10/6/2017
INSTALACIONES INTERIORES DE AGUA Y DESAGÜE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
ALUMNOS MACHACA RIVEROS VILLA RAMOS
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INTRODUCCION .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................. ......................... .. 2 OBJETIVOS ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ................................. ........... 3 GENERAL .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ................................. ........... 3 ESPECIFICOS ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................. ......................... .. 3 REVISION BIBLIOGRAFICA ............................... ..................................................... ............................................ ............................................ ...................... 4 Servicios Hidrosanitarios Para Edificaciones .......................................... ................................................................ ...................... 4 Instalaciones sanitarias .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................. ........... 4 Conceptos Generales .................................................... ........................................................................... .............................................. ......................... .. 5 Dotaciones de agua...................... agua ............................................ ............................................. ............................................. .................................... .............. 7 Método de Hunter ............................................. .................................................................... ............................................. .................................... .............. 7 Procedimiento para el cálculo de las unidades de gasto .......................................... .......................................... 8 Consideraciones para el cálculo de distribución de agua ....................................... ....................................... 10 Materiales para instalaciones sanitarias interiores ................................................ ................................................ 11 Tuberías de desagüe y ventilación............................................ ................................................................... .................................. ........... 13 Criterios que tomar en cuenta para diseño de una red de desagüe ...................... ...................... 14 Cantidad de aparatos sanitarios requerido .................................................... ................................................................ ............ 14 Sistemas de abastecimientos de agua alternativas de diseño ................................... ................................... 15 Sistema directo de abastecimiento de agua ........................................... ........................................................... ................ 16 Sistema indirecto .............................. .................................................... ............................................ ............................................. ........................... .... 17 Procedimiento para calcular los alimentadores de un sistema indirecto .............. 17
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El acceso universal a servicios de agua y saneamiento han sido una preocupación latente para los países del mundo en general durante años. Esto mismo se puede observar dentro de la importancia que se les da a niveles de proyectos y fondos de desarrollo. También es relevante mencionar que estos mismo están incluidos dentro de los ODS (Objetivos de Desarrollo Sostenible) como AGUA LIMPIA Y SANEAMIENTO. Esto no solo involucra el acceso que debe tener la población de un país, sino también la calidad de este mismo y por otro lado el servicio de saneamiento básico que debe considerarse. El Perú según (INEI, 2010) al 2007 presentaba un total de 67,5% de viviendas a nivel nacional con acceso a agua potable, el cual podía ser por la red pública dentro de la vivienda, fuera de ella o piletas públicas. El otro 32,5% se abastecía de ríos, acequias, manantiales, pozos, etc. En general este abastecimiento carece de un tratamiento previo para asegurar la potabilidad del agua en consumo. En el caso de saneamiento básico, el (INEI, 2010) también muestra que en el 2007 el 59% de las viviendas en el país presentan sistemas adecuados de eliminación de excretas, los cuales en su mayoría pertenecen a una red de desagüe publica y bajo porcentaje al uso de pozos sépticos. Ahora bien, es importante recalcar que existe un 21,8% que usaba pozos negros, ciegas o letrinas, mientras que el 7,4% no tiene ningún tipo de servicio de saneamiento. Existe además un 1,8% que elimina sus residuos en los ríos, acequias o canales. Esto nos lleva a concretar que un 41% de las viviendas en el país aún no cuentan con servicio de saneamiento básico, lo cual es alarmante ya que estas cifras son a nivel nacional, siendo más críticas dentro del ámbito rural. Debido a este problema, el presente trabajo es para introducirnos en el cálculo y diseño adecuado de redes de abastecimiento de agua y saneamiento básico dentro de las edificaciones, considerando las normas necesarias para este ámbito y teniendo en cuenta las exigencias actuales de habitabilidad, funcionalidad, durabilidad y economía.
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GENERAL a) Suministrar agua con caudal y presión adecuada a los distintos aparatos sanitarios de una vivienda, considerando también la eliminación de los residuos que estos generen.
