Definir el caudal máximo que requiera nuestro sistema es de vital importancia, ya que en caso de subestimarlo no se cubrirá el pico de la demanda y en caso de sobredimensionarlo el perjuicio es seleccionar un equipo más caro y que consuma más energía que la realmente necesaria. Lo analizamos y brindamos detalles prácticos que serán de utilidad para instalaciones medias y complejas.
Presurización
Presurizar líneas de agua, implica movilizar el fluido brindando presión y caudal suficientes para alimentar una o varias bocas de consumo. Definir ambos valores, presión (o altura) y caudal, puede requerir de un análisis profundo, acorde al uso.
Altura (h)
En la presente, nos centraremos en el cálculo de caudal. Pero hacemos aquí una breve descripción de cómo obtener este parámetro.
Definir el valor de altura o presión (h) para presurización se logra mediante la sumatoria de:
- altura geométrica de aspiración
- altura geométrica de elevación
- pérdidas de carga
- presión de uso
Se toma como punto de referencia el punto más alejado de la instalación.
Esta es la fórmula básica. Luego se deben analizar si otros aspectos determinantes inciden y en qué magnitud, como por ejemplo si hay grandes diferencias de cota (altura geométrica) entre el consumo más alto y el más bajo; o si hubiera pérdidas de carga localizadas en algún elemento específico del sistema; etc. Hecha esta breve descripción, dejamos el cálculo de presión o altura para una próxima nota.
Caudal (Q)
El caudal (Q) que entregue la bomba que presuriza el sistema, debe ser suficiente como para poder abastecer el máximo caudal requerido en forma simultánea, es decir, si el sistema es un domicilio el equipo de presurización debe ser capaz de abastecer todas las bocas que puedan abrirse en el mismo momento, cocina, baño, lavadero, etc. Esta definición es cierta pero poco concreta al momento de calcular, de todas las bocas de consumo ¿cuántas deberemos tener en cuenta? ¿todas? ¿la mitad? Bueno, ese porcentaje es el que debemos determinar, para ello lo importante es el análisis y conocimiento del uso.
Pasos
Definir los consumos. Hoy en día hay disponibles una gran variedad de duchas y griferías, por ejemplo, disponemos de una gran variedad de picos de duchas, pequeños, medianos grandes y extra grandes (500 a 1800 l/h), donde los valores de consumo respecto al caudal pueden tener diferencias. Al estar enfocados en grandes instalaciones esas diferencias inciden gravemente dada la gran cantidad de bocas utilizadas. Es importante que en la etapa de proyecto esto se aclare y especifique correctamente. Luego en el momento de implementar el sistema, es decir, de la compra e instalación de los mismos se respete ya que de lo contrario todo el cálculo será en vano, resultando en un dudoso o deficiente funcionamiento del sistema.
Perfil de consumo y carga. Llegado este punto debemos analizar cómo y cuáles serán las bocas de consumo que se irán abriendo durante el ciclo de trabajo del equipo, por ejemplo, en presurización domiciliaria será un día (24hs), en incendio el ciclo podrá ser elnicio del siniestro hasta su extinción, en una industria el tiempo correspondiente a la producción de un lote de producto. Todo esto detallado en orden cronológico. Así definimos el perfil de consumo. Luego esos valores se trasladan a lo que es el perfil de carga donde traspasamos los valores pero ordenados en base a la cantidad requerida (caudal) y detallando cuántas horas en el ciclo se requiere cada valor de caudal.
Gráfico perfil de consumo y de carga
Bifurcación
Aquí es donde tenemos el punto de quiebre, se visualizan dos caminos concretos:
1 – En muchos casos conocemos, o podemos prever claramente, qué tiempos y qué caudal será requerido por el sistema en todo el ciclo de trabajo, principalmente en aplicaciones esquemáticas.
2 – A primera vista no es tan sencillo poder determinar cómo se irán sucediendo las aperturas de las bocas y cuál será el pico de consumo.
Esquemáticos
Los casos previsibles desde el proyecto son por ejemplo los sistemas de incendio o de riego. Donde el equipo de bombeo deberá alimentar uno o varios sectores, cada sector con una determinada cantidad de bocas. La ventaja aquí es que podemos definir de antemano cuál será el consumo de los mismos, es decir prever cuál será la necesidad de estos definiendo caudal y el tiempo que se requiere ese caudal. Por ejemplo, en un sistema de riego podemos determinar que cada sector tenga un caudal medianamente similar, diagramando de manera que cada uno tenga la misma cantidad de picos regadores. En un sistema de incendio sabremos dónde podemos tener los posibles focos de incendio, cuáles serán los hidrantes o splinkers necesarios para sofocar el siniestro, lo que se traduce en el caudal que requerirán esos sectores. El resultado es que sabremos cuál será la necesidad concreta y dimensionar así la bomba (o grupo de bombas) que alimente ese sistema. En otras palabras, podremos claramente definir el perfil de carga.
