0, el tanque esta a nivel del piso y es donde comienza el sistema (0)

= velocidad 1 = 0, la velocidad del agua a este nivel es cero porque es el punto de partida.

= presión de bombeo ó energía añadida por algún dispositivo (bomba).

= Perdida de fricción en la tubería.

Donde:

= 65 PSI = 454,21 KN/m² Presión residual.

= 9,8 KN/m³ Peso Especifico del agua.

= 21.11 m Altura del edificio.

2g = 2(constante) x gravedad = 2 x 9,8 m/seg²

: Pérdidas totales por fricción.

Calculo de pérdidas de Presión

0 0 0

Calcular Z:

La cual es la sumatoria de planta baja y mezzanina de la ferretería.

Determinación de la velocidad para la ecuación de Bernoulli:

Donde:

Q= es el caudal (m3/seg)

A= es el area (m2)

Donde:

En

que es el diámetro del niple

Transformación

para la sustitución del Q en la ecuación de velocidad:

⁄

Sustitución en la ecuación de velocidad. Por lo que decimos:

⁄

⁄

Entonces sustituimos el valor de en

:

⁄

⁄

El Caudal que establece la COVENIN 1331 para sistemas clase I para las

tuberías de 4”; 2 ½” y 1 ½”:

⁄

⁄

Formula de La pérdidas de fricción en las tuberías se determinaran mediante la

siguiente ecuación:

Donde:

J = Resistencia por fricción

Q = Caudal= 6,5lats/ seg par alas

y 12.6lts/ seg para las tuberías 4”

Partiendo del principio de simultaneidad de un sistemas con una fuente común de agua.

C = Coeficiente de fricción en la tubería según tabla 1 de la Norma COVENIN

843 tomando el valor 120 (Acero Galvanizado).

D = Diámetro de la tubería dependiendo del caso ya sea

En la cual Se multiplicara la resistencia por fricción por una constante de 6,05 x

105Bar/ m para llevarla a unidades del sistema internacional (SI) como lo establece la

NFPA 13

Determinamos Hazen Williams para la tubería de por lo que decimos:

Longitud tubería = 17.94 m

Longitud equivalente se determinara mediante la siguiente tabla

Según Norma COVENIN 823

Longitud Equivalente de Accesorios Según Diámetro de Tubería

M

S

D

Entonces decimos que mediante la tabla longitud total de cada accesorio:

Cantidad Accesorio Equivalencia en metros

1 Válvula de Retención Ø 4pulg 6.6

1 Válvula de Compuerta Ø 4 pulg 0.5

2 Codo de 90° Ø 4 pulg 6

Σ L Total = 6.6m + 0,5m + 6m Σ L Total = 13.1 m

Luego sustituimos en :

Donde:

Por lo resolvemos y podemos decir que:

Tabla de diámetros para tubos de acero

DIAMETRO

NOMINAL

DIAMETRO

EXTERIOR

ESPESOR DE

PARED

TUBO 6,40 m

MAXIMO MINIMO GALV.

R/A

NEGRO

LISO

pulg mm mm mm Kg Kg

3/8 17,50 16,30 2,31 5,70 5,41

½ 21,70 20,50 2,77 8,51 8,13

¾ 27,10 25,90 2,87 11,33 10,82

1 33,80 32,60 3,38 16,70 16,00

11/4 42,60 41,40 3,56 22,59 21,70

11/2 48,70 47,50 3,68 26,88 25,92

2 60,90 59,70 3,91 36,03 34,82

2 ½ 73,80 72,30 5,16 56,77 55,23

3 89,80 88,00 5,49 74,11 72,26

4 115,40 113,20 6,02 105,28 102,85

6 170,00 166,60 7,11 184,45 180,86

Tubos de Acero con Costura, para Agua, Gas, Aire, Vapor y Aplicaciones Industriales

Norma COVENIN 843-84 Serie pesada (ASTM a 53 SCH 40)

Decimos que:

Donde:

CUADRO Constante “C” en función del tipo de tubería para la

formula de Hazen Williams

C=100 Acero Negro (Tubería Seca)

C=120 Acero Negro (Tubería Mojada)

C=120 Acero Galvanizado

C=140 Cobre

D ext. D int.

