El tema de este artículo es el cálculo de las redes de suministro de agua en una casa privada. Dado que un esquema de suministro de agua típico de una cabaña pequeña no es muy complejo, no tenemos que adentrarnos en la jungla de fórmulas complejas; sin embargo, el lector deberá asimilar cierta cantidad de teoría.
Fragmento del sistema de suministro de agua de una casa particular. Como cualquier otro sistema de ingeniería, éste necesita cálculos preliminares.
Características del cableado de la cabaña.
De hecho, ¿cuál es el sistema de suministro de agua en una casa privada más fácil que en un edificio de apartamentos (por supuesto, además del número total de accesorios de plomería)?
Hay dos diferencias fundamentales:
- Con agua caliente, por regla general, no es necesario proporcionar una circulación constante a través de elevadores y toalleros térmicos.
En presencia de inserciones de circulación, el cálculo de la red de suministro de agua caliente se vuelve notablemente más complicado: las tuberías deben pasar por sí mismas no solo el agua desmontada por los residentes, sino también las masas de agua que circulan continuamente.
En nuestro caso, la distancia desde los accesorios de plomería hasta la caldera, columna o conexión a la línea es lo suficientemente pequeña como para no prestar atención a la tasa de suministro de agua caliente al grifo.
Importante: para aquellos que no se han encontrado con esquemas de circulación de ACS: en los edificios de apartamentos modernos, los elevadores de suministro de agua caliente están conectados en pares. Debido a la diferencia de presión en las conexiones creadas por la arandela de retención, el agua circula continuamente a través de los elevadores. Esto asegura un suministro rápido de agua caliente a los mezcladores y el calentamiento durante todo el año de los toalleros con calefacción en los baños.
El toallero calefactado se calienta mediante una circulación continua a través de los elevadores de agua caliente.
- El sistema de suministro de agua en una casa privada se divide de acuerdo con un esquema de callejón sin salida, lo que implica una carga constante en ciertas secciones del cableado. A modo de comparación, el cálculo de la red del anillo de suministro de agua (que permite que cada sección del sistema de suministro de agua se alimente desde dos o más fuentes) debe realizarse por separado para cada uno de los posibles esquemas de conexión.
Otros parámetros
Los criterios anteriores para elegir una caldera son los principales, pero existen otras características que pueden afectar la elección de un modelo en particular, como la mano de obra y el material, así como el costo del equipo. Se considera que los tanques más duraderos están hechos de acero inoxidable. Una ventaja importante es la presencia de un intercambiador de calor extraíble para que pueda descalcificarlo usted mismo. Debe evitar comprar dispositivos que utilicen gomaespuma como aislamiento, ya que este material es de muy corta duración. Además, el precio de una caldera depende directamente del fabricante y del país donde se montó el equipo.
El sistema de agua caliente hace que su hogar sea cómodo y acogedor. Esto es fácil de lograr con un calentador de agua de calidad. La elección de modelos es actualmente excelente y, después de calcular los parámetros necesarios, todos pueden elegir equipos con una buena relación calidad-precio.
Que pensamos
Tenemos que:
- Estimar el consumo de agua en los picos de consumo.
- Calcule la sección transversal de la tubería de agua que puede proporcionar este caudal a un caudal aceptable.
Nota: el caudal máximo de agua al que no genera ruido hidráulico es de aproximadamente 1,5 m / s.
- Calcule la cabeza en el accesorio final. Si es inaceptablemente bajo, vale la pena considerar aumentar el diámetro de la tubería o instalar una bomba intermedia.
Es poco probable que la baja presión en el mezclador final complazca al propietario.
Las tareas están formuladas. Empecemos.
Consumo
Se puede estimar aproximadamente por las tasas de consumo de los accesorios de plomería individuales. Los datos, si lo desea, se pueden encontrar fácilmente en uno de los anexos de SNiP 2.04.01-85; para comodidad del lector, presentamos un extracto del mismo.
| Tipo de dispositivo | Consumo de agua fría, l / s | Consumo total de agua fría y caliente, l / s |
| Grifo de riego | 0,3 | 0,3 |
| Inodoro con grifo | 1,4 | 1,4 |
| Inodoro con cisterna | 0,10 | 0,10 |
| Cabina de ducha | 0,08 | 0,12 |
| Baño | 0,17 | 0,25 |
| Lavado | 0,08 | 0,12 |
| Lavabo | 0,08 | 0,12 |
En edificios de apartamentos, al calcular el consumo, se utiliza el coeficiente de probabilidad del uso simultáneo de dispositivos. Nos basta con simplemente resumir el consumo de agua a través de dispositivos que se pueden utilizar simultáneamente. Digamos que un lavabo, una ducha y un inodoro darán un caudal total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
Se suma el consumo de agua a través de dispositivos capaces de funcionar simultáneamente.