ESPECIFICOS a) Determinación de caudales y presiones y por consiguiente diámetro de tuberías. b) Brindar y garantizar el suministro constante de agua para todos los aparatos sanitarios dentro de la edificación. c) Proteger el suministro de agua de tal forma que el agua no se contamine con las aguas servidas generadas en la vivienda. d) Elección de un sistema de distribución de agua y evacuación de aguas servidas residuales de la manera óptima para la edificación de acuerdo con sus características.
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Servicios Hidrosanitarios Para Edificaciones Llamamos servicios hidrosanitarios al conjunto de tuberías, equipos y accesorios que se destinan al suministro de agua libre de contaminación a una edificación de cualquier tipo. También se considera dentro la eliminación de aguas servidas. El punto de referencia para este tipo de servicios es la conexión domiciliaria, donde se tiene en cuenta la instalación de un medidor que nos permita llevar el conteo del consumo de dicha propiedad. El uso del agua en una vivienda según (ASPEm, 2008) y graficado en la Figura 1. Uso de agua en la vivienda, nos permite tener en conocimiento la distribución del uso que actualmente se desarrolla a lo largo del país. Aquí podemos verificar que el mayor uso que se da es en los inodoros y en la higiene personal, que abarca alrededor del 67% del total y solo el 4% se da para consumo humano. Figura 1. Uso de agua en la vivienda
Instalaciones sanitarias Es el conjunto de tuberías, equipos y accesorios que permiten la conducción y distribución del agua procedente de la red general. Así como tuberías de desagüe y ventilación, equipos y accesorios que permiten conducir las aguas de desecho de una edificación hasta el alcantarillado público, o a los lugares donde puedan disponerse sin peligro. El diseño del mismo nos permite suministrar agua en calidad y cantidad; debiendo cubrir dos requisitos básicos; lo cuales son: a) Suministrar agua a todos los puntos de consumo, es decir, aparatos sanitarios, aparatos de utilización de agua caliente, aire acondicionado, combate de incendios, etc.
5|Page b) Proteger el suministro de agua de tal forma que el agua no se contamine con el agua servida. Por otro lado, eliminar las aguas de desecho de una edificación hacia las redes públicas o sistemas de tratamiento indicado es la tarea complementaria que debe cuidarse y diseñarse con cuidado para obtener una optimo distribución dentro del edificio.
Conceptos Generales
Agua potable. -Es la que por su calidad química física y tecnológica es aceptado para el consumo humano.
Agua servida o Desagüe. - Liquido que contiene desperdicios materiales en suspensión o solución de origen humano, animal vegetal y los provenientes de plantas industriales.
Alimentadora. - Tubería de distribución de agua que no es de impulsión, de aducción, ni ramal. Abastece a los ramales.
Aparato sanitario. - Artefacto conectado a la instalación interior que recibe agua potable sin peligro de contaminación y los descarga a un sistema de evacuación después de ser utilizados.
Aparatos de uso privado. -Aquellos destinados a ser utilizados por un número restringido de personas dentro de una edificación.
Aparatos de uso público. – Aquellos que están ubicados de modo que puedan ser utilizados por cualquier persona y puede presentar varios consumos en un mismo espacio.
Diámetro nominal. -Medida que corresponde al diámetro interior útil, mínimo de una tubería.
Caja de registro. - Caja destinada a permitir la inspección y desobstrucción de las tuberías de desagüe.
Cisterna. - Depósito de agua intercalado entre el medidor y el conjunto motor – bomba.
Colector. - Tubería destinada a recibir y conducir desagües
Conexión domiciliaria de agua. - Tramo de tubería comprendido entre la última matriz – pública y la ubicación del medidor o el dispositivo de medición.
Conexión domiciliaria de desagüe. - Tramo de tubería comprendido entre la última caja de registro y el colector público de desagüe.
Columna ventilación. - Tubería vertical destinada al sistema de ventilación de un desagüe, de una edificación de uno o varios pisos.
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Flotador. - Dispositivo que se mantiene en la superficie del agua y que se utiliza generalmente para registrar las variaciones de nivel o para gobernar un interruptor o un grifo.
