Dimensionamiento de Tuberías

Las tuberías son las "arterias" del sistema. Subdimensionarlas causa caídas de presión excesivas; sobredimensionarlas desperdicia dinero. El objetivo: menos de 3% de caída de presión desde el compresor hasta el punto de uso más lejano.

Anatomía del Sistema de Distribución

                                CUARTO DE COMPRESORES
    ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
    │    ┌────────┐  ┌────────┐  ┌────────┐                        │
    │    │COMP #1 │  │COMP #2 │  │COMP #3 │                        │
    │    └───┬────┘  └───┬────┘  └───┬────┘                        │
    │        │           │           │                             │
    │        └─────────┬─┴───────────┘                             │
    │                  │                                           │
    │           ┌──────┴──────┐                                    │
    │           │ HEADER      │◄── Tubería grande para             │
    │           │ PRINCIPAL   │    combinar flujo                  │
    │           └──────┬──────┘                                    │
    └──────────────────┼───────────────────────────────────────────┘
                       │
    ═══════════════════╪═══════════════════════════════════════════
                       │
        ┌──────────────┴──────────────────────────────────────┐
        │                  LOOP PRINCIPAL                      │
        │    ┌────────────────────────────────────────────┐   │
        │    │◄─────────────── 4" ───────────────────────▶│   │
        │    │                                            │   │
        │    │    ┌────────┐    ┌────────┐   ┌────────┐  │   │
        │    │    │BAJANTE │    │BAJANTE │   │BAJANTE │  │   │
        │    │    │  1"    │    │  1"    │   │  1"    │  │   │
        │    │    └───┬────┘    └───┬────┘   └───┬────┘  │   │
        │    │        │            │             │        │   │
        │    │        ▼            ▼             ▼        │   │
        │    │    ┌───────┐    ┌───────┐    ┌───────┐    │   │
        │    │    │ ÁREA  │    │ ÁREA  │    │ ÁREA  │    │   │
        │    │    │   A   │    │   B   │    │   C   │    │   │
        │    │    └───────┘    └───────┘    └───────┘    │   │
        │    │                                            │   │
        │    └────────────────────────────────────────────┘   │
        └─────────────────────────────────────────────────────┘

Caída de Presión: El Enemigo

Fórmula de Caída de Presión

$$\Delta P = \frac{C \times L \times Q^{1.85}}{d^5 \times P}$$

Donde:

• $\Delta P$ = Caída de presión (psi)
• $C$ = Factor de fricción (~0.1025 para Schedule 40)
• $L$ = Longitud equivalente (pies)
• $Q$ = Flujo (cfm)
• $d$ = Diámetro interno (pulgadas)
• $P$ = Presión promedio (psia)

Observa el Exponente

El flujo está elevado a 1.85 y el diámetro a 5. Esto significa:

• Duplicar el flujo → ~3.6× más caída de presión
• Duplicar el diámetro → ~32× menos caída de presión

Longitud Equivalente de Accesorios

Los codos, tees y válvulas agregan resistencia equivalente a tubería recta:

    ACCESORIO                  LONGITUD EQUIVALENTE (en diámetros)

    ══╗
      ║    Codo 90° estándar          30 D
    ══╝

    ══╗
      ╚══  Codo 90° radio largo       20 D

    ══╦══
      ║    Tee (flujo recto)          20 D

    ══╬══  Tee (flujo a 90°)          60 D
      ║

    ═╡╞═   Válvula de compuerta       7 D
           (abierta)

    ═╡●╞═  Válvula de bola            3 D
           (abierta total)

    ═╡◐╞═  Válvula de globo           300 D
           (abierta)

Ejemplo: Un codo de 90° en tubería de 2" agrega:

$$L_{eq} = 30 \times 2" = 60" = 5 \text{ pies de tubería equivalente}$$

Tablas de Selección Rápida

Para 100 psig y Caída de 3%

Flujo (CFM)	Hasta 50'	Hasta 100'	Hasta 200'	Hasta 500'
20	1/2"	3/4"	3/4"	1"
50	3/4"	1"	1"	1-1/4"
100	1"	1-1/4"	1-1/2"	2"
200	1-1/2"	1-1/2"	2"	2-1/2"
500	2"	2-1/2"	3"	4"
1000	3"	3"	4"	5"
2000	4"	5"	6"	6"

