INFORME TÉCNICO Nº 10

Transcripción

1 INFORME TÉCNICO Nº 10 Presiones Hidráulicas La norma UNE-EN 805 y otras informaciones, dan una serie de definiciones relativas a la presión que indicamos a continuación: Designación de presiones según UNE-EN 805 Abrev. a Español Inglés Relativas DP Presión de diseño Design Pressure MDP STP diseño Presión de prueba de la red Maximum Design Pressure System Test Pressure A la Red PFA PMA PEA Presión de funcionamiento admisible Presión máxima admisible Presión de prueba en obra admisible Allowable operating pressure Allowable maximum operating pressure Allowable site test pressure A los componentes OP Presión de funcionamiento Operating pressure SP Presión de servicio Service pressure A la Red a) Presión Nominal (PN) Se define la presión nominal como un valor numérico de una serie convencional que se adopta, a efectos de referencia, para caracterizar los tubos, las piezas especiales y los demás elementos de la tubería en relación con la presión hidráulica interior (en bar) que son capaces de resistir en ausencia de cargas externas. Otra definición según UNE-EN : Designación numérica utilizada con fines de referencia y relacionada con las características mecánicas del componente de un sistema de canalización. Para los sistemas de canalización en materiales plásticos para la conducción de agua, se corresponde con la presión máxima de operación, en bar, que puede mantenerse con agua a 20ºC, basada en el coeficiente de diseño mínimo. b) Presión Máxima de Operación (MOP) Es la presión efectiva máxima del fluido en el sistema de canalización que se permite en funcionamiento continuo. Se calcula empleando la siguiente ecuación: c) Presión de funcionamiento admisible (PFA) Presión hidrostática máxima que un componente es capaz de soportar de forma permanente en servicio, equivalente de algún modo, al concepto anterior de PN. d) Presión de prueba en obra admisible (PEA) Presión hidrostática máxima que un componente recién instalado en obra es capaz de soportar, durante un período de tiempo relativamente corto, con objeto de asegurar la integridad y la estanquidad de la conducción. e) Presión máxima admisible (PMA) Presión máxima, incluido el golpe de ariete, que un componente es capaz de soportar en servicio. IT-10 1/5

2 f) Presión de diseño (DP) funcionamiento (en régimen permanente) de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones, pero excluyendo golpe de ariete. g) diseño (MDP) funcionamiento de la red o de la zona de presión, fijada por el proyectista, considerando futuras ampliaciones e incluyendo golpe de ariete, donde: - MDP se designa MDPa, cuando se fije previamente el golpe de ariete admitido. - MDP se designa MDPc, cuando el golpe de ariete se calcule. h) Presión de funcionamiento (OP): Presión interna que aparece en un instante dado en un punto determinado de la red de abastecimiento de agua. i) Zonas de presión: Áreas de rangos de presión en la red de abastecimiento de agua. j) Presión de servicio (SP): Presión interna en el punto de conexión a la instalación del consumidor, con caudal nulo en la acometida. k) Golpe de ariete: Fluctuaciones rápidas de presión debidas a las variaciones de caudal durante intervalos cortos de tiempo. l) Presión de prueba de la red (STP): Presión hidrostática aplicada a una conducción recientemente instalada de forma que se asegure su integridad y estanquidad. El golpe de ariete está esencialmente relacionado con la velocidad del agua y no con la presión interna. 1. Golpe de ariete 2. Línea estática (piezométrica a caudal nulo) 3. Perfil longitudinal de la conducción 4. Línea piezométrica 5. Válvula Ejemplo de conducción de gravedad a presión 1 1. Presión 2. MDP (Presión Máxima de Diseño) 3. OP inicial (Presión de funcionamiento) 4. Presión atmosférica 5. Presión de vapor saturado 6. Nueva OP 7. Tiempo Ejemplo de la onda del golpe de ariete IT-10 2/5

3 NOTA A: La PN es un concepto de gran tradición en el ámbito de las tuberías a presión, el cual no figura recogido en la norma UNE-EN 805, si bien sí se considera en las normas específicas de tuberías y accesorios plásticos. Hay que resaltar que si bien en la actualidad la PN se identifica con la máxima DP que un componente es capaz de resistir, en los tubos de materiales termoplásticos hasta hace relativamente poco tiempo se ha venido entendiendo que se refería a la máxima MDP (incluyendo las sobrepresiones debidas al golpe de ariete). Debe también precisarse que aunque la PN se refiera a la máxima DP que el componente es capaz de resistir, ello no quiere decir que dicho componente no sea capaz de soportar las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, sino que existen las relaciones entre dichas sobrepresiones y PN que se indican en la tabla siguiente Relación de PN con PFA, PMA PEA según materiales Material PFA PMA PEA Fundición con bridas (UNE-EN 545) PN 1.20 PFA PMA + 5 bar PVC-U (UNE-EN 1452) PN El menor de 1.5 PFA ó PFA + 5 bar PE (UNE-EN ó 13244) PN PRFV (UNE 53323) PN 1.40 PFA Válvulas (UNE-EN 1074) PN 1.20 PFA El menor de 1.5 PFA ó PFA + 5 bar Ejemplo 1: En la figura siguiente se representan las relaciones entre las presiones de los componentes y de la red antes definidos, para, por ejemplo, en el caso de una impulsión ,5 Presiones de los componentes Presiones en la tubería 15 Presión (bar) 12,5 10 7,5 5 2,5 0 Presión estática DP PFA min MDP PMA min STP PEA min Presión de prueba Relación entre presiones - Presión estática: 5 bar - DP = 7.5 bar - MDP = 10 bar - STP = 12.5 bar - Los tubos a instalar deberán tener una PFA, una PMA y una PEA mínimas, respectivamente, iguales a los valores de DP, MDP y STP de 7.5, 10 y 12.5 bar, o sea: - PFA = 7.5 bar - PMA = 10 bar - PEA = 12.5 bar IT-10 3/5

