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Lunes, 04 Junio 2018 15:03

Consideraciones sobre el dimensionado de instalaciones interiores de agua según Norma UNE 149201:2017

art normativa une foto0Obtención de los caudales simultáneos o caudales de cálculo

 

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MÉTODO TRADICIONAL PRECEDENTE

El caudal máximo probable, caudal de cálculo o caudal simultáneo (Qc) es el caudal utilizado para dimensionar los distintos tramos de la instalación, estableciéndose su valor a partir de la suma de caudales instantáneos (Qmin) de cada aparato reflejados en la Tabla 1, para la obtención de un caudal instalado total (Qt) y de ahí, el cálculo de  un coeficiente de simultaneidad, por el cual se obtendrá el caudal simultaneo o de cálculo de la instalación en estudio.

La anulada Norma Básica de Instalaciones Interiores de Agua (NIA), establecía los caudales instantáneos solamente para instalaciones de agua fría (no contemplaba las de agua caliente). Para establecer unas dimensiones mínimas en las instalaciones interiores se clasificaron las viviendas en unos tipos, cuyo criterio diferenciador era el número y características de los aparatos sanitarios instalados, distinguiendo cinco rangos de “viviendas tipo”, correspondientes a cinco franjas de consumo diferentes (A/B/C/D y E);

Hay que tener en cuenta no obstante, que el método probabilístico adoptado por esta Norma Básica, se limitaba a pautar el cálculo de caudales instalados y mediante las fórmulas, sobradamente conocidas, exclusivamente para su uso en viviendas, omitiendo las posibles variaciones en las mismas, para edificios de otros ámbitos, por lo que dicho método quedaba muy limitado y carecía de la rigurosidad suficiente para su aplicación generalizada a todo tipo de edificaciones.

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El caudal  de  cálculo  se  obtiene  multiplicando  el  caudal  instalado  (suma de los caudales instantáneos mínimos por aparato) por un coeficiente de simultaneidad mediante una fórmula dada como válida por diversos autores, así como por la antigua Norma Francesa.

Siendo «n» (minúscula) el número de aparatos existentes en la vivienda o recinto en estudio y “k” el número total de aparatos sanitarios o puntos de agua instalados.

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Otro aspecto a tener en cuenta es de la simultaneidad que existe en la acometida que alimenta a un inmueble constituido por más de una vivienda. Igualmente el caudal máximo previsible que se utiliza para el cálculo del ramal, se obtiene por la suma de los caudales máximos previsibles en cada una de las viviendas, afectada de un coeficiente de simultaneidad, ya que en condiciones normales la demanda máxima de cada una de ellas no se presentará en el mismo instante, empleándose la siguiente fórmula:

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En la que “N” (mayúscula) es el número de viviendas iguales, cuyo suministro depende de la misma acometida o ramal, por similitud con la fórmula para la obtención de la simultaneidad por vivienda, esta última fórmula ha sido, en ocasiones, mal utilizada y difundida durante años, cambiando erróneamente la expresión (N+1) por la incorrecta (N-1), lo cual puede modificar sensiblemente el valor de la simultaneidad resultante.

El caudal instantáneo máximo será:

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Siendo (K1  x ∑Qi) el caudal instantáneo máximo Qc1 que puede disponer cada una de las viviendas.

Una variante de la expresión utilizada, con mucha frecuencia, con buenos resultados, por los profesionales, viene dada por la siguiente fórmula:

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Donde:

a = 0: Fórmula de la anulada Norma Básica

a = 1: Edificios de oficinas a = 2: Viviendas

a = 3: Hoteles, hospitales

a = 4: Escuelas, universidades, cuarteles

Si bien, esta variante fue anulada en España al entrar en vigor la Norma Básica de 1975. La entrada en vigor del actual Código Técnico, no invalida en absoluto el sistema de cálculo del coeficiente de simultaneidad, ni el del caudal de cálculo que utilizaba dicha disposición y que se sigue utilizando en algunas ocasiones, aunque las especificaciones del CTE –HS4 sobre la metodología de cálculo a emplear son ampliamente inconcretas.

Estas expresiones habían sido extrapoladas para su uso mediante ábacos, en los que unas curvas  de  simultaneidad  reproducían  los  mismos  coeficientes  que  los aplicación de las citadas fórmulas.