¿Qué calentador de agua elegir?
Diagrama de caldera.
Dependiendo de la tarea que se le asigne, el cálculo de la caldera adecuada para usted se puede realizar de dos maneras. En el primer caso, se tiene en cuenta el volumen de agua almacenado y se calcula la capacidad del intercambiador de calor y la fuente de alimentación. En el segundo, el volumen de un calentador de agua se calcula para almacenar el calor generado durante un cierto tiempo por una fuente de cierta potencia.
Debe entenderse que no importa qué técnica utilice, la capacidad de acumulación del agua siempre se caracteriza por su capacidad calorífica. Este valor es constante y es igual a 4.187 kJ.kg / ° C. Esto significa que, por ejemplo, para calentar 1 kg de agua a 1 ° C, debe proporcionar una cantidad de calor igual a 4,187 kJ. Y esto requiere 1.163 kWh.
Dispositivo de caldera eléctrica.
Por ejemplo, si tiene un calentador de agua con un volumen de 1000 litros y necesita calentar el agua hasta 50 ° C, el requerimiento de energía térmica se calcula de la siguiente manera: 1000 × 50 = 58 kWh.
La potencia del intercambiador de calor depende de la diferencia de temperatura entre el agua calentada y calentada, así como del coeficiente de transferencia de calor. Para cada intercambiador de calor específico, el coeficiente de transferencia de calor será individual. Por lo tanto, no puede existir una fórmula universal para calcular un calentador de agua. Y la forma más sencilla de elegir un intercambiador de calor son los diagramas que los fabricantes indican en las especificaciones técnicas de sus calentadores de agua.
Habiendo recordado esta simple verdad, puede proceder a la consideración de las características individuales.
Dispositivo de caldera eléctrica estándar
Diagrama del tanque de almacenamiento de la caldera.
En nuestro país, generalmente se acepta que un calentador de agua y una caldera son dispositivos diferentes. Pero, de hecho, toda la diferencia es que la caldera tiene un tanque de almacenamiento para calentar y almacenar agua caliente. Por eso en la literatura técnica se denominan "calentadores de agua de almacenamiento". Además, las calderas difieren en la fuente de calor. Ahora existen sistemas de calefacción directos e indirectos. Si el dispositivo genera calor por sí mismo usando un calentador termoeléctrico o un quemador de gas, entonces este es un sistema de calentamiento directo. El calentamiento indirecto ocurre debido al agente de calentamiento suministrado desde la caldera de calefacción a una cierta temperatura. La mayoría de las veces, se utilizan calentadores de agua de almacenamiento, puede ver su diagrama en la Imagen 1.
Tabla de cálculo para un calentador de agua de almacenamiento.
Antes de decidirse por la compra de un calentador de agua específico, es necesario calcular todos los parámetros y tener en cuenta las características de su hogar y las condiciones de uso futuro. Asegúrese de evaluar los siguientes parámetros:
- estado del cableado eléctrico;
- posible carga en el cableado eléctrico;
- disponibilidad de la capacidad de conectarse a comunicaciones de gas;
- capacidad de servicio de todo el equipo que sirve a la casa (incluidas las bombas de agua, si las hubiera).
Instalación de un calentador de agua de almacenamiento (caldera).
Además, es necesario tener en cuenta la cantidad de personas que utilizarán el calentador de agua y planificar aproximadamente la cantidad de agua caliente que consumirán todos los días. Después de eso, puede comenzar a elegir un modelo específico.
Para elegir un calentador de agua adecuado para usted, primero debe decidir sus principales características, a saber:
- la fuente de energía más adecuada;
- volumen requerido de agua calentada;
- consumo de refrigerante;
- tiempo de calentamiento.
Según estos parámetros, se calcula el calentador de agua.
Fuente de energía para calentar agua.
Circuito de calefacción de caldera.