Consumo aleatorio. Viviendas.
Un modelo bien definido de consumo aleatorio es el consumo de agua en viviendas, donde no hay horarios ni duraciones claramente previsibles.
En instalaciones domiciliarias con no más de ocho baños, el cálculo y dimensionamiento es en sí sencillo. Para ello muchos fabricantes disponen de tablas donde se definen diferentes equipos acordes a la cantidad de baños y la disposición en plantas. Lo cual, facilita la rápida selección del equipo, en muchos de los casos es el usuario final quien lo hace, esto facilita la compra del mismo, siendo correcta y útil la simplificación.
Igualmente, siempre es aconsejable la mirada de un profesional o entendido que pueda asesorar y observar los pequeños detalles que marcan diferencias. A primera vista que el usuario elija su equipo sin asesoramiento resultará en un equipo útil en la mayoría de los casos, pero en otros habrá factores invisibles al ojo inexperto. Los problemas no son graves, la bomba será útil, pero puede que el resultado no cumpla del todo las expectativas en cuanto a presión por no tener en cuenta pérdidas de carga, o que el equipo quede un tanto sobredimensionado, donde es útil pero el consumo de energía es excesivo en relación con la necesidad real.
Ahora en instalaciones grandes, desde pequeños edificios a grandes instalaciones civiles, comerciales e industriales, sucede que ya son muchas las variables y es donde debemos analizar adecuadamente cómo será el uso y sus particularidades para poder definir el equipo.
En estos casos no es lineal con la cantidad de baños o bocas de consumo, porque los porcentajes pasan a ser muy variables, donde se mezclan factores estadísticos, sociales y costumbristas. Parece muy amplio, ¿verdad?. Si lo analizamos en un caso puntual sencillo, se verá más claramente a qué me refiero.
Ejemplo
Enfoquémonos en el caso donde hay que dimensionar un equipo de presurización para un edificio compuesto por 20 departamentos de dos ambientes, con cocina y un baño cada uno. No importa si estarán dispuestos en uno o veinte pisos, ya que esto influirá en la presión, reitero en esta nota nos centraremos sólo en el caudal.
Es muy común que quien dimensiona o define el requerimiento del equipo de bombeo reciba el plano de un edificio o local. Ahora ¿es la instalación la que define cuál será el consumo de la misma? ¿O será cómo se utilice esa instalación? Analicémoslo.
Hay factores que pueden definir el uso de una vivienda, por ejemplo, en dónde esté emplazada. Según cual sea la finalidad, definirá el consumo de agua.
Comparemos tres situaciones donde el mismo edificio, idéntico en todos los casos, se construye en tres lugares diferentes.
Si este edificio con 20 departamentos está emplazado en el centro de la ciudad, la utilidad que se les dará seguramente es como oficinas, en ese ámbito es raro que alguno de los ocupantes se bañe, en algunos casos casi ni se use la cocina, por lo que esto resulta en que de todas las bocas de consumo de todo el edificio sólo se abrirán de forma simultánea en no más de un 10 o 15%.
Ahora si este edificio, está ubicado en un barrio residencial, sucederá que el consumo será mayor, ya que en una vivienda se utiliza mayor cantidad de agua y con mayor frecuencia. Por ejemplo, entre las 6:30 y 8:30 hs. de la mañana es probable que haya un pico de consumo ya que en muchos de los departamentos utilizarán las duchas. A lo largo del día ocurrirán puntos altos y bajos en el consumo, pudiendo llegar a que aproximadamente un 60% de las bocas de consumo estén abiertas en simultáneo.
Como caso de máxima, si el equipo fuera construido en una ciudad de veraneo, es probable que el uso sea muy similar al residencial, pero con la particularidad de que puedan habitarlo más personas en cada departamento y con horarios muy marcados. Al anochecer todos vuelven de la playa, se utilizarán duchas, cocinas, lavaderos, etc. pudiendo llegar a tener abiertas en el mismo momento, y sin exagerar, casi el total las bocas de consumo, 100 % de simultaneidad o un valor cercano.
Recordemos que en todos los casos son los mismos departamentos con las mismas características y construidos en base a un mismo plano.
Este ejemplo subraya entonces que no siempre el sistema define su uso, en muchos casos necesitaremos conocer modos, costumbres y necesidades de las personas. Dicho análisis será el que nos dará un criterio para poder enfocar el cálculo, constitución y selección del equipo.