Golpe de ariete. - Aumento anormal de las presiones que se produce sobre las paredes de una tubería que conduce agua, cuando la velocidad del flujo es modificada bruscamente.
Gradiente hidráulica. - Pendiente de la superficie piezométrica de agua en una tubería.
Instalación interior. - conjunto de tuberías, equipos o dispositivos destinados al abastecimiento y distribución del agua y a la evacuación de desagües y su ventilación dentro de la edificación.
Máxima demanda simultánea. - Es el caudal máximo probable de agua en una vivienda, una edificación o una sección de ellas.
Montante. - tubería vertical de un sistema de desagüe que recibe la descarga de los ramales.
Reboses. - Tubería o dispositivo destinado a evacuar eventuales excesos de agua en reservorios u otros dispositivos.
Ramal de descarga. - Tubería que recibe directamente, efluentes de aparatos sanitarios.
Ramal de desagüe. - Tubería que recibe efluente.
Pérdida de carga. - Es la pérdida de presión que se produce en las tuberías, debido al rozamiento del líquido con esta y entre las mismas moléculas.
Ramal de agua. - Tubería comprendida entre el alimentador y la salida en los servicios.
Sifonales. - es la rotura o pérdida del sello hidráulico de la trampa (SIFON) de un aparato sanitario con resultado de la perdida de agua contenida en ella.
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Dotaciones de agua Las de dotaciones de agua para residencias unifamiliar se calculará de acuerdo con la Figura 2. Dotaciones de agua fría para conexión domiciliaria, la cual involucra gastos en relación con el área del lote que se analiza. Figura 2. Dotaciones de agua fría para conexión domiciliaria
Las edificaciones multifamiliares deberán estar dotados de agua potable de acuerdo con el número de dormitorios de cada departamento según la Figura 3. Dotación de agua fría para edificios multifamiliares, donde se puede observar la existencia de una relación directa entre la cantidad de departamentos y el gasto que estos generarían. Figura 3. Dotación de agua fría para edificios multifamiliares
Método de Hunter Este método es utilizado para hallar la máxima demanda simultáneamente, aplicar la teoría de las probabilidades en la determinación de los gastos, donde se considera que el funcionamiento de los principales aparatos que integran una instalación sanitaria puede considerarse como eventos puramente al azar. Hunter definió como “unidad de mueble e unidad de gasto W a la cantidad de agua consumida por un lavabo de tipo domestico durante un uso del mismo.
8|Page Habiendo definido lo primero, determino la equivalencia de unidades gasto para los aparatos sanitarios más usuales y basando en el cálculo de las probabilidades, obtuvo el tiempo de uso simultaneo de los muebles y de aquí los gastos.
Procedimiento para el cálculo de las unidades de gasto Se hace tomando en cuenta el tipo de edificación, tal como se indica a continuación.
Si los servicios higiénicos corresponden a aparatos de uso privado, el cálculo de las unidades Hunter o gasto se hace considerando el baño como un conjunto y no por aparatos individualmente. Es decir, se considera que en su uso deben estar incluidos todos los aparatos y sus unidades de gasto se contemplan en la Figura 5. Unidades de gasto para uso privado.
Si los servicios higiénicos corresponden a aparatos de uso público. En este caso se considera individualmente cada uno de los aparatos sanitarios, dándoles las unidades de Hunter (gasto) de acuerdo con la Figura 6. Unidades de gasto para uso publico.
Finalmente sumando todas las unidades de gasto y entrando a la tabla de gastos probables encontramos la máxima demanda simultánea o gasto probable, los cuales tienen sus equivalencias en la Figura 4. Tabla de gastos probables para aplicación del método de Hunter.
9|Page Figura 4. Tabla de gastos probables para aplicación del método de Hunter
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Figura 5. Unidades de gasto para uso privado
Figura 6. Unidades de gasto para uso pub lico
Consideraciones para el cálculo de distribución de agua Según (SENCICO, 2006), las consideraciones para tener en cuenta para el diseño de las redes de distribución de agua dentro de la red son las siguientes:
Las tuberías de distribución se calcularán con los ajustes probables obtenidos para el método de Hunter.