DIAMETREO EXTERIER

C=100 Fundición (sin revestir)

C=130 Fundición (Revestida en Cemento)

C=140 Fibra de Vidrio

Tabla De la NFPA 13. Valores C de Hazen – Williams

Por tabla de Valores C de Hazen – Williams decimos que el factor C= 120 acero

galvanizado

Determinamos el valor J como lo establece la norma NFPA 13. Para poder

multiplicar el resultado por el factor de conversión que lo transforma a Bar/m y

Evaluamos:

Donde:


Q = Caudal



D = Diámetro de la tubería

⁄

⁄

⁄

Lo cual Quiere decir que por cada metro de tubería recorrida de 4” en metros el

sistema de extinción de incendio pierde ⁄

Luego sustituimos en para determinar la perdida por fricción en esta

diámetro tubería

31.04 m * ⁄

Determinamos Hazen Williams para la tubería de por lo que decimos:

Longitud tubería = 14.08 m

Longitud equivalente:


5 Codo de 90° Ø

9m

1 Reducción Ø

0.61 m

1 Tee en bifurcación 3.6 m

Σ L Total = 9 m+ 0.61 m + 3.6 m Σ L Total = 13.21 m

Sustituimos y decimos que es igual:

Diámetros para tubos de acero

DIAMETRO

NOMINAL

DIAMETRO

EXTERIOR

ESPESOR DE

PARED

TUBO 6,40 m

MAXIMO MINIMO GALV.

R/A

NEGRO

LISO

pulg mm mm mm Kg Kg

3/8 17,50 16,30 2,31 5,70 5,41

½ 21,70 20,50 2,77 8,51 8,13

¾ 27,10 25,90 2,87 11,33 10,82

1 33,80 32,60 3,38 16,70 16,00

11/4 42,60 41,40 3,56 22,59 21,70

11/2 48,70 47,50 3,68 26,88 25,92

2 60,90 59,70 3,91 36,03 34,82

2 ½ 73,80 72,30 5,16 56,77 55,23

3 89,80 88,00 5,49 74,11 72,26

4 115,40 113,20 6,02 105,28 102,85

6 170,00 166,60 7,11 184,45 180,86



Determinación del diámetro para sustituir en la ecuación de Hazen Williams.

Decimos que:

Donde:

Determinamos el valor de J como lo establece la norma NFPA 13. Para poder


Evaluamos:

Donde:


Q = Caudal



D = Diámetro de la tubería

⁄

D ext. D int.

DIAMETREO EXTERIER

⁄

⁄

Lo cual Quiere decir que por cada metro de tubería

recorrida en metros el sistema de

extinción de incendio pierde ⁄

Luego se sustituyo en

para determinar la pérdida por fricción en este

diámetro tubería:

4.96 m * ⁄

Determinamos Hazen Williams para la tubería de

por lo que decimos:

Llevamos de cm a m la Longitud tubería por lo que decimos que:

Longitud tubería =

Determinamos la Longitud equivalente:


1 Válvula de compuerta Ø

0.30 m

1 Reducción Ø

0.50 m

Σ L Total = 0.30 m+ 0.50 m Σ L Total = 0.80m

Sustitución en por lo que decimos:


DIAMETRO

NOMINAL

DIAMETRO

EXTERIOR

ESPESOR DE

PARED

TUBO 6,40 m

MAXIMO MINIMO GALV.

R/A

NEGRO

LISO

pulg mm mm mm Kg Kg

3/8 17,50 16,30 2,31 5,70 5,41

½ 21,70 20,50 2,77 8,51 8,13

¾ 27,10 25,90 2,87 11,33 10,82

1 33,80 32,60 3,38 16,70 16,00

11/4 42,60 41,40 3,56 22,59 21,70

11/2 48,70 47,50 3,68 26,88 25,92

2 60,90 59,70 3,91 36,03 34,82

2 ½ 73,80 72,30 5,16 56,77 55,23

3 89,80 88,00 5,49 74,11 72,26

4 115,40 113,20 6,02 105,28 102,85

6 170,00 166,60 7,11 184,45 180,86



Determinación del diámetro para sustituir en Hazen Williams.

Decimos que:

Donde:

Por tabla de Valores C de Hazen – Williams, decimos que el factor C= 120 acero

galvanizado

Determinamos el valor de J como lo establece la NFPA 13. Para poder


Evaluamos:

D ext. D int.

DIAMETREO EXTERIER

Donde:


Q = Caudal



D = Diámetro de la tubería.

⁄

⁄

⁄

Quiere decir que por cada metro de tubería

recorrida en metros el sistema de


Luego se sustituyo

en

para determinar la perdida por fricción en

esta diámetro tubería

1.1 m * ⁄

Sumatorias de las pérdidas de fricción

por lo que sustituimos y

decimos que:

∑

Eso es igual ∑

Luego al resultado de ∑ se transforma a metros de columna de agua (mca),

multiplicando por la constante 10,22mca que equivalen a 1 Bar. Porque algunos fabricantes

de bombas así lo establecen:

∑

Retómanos y sustituimos en la formula

∑

⁄

⁄

Presión de bombeo la Multiplicas por un factor de seguridad 1.1. Entonces

formulamos que:

SELECCION DE LA BOMBA

Considerando los resultados de caudal y presión obtenidos en los cálculos hidráulicos

realizados, se selecciona el sistema de bombeo siguiendo las curvas características del

fabricante de bombas ksb que sea compatible en con el sistema contra incendio.