EL MÉTODO DE DIMENSIONADO MEDIANTE NORMA UNE-EN 149201

Según la Norma UNE 149201 de 2017 los caudales instalados totales (Qt) se clasifican en mayores de 20 l/s (≈ 10 viviendas estándar con 7 aparatos sanitarios y un caudal instalado cada una de ellas del orden de 2 l/s equivalente a los suministros tipo «E» de la anulada Norma Básica Española) e inferiores a 500 l/s; y en menores o iguales a estos 20 l/s. A su vez estos últimos, se subdividen en instalaciones en la que ninguno de sus aparatos tienen un consumo puntual mayor a 0,5 l/s (el caso para la mayoría de viviendas) y las que incorporan algún aparato con un consumo igual o superior a 0,50 l/s (edificios con instalación de fluxores y/o lavadora industrial) con el único requisito que se establece para los fluxores (y determinados tipos de generadores térmicos para ACS) para alguno de estos casos el Código Técnico de la Edificación señala que la presión mínima (dinámica) en el punto de consumo sea además y como mínimo de 150 KPa. (1,5 bar).

No obstante es aconsejable, en el caso de instalaciones con fluxores, se haga un estudio particular  e  incluso,  si  la cantidad  es  importante,  puede  ser necesario ejecutar una red independiente exclusivamente para estos dispositivos.

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Determinación del caudal de cálculo o caudal simultáneo según apartado 4.1.2 de la Norma UNE 149201:2017

Para evitar el desarrollo de estas  expresiones  semiempíricas  así como  el  uso  de  fórmulas exponenciales, que pueden suponer cierta complejidad para el profesional, se han extrapolado dichas expresiones mediante curvas características, para los diferentes valores de caudal instalado y caudal simultáneo o de cálculo, tal y como puede verse, a modo de ejemplo, en los dos siguientes ábacos. 

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Del mismo modo y con el mismo criterio, podríamos elaborar ábacos para las curvas de caudal adaptadas a una escala de trabajo mucho más cómoda para cada uno de las edificaciones tipo, establecidas en la Norma UNE 149201, tal y como se puede ver en el gráfico siguiente y a modo de ejemplo para edificaciones destinadas a viviendas.

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A pesar no quedar reflejado en el documento original de la citada Norma UNE, los valores obtenidos para cada caudal de origen (caudal instalado) y para cada ámbito de edificación pueden tabularse, permitiendo la obtención de los caudales simultáneos o de cálculo de un modo más simplificado, tal y como se aprecia en la siguiente tabla, para un reducido margen de caudales, que puede ser ampliado y consultado en diversos tratados sobre fontanería y dimensionado de redes de suministro de agua.

Para obtener los máximos caudales simultáneos probables o caudales de cálculo (Qc) para valores intermedios de los caudales  totales  instalados,  no  comprendidos en las tablas, sin necesidad de recurrir  a las fórmulas, utilizaremos  la interpolación lineal. Como ejemplo, para obtener el caudal simultáneo ó de cálculo para un caudal instalado de 16,5 l/s en un edificio de viviendas  (todos  cuyos  aparatos  tienen  un  caudal  inferior  a  0,50  l/s)  se siguiente manera: 

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Es decir, que para un caudal instalado de 16,5 l/s el caudal de cálculo ó simultáneo será de 2,36 l/s, a esta misma conclusión, con un margen de error muy pequeño, podremos llegar mediante el uso de los ábacos citados o de la formulación señalada en la citada Norma UNE.

Resumen de la mecànica de cálculo

En definitiva y después de lo comentado anteriormente para dimensionar las tuberías de cualquier edificio se seguirán los procedimientos basados en la Norma UNE 149201:2017

1º- Estableceremos el caudal instalado o caudal máximo (Qi) en base a  la  suma  de  los caudales instantáneos mínimos (Qmin) reflejados en el DB HS4 del CTE y en la propia Norma UNE 149201:2017.

2º- Seleccionaremos la fórmula o fórmulas y ábacos o tablas equivalentes para hallar caudal de cálculo (Qc) según tipo de edificación y caudal instalado Qi (mayor o menor de 20 l/s) y si existen o no aparatos con caudales instantáneos mínimos superiores a 0,50 l/s (como por ejemplo fluxores de inodoro, lavadoras industriales u otros) y obtener el correspondiente caudal de cálculo (Qc) según la UNE 149201:2017.