La presión máxima estática no debe ser mayor a 40,0 m. en caso de ocurrir debe dividirse el sistema en tramos o insertarse válvulas reductoras de presión.
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La presión mínima de entrada de los aparatos sanitarios será de 2.0m
La presión mínima de entrada en los aparatos sanitarios que llevan válvulas semiautomáticas, y los equipos especiales estará dada por las recomendaciones del fabricante.
Para el cálculo de las tuberías de distribución, se recomienda una velocidad mínima de 0.60m/sg, para evitar la sedimentación de partículas y una velocidad máxima de acuerdo con la Figura 7. Velocidad máxima en tuberías de acuerdo con diámetro.
Figura 7. Velocidad máxima en tuberías de acuerdo con diámetro
Materiales para instalaciones sanitarias interiores Para la selección de los materiales a utilizar en un proyecto de instalaciones sanitarias, se debe tener en cuenta los siguientes factores:
Características del agua
Temperatura
Presión
Velocidad del agua
Condiciones de terreno
Tipo de junta
El costo de los materiales
Si el material estará a la vista o bajo tierra.
En el caso ya de una tubería seleccionada, puesta en obra, debe cumplir con los siguientes requisitos generales;
Que sea de material homogéneo
Sección circular
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Espesor uniforme
Dimensiones, pesos y espesores de acuerdo con las especificaciones correspondientes.
No tener defectos tales como grietas, abolladuras y aplastamiento.
Figura 8. Clase de tubería, usos y diámetros comerciales
La tubería de cobre se encuentra en el mercado de tres tipos, los cuales son:
Tipo K: se recomienda para sistema de agua fría y caliente bajo tierra con condiciones severas. También se usan para gas, vapor y sistemas de combustibles la de mayor peso.
Tipo L: Uso en sistemas soterrados y en general la usada en las instalaciones de agua caliente en edificios.
Tipo M: Es la más liviana. Se usa en instalaciones de baja presión (desagüe y ventilación).
Actualmente se viene usando en instalaciones interiores para agua caliente, la tubería CPVC, de reconocida calidad, es una solución más economía. Las tuberías de PVC rígido para fluido a presión para instalaciones interiores de agua se fabrican de diferentes presiones y forma de unión según la Figura 9. Tuberías de PVC, diámetros, presiones y tipos de unión.
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Figura 9. Tuberías de PVC, diámetros, presiones y tipos de unión
Tuberías de desagüe y ventilación Son tuberías que permiten la evacuación de las aguas usadas en el predio. Además, eliminan los malos olores que pueden existir en los aparatos sanitarios. Paralelamente a las tuberías de desagüé se abren las de ventilación, distribuidos en tal forma que impidan la formación de vacíos o alzas de presión que pudieran hacer descargar las trampas, o introducir malos olores en la edificación. Deberán utilizarse tuberías de fierro fundido y cloruro polivinilo (PVC) en: montantes y colectores para aguas hervidas, residuales, industriales y aguas de lluvia. Las tuberías más usadas son de plástico, fierro fundido y asbesto cemento. En toda área techada se exige que sea de plástico o fierro fundido; se permite el uso de tuberías de arcilla vitrificada solamente en aterradas. En áreas descubiertas puede utilizarse tuberías de concreto normalizado y retirados no menos de un metro de la cimentación de la estructura básica considerada. Cuando hubiere tuberías de desagüe que conduzcan líquidos corrosivos, y las correspondientes tuberías de ventilación, serán de material resistente a la corrosión. Las tuberías de ventilación se construirán de fierro fundido o galvanizado, o asbesto cemento, o PVC u otro material previamente
aprobado. Las uniones para las tuberías deberán estar de acuerdo con la clase de estas, pudiendo ser de los siguientes tipos: espiga y campana, soldable, con bridas, roscada, o cualquier otro tipo, sujeto a aprobación.