Velocidad Recomendada

Sección	Velocidad Máxima
Header principal	20 ft/s (6 m/s)
Líneas de distribución	30 ft/s (9 m/s)
Bajantes	50 ft/s (15 m/s)

$$v = \frac{Q \times 0.0509}{d^2 \times P_{ratio}}$$

Donde $P_{ratio} = P_{psig}/14.7 + 1$

Configuraciones de Loop

Sistema Radial (NO Recomendado)

                    COMPRESOR
                        │
                        │
            ┌───────────┴───────────┐
            │                       │
            ▼                       ▼
         ┌──────┐               ┌──────┐
         │ÁREA A│               │ÁREA B│
         └──────┘               └──────┘
            │                       │
            ▼                       ▼
         ┌──────┐               ┌──────┐
         │ÁREA C│               │ÁREA D│
         └──────┘               └──────┘

    ✗ Puntos muertos (agua se acumula)
    ✗ Caída de presión alta en extremos
    ✗ Sin redundancia

Sistema en Loop (RECOMENDADO)

                    COMPRESOR
                        │
                        │
        ┌───────────────┴───────────────┐
        │                               │
        ▼                               ▼
    ════╪═══════════════════════════════╪════
        │                               │
        │    ┌──────┐    ┌──────┐      │
        ├───▶│ÁREA A│    │ÁREA B│◀─────┤
        │    └──────┘    └──────┘      │
        │                               │
        │    ┌──────┐    ┌──────┐      │
        ├───▶│ÁREA C│    │ÁREA D│◀─────┤
        │    └──────┘    └──────┘      │
        │                               │
    ════╪═══════════════════════════════╪════
        │                               │
        └───────────────┬───────────────┘
                        │
                    (cerrado)

    ✓ Flujo bidireccional
    ✓ Menor caída de presión
    ✓ Redundancia
    ✓ Facilita drenaje (con pendiente)

Cálculo para Loop

En un loop, el flujo se divide. El diámetro puede ser menor:

$$d_{loop} \approx d_{radial} \times 0.75$$

Pero es mejor mantener el mismo diámetro para redundancia.

Pendiente y Drenaje

    HEADER PRINCIPAL CON PENDIENTE

    Compresor
        │
        ▼
    ════════════════════════════════════════════════════
         \                                          \
          \    1-2% pendiente (1-2 cm por metro)     \
           \                                          \
            ▼                                          ▼
        ┌───────┐                                  ┌───────┐
        │DRENAJE│                                  │DRENAJE│
        │  #1   │                                  │  #2   │
        └───────┘                                  └───────┘


    BAJANTE CON CUELLO DE GANSO

        ═══════════════════════ Header
                │
                │   ┌── Toma de la parte SUPERIOR
                │   │   (evita que baje agua)
                ├───┘
                │
                │
                │
                ▼
            DRENAJE  ◄── El agua cae aquí

Materiales y Sus Efectos

Material	Factor de Fricción	Notas
Aluminio	1.0 (base)	Liso, sin corrosión
Acero Schedule 40 (nuevo)	1.0	Comparable a aluminio
Acero Schedule 40 (viejo)	1.5-2.0	Corrosión aumenta fricción
Cobre	0.9	Muy liso
Plástico (PPR/PE)	0.9	Muy liso, verificar rating
Hierro galvanizado	1.2	Más rugoso que acero negro

Para Sistemas Existentes

Si tienes tuberías viejas de acero con corrosión, considera:

• Limpiarlas químicamente
• Revestirlas internamente
• Reemplazarlas por aluminio

Ejemplo Completo de Diseño

Datos:

• Flujo total: 500 CFM
• Presión: 100 psig
• Distancia al punto más lejano: 300 pies
• Caída máxima permitida: 3 psi

Cálculo:

1. Header principal (50 pies):

   • Flujo: 500 CFM
   • De tabla: 3" mínimo
   • Seleccionamos: 4" (margen)

2. Loop principal (2 × 150 pies):

   • Flujo por lado: 250 CFM
   • De tabla: 2-1/2" mínimo
   • Seleccionamos: 3"

3. Bajantes (50 pies cada una):

   • Flujo por bajante: 100 CFM
   • De tabla: 1-1/4" mínimo
   • Seleccionamos: 1-1/2"

4. Verificación de caída total:

$$\Delta P_{total} = \Delta P_{header} + \Delta P_{loop} + \Delta P_{bajante} \leq 3 \text{ psi}$$