Cálculo del volumen de la tubería: principios de cálculo y reglas para realizar cálculos en litros y metros cúbicos

Al determinar la cantidad de líquido necesaria en un sistema de calefacción, a menudo es necesario resolver un problema independiente: calcular el volumen de una tubería con parámetros determinados. La fórmula de cálculo en sí es simple. Sin embargo, en la práctica, para obtener un resultado preciso, debe aplicarse con cuidado.

Explicaremos cómo calcular el volumen interno de un importante sistema de comunicación. En el artículo que presentamos se analizan en detalle las opciones para realizar cálculos para tuberías y dispositivos de calefacción. Siguiendo nuestros consejos, resolverá la tarea rápidamente.

Parámetros geométricos de las tuberías

Para determinar el volumen de una tubería, es necesario y suficiente conocer solo dos de sus parámetros: la longitud y el diámetro interno (real). Es importante no confundir este último parámetro con el tamaño externo, que se indica para la selección correcta de accesorios y elementos de conexión.

Si se desconoce el valor del espesor de pared, se puede utilizar DN (diámetro nominal interno) en lugar del diámetro interno calculado. Son aproximadamente iguales, y el valor de DN suele estar indicado en el marcado que se coloca en la parte exterior del producto.

La nomenclatura estándar de las tuberías de polipropileno incluye el diámetro externo y el espesor de pared en milímetros. Con estos dos parámetros se puede calcular el diámetro interno.

Antes de intentar calcular el volumen de cualquier tubería, es necesario evitar un error común y convertir todos los parámetros a un sistema de medida unificado. El problema es que la longitud generalmente se expresa en metros y el diámetro en milímetros. La relación entre estas dos unidades es la siguiente: 1 m = 1000 mm.

En realidad, también se pueden convertir los parámetros a valores intermedios: centímetros o decímetros. A veces esto incluso resulta conveniente, considerando que en ese caso la cantidad de decimales o, por el contrario, de ceros, no será muy grande.

Relación entre unidades de medida de volumen. Al convertir de una magnitud a otra, es necesario evitar errores en la cantidad de ceros o, por el contrario, de decimales.

Para tuberías fabricadas fuera de Rusia (y no para Rusia), el diámetro puede expresarse en pulgadas. En ese caso, es necesario realizar la conversión, teniendo en cuenta que 1″ = 25.4 mm.

Fórmula para una tubería individual

Desde el punto de vista de la geometría, una tubería representa un cilindro circular recto.

El volumen de dicho objeto es igual al área de la sección multiplicada por la longitud:

V = l * S

Donde:

• V – volumen (m³);
• l – longitud (m);
• S – área de la sección (m²).

El área de la sección de una tubería con forma de círculo de diámetro conocido se calcula mediante la fórmula:

S = π * d² / 4

Aquí:

• π = 3.1415926;
• d – diámetro del círculo (m).

La fórmula final del volumen de una tubería con diámetro interno y longitud conocidos será la siguiente:

V = π * l * d² / 4

Si la unidad de medida de la longitud y el diámetro de la tubería es otra (dm, cm o mm), entonces el volumen se expresará en dm³, cm³ o mm³ respectivamente.

También, quisiera mostrarles un método sencillo para medir el diámetro exterior de la tubería (D) sin un calibre. D = L / π, donde L – longitud de la circunferencia:

Para calcular correctamente el volumen de las tuberías, es necesario sustituir dos parámetros en la fórmula simple: la longitud y el diámetro interno. Cuanto más precisamente se midan o calculen, más preciso será el resultado obtenido.

Para realizar cálculos del volumen interno de una tubería, se requieren fórmulas geométricas simples, que se utilizan en la escuela en las clases de física, álgebra, química, geometría y otras materias.

Ejemplos prácticos de realización de cálculos

Una ayuda significativa para analizar los principios de cálculo y la secuencia de acciones al realizar cálculos la proporcionarán ejemplos concretos, que vale la pena consultar para los visitantes interesados.