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Criterios que tomar en cuenta para diseño de una red de desagüe
Ubicación del montante
Ubicación de la salida de aparatos
Ubicación de registros de limpieza
Para la selección de la aplicación de tuberías de desagüe están en función de la Figura 10. Tuberías desagüe y ventilación (de media presión) Figura 10. Tuberías desagüe y ventilación (de media presión)
Cantidad de aparatos sanitarios requerido La cantidad y el tipo de aparatos sanitarios que instalarse en baños, cocinas y otros lugares en una construcción serán proporcionales al número de personas servidas según lo siguiente: a) Casa - Habitantes o unidad de vivienda. Constará por lo menos de un cuarto de servicio sanitario que constará de:
-
01 inodoro
-
01 lavatorio
-
Ducha o tina
-
Lavadero en la cocina
b) Locales comerciales o edificios destinados a oficinas tiendas o similares con un área hasta 60 m2 constara de 01 inodoro y 01 lavatorio. c) Locales comerciales o edificios destinados a oficina, tiendas o similares.
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Figura 11. Cantidad de aparatos sanitarios por área y genero
Sistemas de abastecimientos de agua alternativas de diseño El diseño del sistema de abastecimiento de agua de un edificio depende de los siguientes factores:
Presión de agua en la red pública
Altura y forma del edificio
Presiones interiores necesarias
De se puede verificar que los sistemas de abastecimiento se notan en la Figura 12. Sistemas
de abastecimiento de agua , donde la 1 es el sistema directo, 2 el sistema indirecto y 3 el mixto. Figura 12. Sistemas de abastecimiento de agua
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Sistema directo de abastecimiento de agua Se presenta cuando la red pública es suficiente para servir a todos los puntos de consumo a cualquier hora del día. El suministro de la red pública debe ser permanente y abastecer directamente toda la instalación interna. Componentes
Caja porta medidor.
Llaves de paso.
Medidor
Válvula de compuerta general
Tubería de aducción de alimentación.
Ramales. Figura 13. Sistema de a bastecimiento directo
Ventajas:
Menos peligro de contaminación de abastecimiento interno de agua.
Los sistemas económicos.
Posibilidad de medición de los caudales de consumo, con más exactitud.
Desventajas:
No hay almacenamiento de agua en caso de paralización del suministro público de agua.
Abastecen solo el edificio de baja altura (2 a3 pisos) por lo general.
Necesita de grandes diámetros de tubería para grandes instalaciones.
Posibilidad de que las variaciones horarias afecten el abastecimiento en los puntos de consumo más elevado .
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Sistema indirecto Cuando la presión en la red pública no es suficiente para dar servicio a los artefactos sanitarios de los niveles más altos, se hace necesario que la red pública suministra agua a reservorios domiciliarios (Cisternas y tanques elevados) y de estos se abastece por bombeo a gravedad a todos los sistemas. Ventajas:
Existe reserva de agua, para el caso de interrupción del servicio.
Presión constante y razonable en cualquier punto de la red interior
Elimina los sifonajes, por la separación de la red interna de la externa por los reservorios domiciliarios
Las presiones en las redes de agua caliente son más constantes
Desventajas:
Mayores posibilidades de contaminación del agua dentro del edificio
Requieren de equipo de bombeo.
Mayor costo de construcción y mantenimiento.
Procedimiento para calcular los alimentadores de un sistema indirecto 1. Hacer un esquema vertical de alimentadores, tenemos en cuenta que cada alimentador debe abastecer con el menor recorrido a los diferentes servicios higiénicos generalmente en edificios, los baños o grupos de baños, se ubican en el mismo plano vertical. 2.
Dimensionar los esquemas con ayuda de los planos.
3.
Para cada alimentador calcular las unidades Hunter y los gastos acumulados, desde abajo hacia arriba anotando el gasto total o nivel de plano de azotea.
4. Ubicar todos los alimentadores en el nivel del plano de azotea. 5.
De acuerdo con la ubicación de cada uno de los alimentadores proyectar las posibles salidas del tanque elevado que abastecerá a los diferentes alimentadores, sea independientemente o agrupados. El primer caso da lugar a un gran número de salidas, por lo que se recomienda agruparlos de modo que se obtenga una distribución racional del agua.