Pasando en limpio
Es ideal centrarnos en conceptos claros y fáciles de implementar en situaciones.
Resumimos aquí los pasos básicos:
1 – Bocas de consumo. Conocer la cantidad de bocas de consumo y cuál es el valor que requiere de caudal cada una de ellas. En uso domiciliario serán los grifos y duchas, en una instalación industrial las máquinas que debemos alimentar.
Analizar profundamente como se utilizarán esos consumos, esto nos lleva a dos opciones:
2A – Si el sistema es previsible.
Perfil de consumo. Analizar en qué momento y por cuánto tiempo se irán abriendo esos consumos durante el ciclo de trabajo.
Perfil de carga. Transpolar los valores del perfil de consumo ordenados por caudal y tiempo.
Así conoceremos caudal máximo, mínimos y sus intermedios, y los lapsos requeridos para cada nivel de consumo.
2B – Si el sistema no es previsible.
Caudal máximo. Conocidos los elementos debemos definir el caudal máximo del sistema, sencillamente como si estuvieran todos los consumos abiertos, todos.
Simultaneidad. Deberemos definir un valor de simultaneidad. No es un dato menor, ya que si los subestimamos tendremos el problema de no satisfacer la demanda, lo cual sería un error muy grave. Si lo sobreestimamos el riesgo es sobredimensionar el equipo, lo que implica un mayor costo inicial por tener que adquirir un equipo más grande y por ende más caro, pero sobre todo la incidencia monetaria será en los costos operativos por un mayor consumo de energía.
¿Qué valor tomar de simultaneidad?
Los porcentajes orientativos son:
- Oficinas o uso comercial: 15 a 30 %
- Domicilio: 40 a 60 %
- Domicilio superpoblado o actividades comerciales que utilice agua en su producción (ej. Gastronomía): 50 a 70 %
- Hoteles, Hospitales, Gimnasios o Clubes: 70 a 100 %
Así con el caudal máximo definido y el valor de simultaneidad obtendremos por este otro camino el caudal máximo simultáneo que va a requerir el sistema y que debe entregar el equipo de presurización.
En números si todas las bocas del sistema abiertas llegan a consumir 50 m3/h y la simultaneidad se define en un 60 %, el caudal que debe entregar el equipo de presurización es de 30 m3/h. (50 m3/h x 60 %= 30 m3/h).
Esto nos lleva a definir lo que debe entregar el equipo que en la mayoría de los casos se trata de un grupo de bombas, para ellos les aconsejo la lectura de la nota técnica publicada en la edición 74 de M3h ¿Utilizar una o varias bombas? La cual les bridará una ayuda en definir la configuración del conjunto.
Ahora volviendo a la simultaneidad si quisiéramos calcular mediante otros métodos, veremos que los hay diferentes y con variadas fórmulas que pueden definir este porcentaje o factor de simultaneidad o directamente otro cálculo. Pero más allá de las variantes en la determinación, son muchas las variantes en la aplicación, esto hará que en este breve espacio nos desviemos en explicaciones que no pueden ser de utilidad.
Por ello considero importante subrayar los siguientes aspectos que sí les permitirán definir equipos de presurización más eficientes.
Conceptos útiles
Requerimientos que crecen. Es muy común en industria que la producción se vaya incrementando y en poco tiempo la necesidad de agua crezca notoriamente, muchas veces más allá de lo previsto, por ende, mayor el caudal que debe entregar la o las bombas. No sólo en industria en hoteles u hospitales puede darse también un crecimiento y mayor demanda. Por ello es que los equipos deben estar preparados para poder expandirse fácilmente.
Más equipos chicos. Siempre será más fácil y más eficiente que los equipos estén conformados con más cantidad de equipos chicos, en vez de estar compuestos por pocas bombas de gran tamaño. Por un lado, nos da la ventaja de crecer gradualmente, tener mayor eficiencia e ir utilizando sólo lo necesario, en vez de equipos que impliquen grandes escalones en consumo de energía que no siempre será del todo aprovechada. Se suma la ventaja que si la simultaneidad de consumos se disparara más allá de lo calculado podremos incorporar nuevos equipos fácilmente.
Menor Caudal y Mayor presión. En muchas aplicaciones por ejemplo relacionadas con el lavado, utilizar elementos que requieran menor caudal y mayor presión serán igual de efectivos y ahorraremos recursos preciados como agua y energía.
Velocidad variable. Los equipos que utilizan velocidad variable corren con la ventaja de poder ajustar su rendimiento al caudal correspondiente al consumo real. Nos brindan la posibilidad de sobredimensionar el valor de simultaneidad, en ambas situaciones casos con un consumo de energía eficiente.
Más información
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