Problema #1 – cálculo del volumen del fluido caloportador requerido

Para una casa de campo de residencia temporal, es necesario calcular el volumen de propilenglicol a comprar – fluido térmico que no se congela a temperaturas de hasta -30°C. El sistema de calefacción consta de una estufa con camisa de 60 litros, cuatro radiadores de aluminio de 8 secciones cada uno y 90 metros de tubería PN25 (20 x 3.4).

Las tuberías del estándar PN25 20 x 3.4 se utilizan con mayor frecuencia para organizar un pequeño circuito de calefacción con conexión en serie de radiadores. Su diámetro interno es de 13.2 mm.

El volumen de líquido en la tubería debe calcularse en litros. Para ello, como unidad de medida se debe tomar el decímetro. Las fórmulas de conversión de las unidades de longitud estándar son las siguientes: 1 m = 10 dm y 1 mm = 0.01 dm.

El volumen de la camisa de la caldera es conocido. V₁ = 60 l.

En la ficha técnica del radiador de aluminio Elegance EL 500 se indica que el volumen de una sección es de 0.36 l. Entonces V₂ = 4 * 8 * 0.36 = 11.5 l.

Calculemos el volumen total de los tubos. Su diámetro interno d = 20 – 2 * 3.4 = 13.2 mm = 0.132 dm. La longitud l = 90 m = 900 dm. Por lo tanto:

V₃ = π * l * d² / 4 = 3.1415926 * 900 * 0.132 * 0.132 / 4 = 12.3 dm³ = 12.3 L.

Así, ahora se puede encontrar el volumen total:

V = V₁ + V₂ + V₃ = 60 + 11.5 + 12.3 = 83.8 L.

La relación porcentual del volumen de líquido en las tuberías respecto al sistema total es solo del 15%. Pero si la longitud de las comunicaciones es grande o se utiliza un sistema “suelo radiante”, entonces la contribución de las tuberías al volumen total aumenta significativamente.

En instalaciones industriales y agrícolas a menudo se instalan radiadores de calefacción caseros, dispuestos como registros. Conociendo las dimensiones de los tubos, se puede calcular su volumen.

Problema #2 – cálculo del volumen de un radiador casero

Analicemos cómo calcular un radiador de calefacción casero clásico de cuatro tubos horizontales de 2 m de largo. Primero es necesario encontrar el área de la sección transversal. El diámetro exterior se puede medir desde el extremo del producto.

Que sea 114 mm. Usando la tabla de parámetros estándar de tubos de acero, encontraremos el espesor de pared característico para este tamaño – 4.5 mm.

Calculemos el diámetro interior:

d = 114 – 2 * 4.5 = 105 mm.

Determinemos el área de la sección transversal:

S = π * d² / 4 = 8659 mm².

La longitud total de todos los fragmentos es de 8 m (8000 mm). Encontremos el volumen:

V = l * S = 8000 * 8659 = 69272000 mm³.

El volumen de los tubos de conexión verticales se puede calcular de manera similar. Pero se puede despreciar este valor, ya que será inferior al 0.1% del volumen total del radiador de calefacción.

El valor obtenido no es informativo, por lo que lo convertiremos a litros. Como 1 dm = 100 mm, entonces 1 dm³ = 100 * 100 * 100 = 1000000 = 10⁶ mm³.

V = 69272000 / 10⁶ = 69.3 dm³ = 69.3 L.

Las baterías grandes o sistemas de calefacción (que se instalan, por ejemplo, en granjas) requieren volúmenes significativos de fluido térmico.

Por lo tanto, como se necesitará calcular el volumen de los tubos en m³, todas las dimensiones antes de sustituirlas en la fórmula deberán convertirse inmediatamente a metros.

Problema #3 – cálculo de la longitud necesaria de tuberías de PP

Se puede obtener el valor de la longitud del fragmento usando una regla común o una cinta métrica. Se pueden despreciar las pequeñas curvaturas y combaduras de los tubos poliméricos, ya que no generarán un error final grave.