6. Determinar el punto de consumo más desfavorable, teniendo en cuenta que es el que corresponde al más alejado horizontalmente desde el tanque elevado y que tiene menor altura estática con respecto al nivel mínimo del tanque elevado.
18 | P a g e Cálculo de la presión en el punto de consumo más desfavorable. Se puede proceder de la siguiente forma:
a) Determinar la máxima gradiente hidráulica disponible (Smax) considerando el ramal de distribución de abastecimiento al punto de consumo más de desfavorable. Figura 14. Ecuación para la pendiente máxima en sistemas de abastecimiento de agua
=
. ()
Figura 15. Esquema de pendiente máxima
Altura Disponible = Hest- PA Longitud Equivalente (Le) Le=20% x Lt Le = 1.2 x Lt Lt = Longitud Total Tubería. 20% (perdida de carga por accesorios). b) Con Smax, Q y C encuentro Ø, que son teóricos por lo que consideramos diámetros comerciales. c) Con Ø Comercial y Q, Calcular gradiente hidráulica real (Sreal) para cada tramo. d) h Freal = Le x Sreal h Freal= Perdida de carga real e) Calculo presión punto más desfavorable descontando a la altura estática total las pérdidas de carga en todos los tramos. PA = Presión en punto A. hfOA= Presión de carga tramo OA. f) Tener en cuenta que cuando aumenta la altura estática a un piso inferior también aumenta la presión. g) Verificar que la presión obtenida en el punto más desfavorable sea mayor que la presión mínima requerida de lo contrario no será necesario reajustar los diámetros
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Características generales de la edificación La edificación en estudio es una vivienda de tres plantas donde los principales ambientes cuentan con una terraza, hall, tres baños con jacuzzi y uno completo con ducha distribuidos en las tres plantas; tiene dos jardines con un grifo en cada uno, un lavadero de cocina en el segundo nivel y una lavandería en el tercer nivel. Para el diseño de red de esta edificación de tomaron arbitrariamente los siguientes valores:
Presión de la red La vivienda a construir se localizará en Lima- Perú, distrito de Villa el Salvador tomándose por consiguiente el agua del centro de servicios Villa el Salvador con una presión de la red, pública SEDAPAL, de 28.18m con calificación de excelente.
Figura 16. Niveles de presión de red pública en Lima
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Presión de salida Se tomó según el reglamento nacional de edificaciones, saneamiento, una presión de salida de 2.2m ya que la mínima es de 2m. Figura 17. Presión mínima de salida bajo la norma vigente
Tipos de aparatos sanitario usados Los aparatos sanitarios usados son de tipo tanque, detallados seguidamente. 1ra Planta: Aparato Sanitario Grifo Lavadero de cocina Inodoro Lavadero de Baño Ducha Total
Cantidad 2 1
Unidad de Gasto Parcial 2 3
1 1 1
3 1 2 11
Cantidad
Unidad de Gasto Parcial 3 6 4 13
2da Planta Aparato Sanitario Lavadero de Baño Inodoro Ducha Total
3 2 2
21 | P a g e 3ra Planta: Aparato Sanitario
Cantidad
Inodoro Lavadero de Baño Ducha Lavadero de Ropa Total
Unidad de Gasto Parcial 3 1 2 3 9
1 1 1 1
Diámetros de distribución establecidos:
Tramos
Longitu Unidades de Caudal(l des (m) Gasto /s)
Diámetro (Pulg.)
Med-A:
2.75
33
0.81
1.00
A-B:
4.02
32
0.79
1
B-C:
1.82
29
0.73
1
C-D:
3.53
23
0.71
1
D-E:
3.47
22
0.58
0.75
E-F:
2.8
9
0.32
0.75
F-G:
2.2
6
0.25
0.75
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I.
PRESENTAR GRÁFICAMENTE PLANOS, INCLUYENDO: TUBERÍAS, VÁLVULAS, ACCESORIOS, ANOTACIONES -
Red de agua potable
-
Isométrico del agua potable
-
Red de desagüe