El gas y la electricidad se utilizan como principales fuentes de energía para los calentadores de agua. También existen fuentes más exóticas como los paneles solares, pero no son muy comunes en nuestro país. Por lo tanto, para realizar un cálculo preciso, es necesario comparar las ventajas y desventajas del gas y la electricidad.
- Los calentadores de agua eléctricos están disponibles en capacidades de 1 a 6 kW. La potencia de una caldera de gas comienza a partir de 4 kW.
- Como regla general, los calentadores de agua a gas del tipo de almacenamiento tienen un tanque de agua caliente más grande (hasta 150 litros), mientras que los eléctricos rara vez superan los 100 litros.
- El costo del gas en Rusia es mucho más barato que el de la electricidad.
Diagrama de un dispositivo calentador de agua a presión.
Parece que la elección es obvia y no es necesario realizar cálculos complejos. Se necesitará aproximadamente la mitad del tiempo para obtener 100-150 litros de agua caliente con un calentador de agua a gas que con un sistema alimentado por electricidad. Pero los dispositivos eléctricos no requieren equipo de línea de alimentación adicional; una simple toma de corriente es suficiente para ellos. No es necesario invitar a especialistas para instalar dicha caldera. Mientras que un calentador de agua a gas debe estar conectado a una tubería de gas, que no está disponible en todas las cabañas de verano. Además, se requiere una chimenea para la instalación segura de un calentador de agua a gas.
Es imposible comparar precios de calderas con diferentes fuentes de energía. El costo de los sistemas eléctricos depende principalmente de la potencia del elemento calefactor y del volumen del tanque. El precio de los calentadores de agua a gas se forma según el tipo de cámara de combustión. Son internos y externos. La instalación de equipos con una cámara interna requiere un esfuerzo y tiempo mínimos. Pero tales dispositivos cuestan aproximadamente el doble que las calderas con una cámara externa.
Hay que tener en cuenta una condición más. Las calderas de gas son capaces de calentar significativamente el aire. En las condiciones de las cabañas de verano y las habitaciones pequeñas, tal característica puede convertirse en un problema real si coloca un calentador de agua, por ejemplo, en la cocina.
Por lo tanto, es imposible dar recomendaciones inequívocas para elegir una caldera con una fuente de energía específica.
Sección transversal
El cálculo de la sección transversal de una tubería de suministro de agua se puede realizar de dos maneras:
- Selección según tabla de valores.
- Calculado según el caudal máximo permitido.
Selección por tabla
En realidad, la tabla no requiere comentarios.
| Diámetro nominal de la tubería, mm | Consumo, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Por ejemplo, para un caudal de 0,34 l / s, una tubería DU15 es suficiente.
Tenga en cuenta: DN (diámetro nominal) es aproximadamente igual al diámetro interior de la tubería de agua y gas. Para los tubos de polímero marcados con un diámetro exterior, el interior se diferencia de él en aproximadamente un escalón: digamos, un tubo de polipropileno de 40 mm tiene un diámetro interior de unos 32 mm.
El agujero nominal es aproximadamente igual al diámetro interior.
Cálculo de la tasa de flujo
El cálculo del diámetro del sistema de suministro de agua por el caudal de agua que lo atraviesa se puede realizar utilizando dos fórmulas simples:
- Fórmulas para calcular el área de una sección a lo largo de su radio.
- Fórmulas para calcular el caudal a través de una sección conocida a un caudal conocido.
La primera fórmula es S = π r ^ 2. En eso:
- S es el área de sección transversal requerida.
- π es pi (aproximadamente 3,1415).
- r es el radio de la sección (la mitad del DN o el diámetro interior de la tubería).
La segunda fórmula se parece a Q = VS, donde:
- Q - consumo;
- V es el caudal;
- S - área de la sección transversal.
Para facilitar los cálculos, todos los valores se convierten a SI: metros, metros cuadrados, metros por segundo y metros cúbicos por segundo.
Unidades SI.
Calculemos con nuestras propias manos el DN mínimo de la tubería para los siguientes datos de entrada:
- El caudal que lo atraviesa es igual a 0,34 litros por segundo.
- La velocidad de flujo utilizada en los cálculos es el máximo permitido de 1,5 m / s.
Empecemos.
- El caudal en valores SI será igual a 0,00034 m3 / s.
- El área de la sección transversal según la segunda fórmula debe ser de al menos 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- El cuadrado del radio según la primera fórmula es 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Saca la raíz cuadrada de este número. El radio es de 0,0092 metros.