4 Comparación entre UNE-EN 805 y MOPU 1974 Concepto Presión solicitante cuando, estando en carga, se encuentra el agua en reposo Presión máxima en funcionamiento en régimen permanente Presión máxima que puede alcanzarse considerando las fluctuaciones debidas al golpe de ariete Presión a la que se prueba la tubería una vez instalada y previo a la Recepción UNE-EN 805 Pliego MOPU 1974 Denominación Siglas Denominación Siglas Presión de diseño (la mayor de ambas) diseño Presión de prueba de la red DP MDP STP Presión estática Presión de servicio trabajo Presión de prueba en zanja Presión de prueba de estanquidad Pt NOTA B: Es importante destacar que la relación entre la PN y las presiones hidráulicas que solicitan a la red ha cambiado con las nuevas normas europeas de tuberías plásticas (PVC-U: UNE-EN 1452 PE: UNE-EN 12201, etc.) respecto a las anteriores (UNE 53112, UNE 53131, etc.) en las que se entendía que la PN incluía las sobrepresiones debidas al golpe de ariete, mientras que en las nuevas normas europeas UNE- EN no se consideran incluidas. Por ejemplo las nuevas normas indican que: PN = PFA PEA = El menor de 1.5 PFA ó PFA + 5 bar Ejemplo 2: Una tubería que vaya a estar solicitada por una DP de 15 bar y una MDP de 17 bar con la normativa anterior (UNE 53112) debía de encargarse de PN 20 (el primer valor normalizado superior a 17 bar), mientras que con la nueva situación (UNE-EN 1452) basta con que sea de PN 16 (el primer valor normalizado superior a 15), siempre que la STP sea inferior a 21 bar (16 + 5). Quedaría por determinar si un tubo de PN 16 según los criterios de UNE-EN 1452 resiste una MDP de 17 bar, cuestión esta que no está resuelta en dicha norma, si bien, no obstante, al tratarse de una sobrepresión moderada, del orden del 20%, es soportable para el tubo. En cualquier caso, si se adopta como criterio el que el golpe de ariete admisible sea el provocado por una onda de celeridad similar a los valores normalizados, sobrepresiones del orden del 20 al 30% son razonablemente admisibles Las variaciones de presión y caudal que dan lugar al golpe de ariete se propagan a través de toda la masa líquida como un movimiento ondulatorio. La velocidad de propagación de la onda se llama CELERIDAD y es función del módulo de elasticidad del material de la tubería y su valor según la fórmula de Allievi: g a = ( 1/E 1 + 1/E t x DN/e). a = Velocidad de propagación o celeridad, en m/s g = Aceleración de la gravedad, en m/s 2 E 1 = Módulo de elasticidad del líquido (para el agua = 2.1 x 10 8 Kg/m 2 ) E t = Módulo de elasticidad del material del tubo, en Kg/m 2 DN = Diámetro nominal del tubo, en mm e = Espesor de la pared del tubo, en mm = Peso específico del líquido (para el agua = 1000 Kg/m 3 ) PN = PFA IT-10 4/5

5 Cuanto más bajo es el valor de la celeridad, menor es la sobrepresión que pueda originarse en la tubería, de aquí que sea aconsejable el empleo de tuberías de bajo módulo de elasticidad, pues en las mismas condiciones de funcionamiento dan lugar a sobrepresiones inferiores a las que se producen con el empleo de materiales tradicionales, considerablemente más rígidos. En la tabla siguiente se puede observar de cómo en los tubos de materiales plásticos la celeridad de onda (y en consecuencia los efectos del golpe de ariete) son mucho menores que en el resto. Para ello, sobre la base de una tubería supuesta de igual diámetro medio para todos los materiales y considerados unos espesores normales en cada material, en la tabla adjunta se calculan las celeridades de onda resultantes en cada caso, pudiéndose apreciar como éstas, en los materiales plásticos, son del orden de 2 ó 3 veces menores que en los restantes materiales. Celeridades en distintos materiales Material E1 (Kg/m2) Dm (mm) e (mm) a (m/s) Fundición 17 x Acero 21 x Hormigón 3 x PVC-U 3 x PE PRFV 2 x Bibliografía: - Nuevos criterios para la caracterización de las conducciones a presión - CEDEX - Guía técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión CEDEX - Guía técnica sobre redes de saneamiento y drenaje urbano CEDEX - Normas UNE-EN O o o o O o o o O IT-10 5/5