Efectos de la temperatura en las tuberías

Las altas temperaturas provocan la expansión de los materiales, y las tuberías de agua no son una excepción. La dilatación térmica puede causar tensiones en las uniones y conexiones de las tuberías, lo que puede llevar a fugas o incluso a roturas. Es esencial que las tuberías tengan suficiente espacio para expandirse y contraerse sin causar daños.

• Dilatación térmica: La dilatación es un fenómeno que ocurre por la diferencia de temperatura entre el fluido que circula por la tubería y la temperatura exterior. Cuanto mayor sea el gradiente de temperatura, más probable es que los tubos se deformen.

Es importante tenerlo en cuenta en la fase de diseño de la red, especialmente en grandes instalaciones, donde la distancia entre dos puntos fijos puede ser mayor y donde la expansión tendrá un impacto superior.

Para limitar el alcance de la expansión de la tubería, existen varias soluciones: Colocar un aislamiento térmico para reducir su coeficiente de dilatación, reducir la distancia entre fijaciones de las tuberías, colocar dispositivos compensadores de dilatación o utilizando curvas o liras de dilatación.

• Degradación del material: En las tuberías plásticas, el calor puede acelerar el envejecimiento de los plásticos, reduciendo su vida útil y aumentando la probabilidad de fallos. Algunos plásticos pueden ablandarse y deformarse bajo temperaturas elevadas. En las metálicas, a temperaturas extremadamente altas, los metales pueden perder resistencia estructural y volverse más susceptibles a deformaciones o roturas.

• Fatiga térmica y tensión: Los ciclos repetitivos de calentamiento y enfriamiento pueden causar tensión térmica y fatiga, llevando a fisuras en las tuberías metálicas, y en el caso de tuberías plásticas, pueden volverse quebradizas con el tiempo y propensas a romperse.

• Corrosión y oxidación: El calor también puede acelerar los procesos de corrosión y oxidación en las tuberías metálicas. La combinación de altas temperaturas y agua puede provocar una oxidación más rápida, debilitando las tuberías y haciendo que sean más propensas a fugas. Aunque las plásticas no se corroen, pueden sufrir degradación química cuando se exponen a altas temperaturas y ciertos productos químicos.

• Perdida de carga: A la hora de realizar el cálculo de una instalación, hay que tener en consideración distintas variables como la rugosidad de la tubería, su diámetro, el caudal, o la pérdida de carga o de presión.

La temperatura determina la viscosidad del fluido, por lo tanto, tiene influencia para determinar la perdida de carga. A lo largo de las tuberías, accesorios, curvas, válvulas y juntas de expansión o cualquier cambio en la dirección genera fricción y provoca una pérdida de carga.

La pérdida de carga está provocada por el rozamiento ejercido por el fluido dentro del sistema con la tubería y las distintas piezas que lo componen. A medida que aumenta la pérdida de carga, también incrementa la energía requerida por las bombas del sistema para compensarla.

Efectos de la presión

Con el calor, el agua en el interior de las tuberías puede expandirse, aumentando la presión interna. Esta presión adicional puede ser perjudicial, especialmente si las tuberías ya están envejecidas o dañadas. Un mantenimiento regular y la instalación de válvulas de alivio de presión pueden ayudar a mitigar este riesgo.

Los sistemas de tuberías están diseñados para satisfacer un caudal y una presión de fluido específicos. Si la presión es demasiado grande o insuficiente, pueden surgir problemas operacionales que generarán gastos evitables.

• Sobrecarga por presión interna: Si la presión del fluido excede el límite de diseño de la tubería, se pueden generar deformaciones, fugas o incluso rupturas.

• Golpe de ariete: Ocurre cuando un fluido que está circulando por una tubería, se detiene o cambia de dirección de forma súbita o brusca. En el caso de los fluidos, este cambio repentino de velocidad genera una súbita elevación de la presión al cerrar bruscamente una válvula, pudiendo causar daños.

Su denominación se debe a que el aumento de presión suele ir acompañado de un ruido semejante al que haría la tubería si se golpease con un martillo.

Al cerrar la válvula bruscamente al final de la tubería, se provoca un aumento de la presión cerca de la válvula, que se irá disipando por toda la tubería. Si esta tiene la capacidad de soportar este aumento, no se romperá, en caso contrario, el fenómeno de golpe de ariete puede ocasionar grandes desastres en tuberías, incluso llevar a romper las uniones, válvulas y causar daños a la bomba y/o motor, al no poder disipar toda esa energía que aporta dicha sobrepresión.

• Cavitación: La cavitación es un proceso destructivo que ocurre cuando el líquido que fluye a través de un sistema, como una válvula o una bomba, experimenta una caída de presión repentina. Esta caída provoca que el líquido se vaporice y forme burbujas de vapor. Cuando estas burbujas pasan a áreas de mayor presión, colapsan violentamente.

Este colapso produce ondas de choque que pueden dañar o incluso destruir componentes del sistema, como las válvulas. Si no se trata, la cavitación dañará gravemente estos componentes del sistema con el tiempo, reduciendo su eficacia.

Una presión demasiado alta en el flujo acelera el desgaste de las tuberías y puede provocar su rotura. También puede causar desgastes prematuros en los grifos, válvulas, juntas y conexiones, y dañar dispositivos tales como calentadores de agua, termos eléctricos, calderas o electrodomésticos.

El verano generalmente trae un aumento en el consumo de agua, ya sea para beber, ducharse más a menudo o regar jardines. Este incremento en el uso puede sobrecargar las tuberías y los sistemas de tuberías, aumentando la posibilidad de fallos.

Relación entre temperatura y presión

La temperatura y la presión son directamente proporcionales para cualquier fluido. Esto significa que, al disminuir la temperatura, la presión también disminuye, y al aumentar la temperatura, la presión aumenta.

• Si aumenta la temperatura, se reduce la resistencia del material a la presión.
• En sistemas cerrados, el aumento de temperatura eleva la presión interna del fluido.
• Para evitar futuros fallos y daños en la instalación es aconsejable monitorizar conjuntamente la presión y temperatura, usando válvulas de alivio, sensores, y materiales adecuados según las condiciones de servicio estimados.

En resumen, hay una serie de aspectos a tener en cuenta a la hora de realizar el diseño de la instalación para evitar problemas:

• Tener en cuenta los coeficientes de dilatación térmica en los cálculos.
• Instalar soportes deslizantes, juntas de expansión y compensadores.
• Implementar sistemas de regulación de presión, válvulas de alivio y/o válvulas de seguridad.
• Seleccionar el material y dimensión de las tuberías según sus propiedades térmicas y mecánicas.