Con esa curvatura de las tuberías poliméricas, su longitud será significativamente mayor (en un 10-15%) que la extensión del tramo por el que están instaladas.

Para mantener la precisión, es mucho más importante determinar correctamente el inicio y el final del fragmento:

• Al conectar la tubería a la columna vertical, la longitud debe medirse desde el inicio del fragmento horizontal. No se debe incluir la parte adyacente de la columna, ya que esto daría lugar a un doble conteo del mismo volumen.
• En la entrada del radiador, la longitud debe medirse hasta sus tubos, incluyendo las válvulas. Estas no se tienen en cuenta al determinar el volumen del radiador según sus datos de placa.
• En la entrada de la caldera, se debe medir desde la camisa, teniendo en cuenta la longitud de los tubos de salida.

Las curvas se pueden medir de forma simplificada: considerar que pasan en ángulo recto. Este método es aceptable, ya que su contribución total a la longitud de las tuberías es insignificante.

Si se dispone de un esquema de distribución del suelo radiante, se puede calcular la longitud de los tubos con el fluido caloportador a partir del plano con una cuadrícula a escala.

El volumen del suelo radiante se calcula por el metraje de las tuberías instaladas.

Si no se dispone de datos de longitud ni de esquema, pero se conoce la separación entre los tubos, se puede realizar el cálculo mediante la siguiente fórmula aproximada (independientemente del método de instalación):

l = (n – k) * (m – k)/k

Aquí:

• n – longitud del tramo del suelo radiante;
• m – anchura del tramo del suelo radiante;
• k – separación entre los tubos;
• l – longitud total de los tubos.

A pesar de la pequeña sección de las tuberías utilizadas para el suelo radiante por agua, su longitud total conduce a un volumen significativo del fluido térmico contenido.

Así, para abastecer un sistema similar al de la figura anterior (longitud – 160 m, diámetro externo – 20 mm), se necesitarán 26 litros de líquido.

Obtención del resultado mediante método experimental

En la práctica surgen situaciones problemáticas cuando el sistema hidráulico tiene una estructura compleja o algunos de sus fragmentos están instalados de forma oculta. En este caso, resulta imposible determinar la geometría de sus partes y calcular el volumen total. Entonces, la única solución es realizar un experimento.

El uso del colector y la instalación de tuberías bajo la solera es un método avanzado para la conducción oculta de agua caliente a los radiadores de calefacción. No es posible calcular con exactitud la longitud de las conducciones si no se dispone de un plano.

Es necesario drenar todo el líquido, tomar un recipiente medidor (por ejemplo, un cubo) y llenar el sistema hasta el nivel requerido. El llenado se realiza a través del punto más alto: un tanque de expansión de tipo abierto o la válvula de purga superior. Mientras tanto, todas las demás válvulas deben estar abiertas para evitar la formación de bolsas de aire.

Si el movimiento del agua en el circuito es realizado por una bomba, entonces hay que dejarla funcionar durante una o dos horas sin calentar el fluido térmico. Esto ayudará a eliminar las acumulaciones de aire residual. Después de eso, se debe volver a rellenar el líquido en el circuito.

Este método también se puede utilizar para partes individuales del circuito de calefacción, por ejemplo, el suelo radiante. Para ello, debe desconectarlo del sistema y "purgarlo" de la misma manera.

Conclusiones

A pesar de que en la red se nos ofrece una gran variedad de programas informáticos para realizar cálculos sobre el volumen de refrigerante, existen tablas GOST para determinar el volumen interior de las tuberías, y es necesario conocer los principios de los cálculos «manuales».

Son necesarios tanto para quienes realizan por sí mismos la construcción y reparación de instalaciones, como para quienes utilizan los servicios de empresas de diseño y construcción. La información útil ayudará a determinar el consumo de material antes de instalar el sistema, calcular con precisión el presupuesto y hacerse una idea de los futuros gastos de operación.

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