Según la grafica de las curvas características basados en los resultados de los cálculos

hidráulicos podemos observar que para el sistema contra incendio, la bomba recomendada

es la una bomba meganorm 32-200 con una potencia de 10 hp.

Tabla de dimensiones

Curva característica de la Bomba Seleccionada

Se Concluye que como NPSH disponible >NPSH Requerido por lo cual no afectara la

capacidad de bombeo del sistema de extinción de incendios.

Determinación Net Positive Suction Head o NPSH (Cabeza neta de succión positiva)

El NPSH (Carga de Aspiración Neta Positiva), se define como la diferencia entre la carga

de presión de estancamiento en la entrada de la bomba y la carga de la presión de vapor.

Para el cálculo de NSPH de la bomba es importante calcular primeramente la pérdida por

fricción según Hanzen Williams en el tramo de succión, por lo cual decimos que:

NPSH disponible >NPSH Requerido

Datos:

(Máxima temperatura del agua 3.6.1.3 covenin 1376)

Donde:

La Pérdida de fricción en la tubería viene dada por:

NPSH (Cabeza neta de succión positiva) es igual a:

Longitud tubería = (2.5 + 0.4)= 2.9m

Longitud equivalente:


1 Codo 90o4pulg 3

1 Válvula de compuerta 6.6

Σ L Total = 3 m + 6.6 m Σ L Total = 9.6

Sustituimos valores de Longitud tubería y en por lo que decimos que:


DIAMETRO

NOMINAL

DIAMETRO

EXTERIOR

ESPESOR DE

PARED

TUBO 6,40 m

MAXIMO MINIMO GALV.

R/A

NEGRO

LISO

pulg mm mm mm Kg Kg

3/8 17,50 16,30 2,31 5,70 5,41

½ 21,70 20,50 2,77 8,51 8,13

¾ 27,10 25,90 2,87 11,33 10,82

1 33,80 32,60 3,38 16,70 16,00

11/4 42,60 41,40 3,56 22,59 21,70

11/2 48,70 47,50 3,68 26,88 25,92

2 60,90 59,70 3,91 36,03 34,82

2 ½ 73,80 72,30 5,16 56,77 55,23

3 89,80 88,00 5,49 74,11 72,26

4 115,40 113,20 6,02 105,28 102,85

6 170,00 166,60 7,11 184,45 180,86



Determinamos el diámetro para sustituir en la ecuación de Hazen Williams.

Decimos que:

Determinamos el area para evaluar si la velocidad esta dentro del rango que establece

la Norma Sanitaria 4044:

DIAMETREO EXTERIER

D ext. D int.

⁄

⁄

.

Transformamos el caudal ⁄ ⁄ para sustituir en la ecuación de

Hazen Williams Partiendo del principio de simultaneidad de un sistema con una

fuente común de agua por lo que decimos que:

Llevamos de ⁄ a ⁄

⁄

⁄

C= 120 acero galvanizado (según NFPA 13. Valores C de Hazen – Williams)

Luego sustituimos para hallar el valor de J como lo establece la norma NFPA

13. Para poder multiplicar el resultado por el factor de conversión que lo

transforma a Bar/m y Evaluamos:

⁄

Se ubica dentro del rango que

establece la Norma Sanitaria

4044

⁄

⁄

Quiere decir que por cada metro de tubería de 4” recorrida en metros el sistema de


Determinamos la perdida por fricción en este diámetro tubería de 4”

⁄

Luego al resultado de se transforma a metros de columna de agua (mca),

multiplicando por la constante 10,22mca que equivalen a 1 Bar. Porque algunos

fabricantes bombas así lo establecen:

Se sustituye en la Ecuación de

=

Curvas características de la bomba seleccionada para el cálculo del NSPH según el

fabricante.

Curva característica de la Bomba Seleccionada

Se Concluye que como NPSH disponible >NPSH Requerido por lo cual no afectara la

capacidad de bombeo del sistema de extinción de incendios.

Capacidad del tanque

El dimensionamiento del tanque se efectúa tomando como parámetros de cálculo el caudal

de bombeo (Q), los ciclos por hora (Tseg). Según lo establece Norma COVENIN 1331.

Entonces decimos mediante la siguiente ecuación que:

Donde:

V = Volumen

Q = Caudal Mínimo de la Bomba.

T = Tiempo mínimo requerido.

⁄

La Norma COVENIN 1331 establece que se debe asegurar el suministro de agua durante

una hora si ocurre cualquier eventualidad que es igual a unos

Que en :

Para la construcción del tanque se debe considerar la altura máxima de succión, la cual es

de 2,5 m, esto quiere decir, que se debe calcular ancho y largo del tanque para que disponga

de . Entonces establecemos la ecuación:

√

Esto quiere decir que las medidas recomendadas para la construcción del tanque

son las siguientes:

Profundidad: 2,5 m

Ancho: 3.1 m

Largo: 3.1 m

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