3º- Determinado el caudal de cálculo (Qc) de cada tramo, en un primer tanteo, fijar por alguno de los procedimientos citados el diámetro interior de la conducción, para obtener velocidades del agua comprendidas en el intervalo entre 0,5 a 2 m/s en tuberías metálicas y los 0,5 y los 3,5 m/s en tuberías termoplásticas y multicapa.

Con todo y que puede desarrollarse la secuencia de cálculo establecida por la Norma UNE que nos ocupa, habitualmente los fabricantes de tubería disponen de unas tablas, gráficos e incluso softwares de cálculo específicos, que permiten obtener el diámetro adecuado a unas determinadas condiciones de caudal y velocidad para el material y características propias de cada tipo de tubería, siendo factible la obtención rápida del diámetro de la misma, así como también la obtención de la pérdida de carga resultante para unas condiciones determinadas, que permitirán a su vez la obtención de la pérdida de carga total para dicho tramo, introduciendo el número y tipología de los accesorios intermedios de la red en estudio. En este caso, se podrá tomar en consideración lo señalado en las tablas 4.2 y 4.3 del DB HS4 del Código Técnico de la Edificación, sobre diámetros mínimos de alimentación y derivaciones a los aparatos.

Las bases para el diseño y dimensionado de los equipos de presión para el suministro de agua a la totalidad o una parte de los usuarios del edificio, se desarrollarán en base a los criterios expresados en la Norma UNE 149202:2013, considerando que la presión dinámica requerida para cualquier punto de consumo debe ser de 100 kPa (1 bar ≈ 10,2 m.c.a) para los grifos o puntos de consumo habituales o de 150 kPa (1,5 bar ≈ 15,3 m.c.a.)  para  los  puntos  de consumo con necesidades especiales de presión, como determinados fluxores y generadores térmicos de ACS, así como la limitación máxima de presión de suministro a cualquier punto de consumo establecida en 500 kPa (5 bar), tal y como señala el DB HS4 del CTE y la misma Norma UNE 149201:2017.

Tomando en consideración la siguiente expresión.

PDr = PAC ñ PeHg ñ ΔpT

Siendo:

PDr: Presión dinámica residual (presión disponible en el punto más desfavorable)

PAC: Presión disponible en acometida

PeHg: Presión equivalente en altura geométrica (altura total al punto más desfavorable)

*ΔpT:Pérdida de carga total al punto más desfavorable (pérdida de carga en tuberías + pérdidas de carga en accesorios intermedios y elementos singulares como contadores, válvulas, filtros, etc.).

* En esta Norma UNE se reflejan también diferentes métodos de cálculo para determinar la pérdida de carga en tuberías, básicamente mediante la adopción de la ecuación de Colebrook- White o bien con el uso de la ecuación de Swamee & Jain (existiendo además otros métodos y ecuaciones de cálculo en diversa bibliografía existente - Ej. Ecuación Darcy- Weisbach), así como el método para calcular las pérdidas de carga singulares o localizadas, debidas al rozamiento de los accesorios y dispositivos intermedios de la red (codos, tes, manguitos, contadores, válvulas, etc.)

Pero más allá de estos métodos que contemplan un nivel razonable de rigurosidad técnica, se admite también la determinación de las pérdidas de carga de  los  accesorios  intermedios (codos, tes, manguitos y similares) en base al método de longitudes equivalentes, consistente en establecer la equivalencia entre la pérdida de carga de cada accesorio en forma de incremento de longitud del circuito, de forma que cada accesorio, en función de su diámetro y su tipología (su forma), equivaldrá a un determinado valor de longitud (en m.) de tubería del mismo diámetro, de manera que se incrementará la longitud teórica del circuito y por tanto la pérdida de carga lineal del circuito.

En este caso, se admite como método alternativo para no considerar todos y cada uno de los accesorios intermedios de la red, principalmente codos, tes, manguitos y accesorios similares, la adopción de un porcentaje de incremento, comprendido entre un 20% y un 30% de la

longitud real de la tubería, según lo señalado en el apartado 4.2.2. del DB HS4 del CTE. Como dice en este caso la propia Norma, aunque el uso de porcentajes de estimación está muy extendido entre los profesionales, este método es siempre menos preciso que el método de cálculo individual de las pérdidas de carga, siendo recomendable reservarlo tan sólo a los accesorios  intermedios  del circuito  y  desestimando  su  uso  para  otros dispositivos como contadores, determinado tipo de válvulas y otros elementos singulares de la red.

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