- Para obtener DN o diámetro interior, multiplique el radio por dos. El resultado es 0,0184 metros o 18 milímetros. Como se puede ver fácilmente, se acerca al obtenido por el primer método, aunque no coincide exactamente con él.
El consumo de energía
Después de tomar una decisión sobre la necesidad de comprar y calcular el volumen de una caldera de calefacción indirecta, debe calcular cuánta agua caliente se necesita para una existencia normal. Imaginemos una familia de 4 y realicemos un análisis medio diario durante una semana y un estudio pico (mañana de la jornada laboral) del consumo de agua caliente.
- Análisis semanal
- Para lavar los platos, necesitará unos 5 litros de agua tibia por minuto. Se tiene en cuenta el tiempo de aclarado, este es de unos 5 minutos. Lavo mis platos dos veces al día, obtenemos 50 litros de agua tibia para los utensilios de cocina por día. Multiplicamos por 7 días un total de 350 litros por semana.
- Cada persona se baña 2-3 veces a la semana, gastando unos 170 litros. 4 * 2.5 = 10 * 170 = 1700 litros en 7 días.
- Dúchese 4-5 veces más durante 10 minutos a un caudal de aproximadamente 12 l / min. 4.5 * 10 * 12 = 540 por miembro de la familia, respectivamente, para los 2160 litros por semana.
- Higiene pequeña (lavarse las manos, los zapatos, limpiar la casa): aproximadamente 10 litros por persona por día equivaldrán a 280 litros para el período de estudio.
Total - 350 + 1700 + 2160 + 280 = 4490 litros por semana. Agreguemos los invitados que vinieron y por si acaso obtenemos una cifra aproximada de unos 5000 litros por semana. Pero la caldera cuenta en horas, debe traducirse a sus unidades. 5000/7/24 = 30 litros por hora de agua tibia es el consumo promedio de una familia de 4 personas.
Basándonos en nuestras cifras para la relación de temperatura y potencia, obtenemos el consumo de energía promedio requerido: 30 * 0.0375 = 1.125 kW / h.
Presión
Comencemos con algunas notas generales:
- La presión típica en la línea de suministro de agua fría es de 2 a 4 atmósferas (kgf / cm2)... Depende de la distancia a la estación de bombeo o torre de agua más cercana, el terreno, el estado de la red, el tipo de válvulas en el suministro de agua principal y una serie de otros factores.
- La presión mínima absoluta que permite que funcionen todos los artefactos sanitarios y electrodomésticos modernos que utilizan agua es de 3 metros.... La instrucción para los calentadores de agua instantáneos Atmor, por ejemplo, dice directamente que el umbral de respuesta más bajo del sensor de presión que incluye calefacción es 0.3 kgf / cm2.
El sensor de presión del dispositivo se activa a una presión de 3 metros.
Referencia: a presión atmosférica, 10 metros de altura corresponden a una sobrepresión de 1 kgf / cm2.
En la práctica, en un dispositivo de extremo, es mejor tener una altura mínima de cinco metros. Un pequeño margen compensa las pérdidas no contabilizadas en las conexiones, las válvulas de cierre y el propio dispositivo.
Necesitamos calcular la caída de altura en una tubería de longitud y diámetro conocidos. Si la diferencia de presión correspondiente a la presión en la línea principal y la caída de presión en el sistema de suministro de agua es de más de 5 metros, nuestro sistema de suministro de agua funcionará sin problemas.Si es menor, debe aumentar el diámetro de la tubería o abrirla bombeando (cuyo precio, por cierto, superará claramente el aumento en los costos de las tuberías debido a un aumento en su diámetro en un paso). ).
Entonces, ¿cómo se realiza el cálculo de la presión en la red de suministro de agua?
Aquí es válida la fórmula H = iL (1 + K), en la que:
- H es el valor codiciado de la caída de presión.
- i es la denominada pendiente hidráulica de la tubería.
- L es la longitud de la tubería.
- K es un coeficiente que está determinado por la funcionalidad del sistema de suministro de agua.
La forma más sencilla es determinar la K.
Es igual a:
- 0.3 para uso doméstico y para beber.
- 0,2 para uso industrial o extinción de incendios.
- 0,15 para fuego y producción.
- 0.10 para un bombero.
En la foto hay un sistema de suministro de agua contra incendios.
