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Funcionamiento de la tubería

Los ruidos mecánicos que acompañan a los ciclos de calentamiento y enfriamiento de los sistemas de tuberías fabricadas de metal se eliminan casi por completo cuando se utilizan sistemas de tuberías de plástico. Las tuberías de plástico reducen y silencian la transmisión tanto del ruido mecánico como de los efectos del “golpe de agua”.

Ruido mecánico
Para que el sonido se transmita a través de materiales sólidos, el aislamiento y la absorción del ruido del material son criterios importantes y esto es una función de la densidad y la elasticidad del material. Las propiedades acústicas de los plásticos, cuando se trazan sobre rangos amplios de frecuencias y temperatura, normalmente se determinan por las temperaturas de transición vítrea del material plástico concreto. A temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea, Tg, la velocidad del sonido se reduce en gran medida y la absorción del sonido se incrementa también en gran medida. El Tg de los homopolímeros de polibuteno-1 es -18°C. La temperatura típica de servicio de una instalación de calefacción o agua potable es muy superior a este Tg por lo que la transmisión del sonido se reduce considerablemente. Con metales como el cobre, no existe transición vítrea por lo que la transmisión del sonido permanece alta, incluso a temperaturas que se acercan al punto de fusión del material.

Generalmente para los materiales, se observa que cuanto más alta sea la densidad, más alta la velocidad del sonido. Los datos que se ofrecen en la tabla abajo, muestran claramente esta relación para una selección de materiales comunes de fontanería.


Velocidad del sonido en materiales
  Densidad(g/cm3) Módulo elástico(MPa) Velocidad del sonido(m/s)
Cobre 7.2 110,000 3,900
PB-1 0.93 350 620
CPVC 1.56 3,500 2,350
PEX 0.95 600 800
Goma blanda 0.90 90 320

Obviamente, el diseño de la instalación es crítico a la hora de asegurar el funcionamiento silencioso de un sistema de fontanería. Para lograr los mejores resultados, debe considerarse detenidamente la elección de materiales para las tuberías y accesorios, además de la disposición más óptima del sistema de tuberías, con relación a la construcción del edificio.

Golpe de ariete
Una columna de agua en movimiento en un conducto contiene energía cinética almacenada que surge de su volumen y velocidad. Puesto que esencialmente el agua no puede comprimirse, esta energía no puede absorberse cuando una válvula se cierra repentinamente. El resultado es un pico instantáneo de alta presión que normalmente se conoce como “Golpe de ariete”.

Five factors determine the severity of water hammer: Son cinco los factores que determinan la severidad del golpe de ariete:
  1. Velocidad
  2. Módulo de elasticidad del material de la tubería
  3. Diámetro interior de la tubería
  4. Espesor de la pared de la tubería
  5. Tiempo de cierre de la válvula
Los picos máximos de presión ocasionados por el agua pueden calcularse utilizando la siguiente ecuación tomada del libro 'Handbook of Thermoplastic Piping System Design', Thomas Sixsmith y Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., pp 65-69

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½

donde:

Ps = pico de presión (psi)
V = velocidad del agua (pies/seg)
DI = diámetro interior de la tubería (pulg)
E = módulo de elasticidad del material de la tubería (psi)
t = espesor de la pared de la tubería (pulg)
El bajo módulo elástico del polibuteno-1, combinado con el espesor de pared reducido da lugar a un pico de presión bajo para un diámetro de una tubería dada y clasificación de presión. La tabla que aparece abajo compara el pico de presión máximo para tuberías fabricadas de diferentes materiales plásticos con una diámetro exterior de 1½ pulgadas, diseñadas para la misma presión de servicio.
  E E DI T V Ps Ps
  [psi] [MPa] [in] [in] [ft/s] [psi] [bar]
PB-1 65000 450 1.28 0.15 5.0 49.5 3.4
PEX 87000 600 1.14 0.22 5.0 72.4 5.0
PP 116000 800 1.05 0.26 5.0 93.0 6.4
CPVC 507000 3500 1.22 0.18 5.0 140.6 9.7