No existen dificultades particulares para medir la longitud de la tubería o su sección; pero el concepto de sesgo hidráulico requiere una discusión separada.
Su valor está influenciado por los siguientes factores:
- La rugosidad de las paredes de la tubería, que, a su vez, depende de su material y edad. Los plásticos tienen una superficie más lisa que el acero o el hierro fundido; Además, las tuberías de acero se llenan de cal y se oxidan con el tiempo.
- Diámetro de la tubería. La relación inversa opera aquí: cuanto más pequeña es, más resistencia tiene la tubería al movimiento del agua en ella.
- Tasa de flujo. Con su aumento, la resistencia también aumenta.
Hace algún tiempo, era necesario tener en cuenta adicionalmente las pérdidas hidráulicas en las válvulas; sin embargo, las válvulas de bola de paso total modernas crean aproximadamente la misma resistencia que una tubería y, por lo tanto, pueden ignorarse con seguridad.
Una válvula de bola abierta casi no tiene resistencia al flujo de agua.
Es muy problemático calcular la pendiente hidráulica por su cuenta, pero, afortunadamente, no es necesario: todos los valores necesarios se pueden encontrar en las llamadas tablas Shevelev.
Para que el lector se haga una idea de lo que está en juego, presentamos un pequeño fragmento de una de las mesas para un tubo de plástico con un diámetro de 20 mm.
| Consumo, l / s | Velocidad de flujo, m / s | 1000i |
| 0,25 | 1,24 | 160,5 |
| 0,30 | 1,49 | 221,8 |
| 0,35 | 1,74 | 291,6 |
| 0,40 | 1,99 | 369,5 |
¿Cuál es el 1000i en la columna de la derecha de la tabla? Este es solo el valor de la pendiente hidráulica por 1000 metros lineales. Para obtener el valor de i para nuestra fórmula, es suficiente dividirlo por 1000.
Calculemos la caída de presión en una tubería con un diámetro de 20 mm con una longitud de 25 metros y un caudal de metro y medio por segundo.
- Buscamos los parámetros correspondientes en la tabla. Según sus datos, 1000i para las condiciones descritas es 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Las tablas de Shevelev se han reimpreso muchas veces desde la primera publicación.
- Sustituye todos los valores en la fórmula. H = 0.2218 * 25 * (1 + 0.3) = 7.2085 metros. Con una presión en la entrada del sistema de suministro de agua de 2.5 atmósferas en la salida, será 2.5 - (7.2 / 10) = 1.78 kgf / cm2, lo cual es más que satisfactorio.
Conexión de una caldera de calefacción indirecta con recirculación.
La tubería para varios tipos de calderas de calentamiento indirecto con recirculación se realiza de acuerdo con el dibujo. Al elegir los componentes, es importante tener en cuenta las características de un sistema de calefacción doméstico.
Para la canalización del circuito de agua a la caldera, se pueden utilizar los siguientes 3 sistemas de instalación:
- Instalación de válvulas de tres vías.
- Instalación de una bomba de doble circulación.
- Regulación mediante flechas hidráulicas.
El uso de sistemas de recirculación de líquidos aumenta significativamente el rendimiento de los sistemas de calefacción y aumenta la eficiencia al calentar líquidos y habitaciones desde las calderas.
Al instalar sistemas de devanado indirecto con válvulas de tres vías, debe tenerse en cuenta que este método está destinado a tanques con mayor desplazamiento. Al desarrollar un sistema de este tipo, se calcula cómo se llevará a cabo la instalación de un tipo de calefacción de dos circuitos.
Conexión de la caldera al equipo de la caldera.
El seguimiento de la información sobre la temperatura del agua es muy importante.En una situación en la que el agua en los tanques de las calderas tiene una temperatura de calentamiento establecida mucho más alta que en los circuitos de calefacción de los propios sistemas de calefacción, esto puede conducir a un funcionamiento incorrecto de todos los equipos.
Esto evitará el cambio a la calefacción de los circuitos de calefacción. También hay opciones para instalar calderas de calefacción indirecta utilizando dos circuitos. La selección de la opción requerida también dependerá del agua en el sistema de suministro de agua. En una situación en la que el líquido en el canal principal tiene un alto grado de rigidez, es mejor utilizar la instalación de sistemas con válvulas de tres vías, ya que los sistemas de dos circuitos pueden romperse rápidamente debido a bloqueos.
