UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
I.
INGENIERIA CIVIL
INTRODUCCION
El uso recreativo del agua tiene sin lugar a dudas beneficios importantes para la salud y el bienestar de las personas pero también lleva asociados una serie de riesgos que desde protección de la salud es preciso prevenir. De manera general puede hacerse hacerse un uso recreativo en una una gran variedad de instalaciones instalaciones y espacios espacios naturales en los que se utiliza ut iliza agua, dentro de los cuales tenemos a las piscinas. Las piscinas son instalaciones hidráulicas que cumplen muchas funciones recreativas, deportivas, así como también terapéuticas, de entrenamiento, entre otras; no se consideran elementos aislados ya que deben contar con servicios tales t ales como Vestuarios, Baños, Cafetines, etc. Éstas deben ser tratadas limpiando regularmente las aguas con la cantidad de sustancias químicas necesarias ya que si no hay control en la cantidad de estas sustancias puede causar daños perjudiciales tanto a los usuarios cuando cuando las utilicen como en en las instalaciones en en el momento de la sanidad. A pesar del motivo por el cual fueron inventadas, el tratamiento técnico en cuanto a su diseño, construcción, sistemas de recirculación, acabados, tratamiento, etc., deben respetar las leyes, normas y recomendaciones que rigen la materia, ya que ello va a contribuir no solo a su buen funcionamiento sino que va a reducir drásticamente los costos de construcción y operación. Las piscinas básicamente básicamente se clasifican en en públicas y privadas, privadas, indistintamente de esta clasificación, ellas se dividen en tres grandes conjuntos, los cuáles señalamos: Vaso, Tratamiento y Sistema de Recirculación. De esta esta última nos encargaremos de estudiar más a detalle, de la cual se planteara un diseño. II.
OBJETIVOS 2.1.OBJETIVO GENERAL
Realizar el diseño de una piscina con sistema de recirculación.
2.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS
III.
Calcular la dotación para la piscina de recirculación Calcular la potencia de recirculación de la bomba. Determinar el diámetro de la tubería de retorno o impulsión. Determinar el diámetro de la tubería de alimentación.
ALCANCES
La piscina tiene una forma rectangular y contará con un área de 450 m 2. Tendrá una profundidad de 1.5m Contará con sistema de recirculación. Contará con la instalación de agua fría y desagüe. Contará con dos medios medios baños divididos en igualdad igualdad tanto para varones como para mujeres.
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IV.
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Contará con 12 vestidores divididos en igual tanto para varones como para mujeres. Estará ubicada en lo posible alejada de todo tipo de árboles.
JUSTIFICACION
La elaboración del presente trabajo: diseño de una piscina con sistema de recirculación; es de gran importancia dentro de la formación profesional como ingenieros, su realización involucran el fortalecimiento de los conocimientos teóricos adquiridos en clase. V.
REVISION DE LITERATURA PISCINAS
Instalación completamente impermeable destinada al baño, al uso recreativo, entrenamiento deportivo o terapéutico, así como las construcciones complementarias y servicios necesarios para garantizar su funcionamiento. Pueden ser descubiertas, cubiertas o mixtas.
1. Piscina.
TIPOS DE PISCINAS
Se pueden clasificar desde varios puntos de vista, de los cuales mencionaremos algunos. 2. Clasificación en relación a la temperatura del aire y del agua de baño
aquellas en que las que el recinto donde se encuentran los vasos está cerrado, tiene una estructura fija, y el agua se mantiene a una temperatura más o menos caliente, y en la que pueden existir vasos con agua a una temperatura ambiental o más fría que esa.
a. Climatizadas o cubiertas:
b. No climatizadas o descubiertas: no existe ninguna estructura que proteja
los vasos del exterior, y la temperatura de los mismos suele ser la ambiental, aunque puede haber algún vaso con agua caliente. c. Mixtas: son piscinas que tienen una estructura móvil que las cubre, y que
puede ponerse durante el invierno y quitarse durante el verano .
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3. Clasificación con respecto al acceso del público a. Piscinas de uso público. Aquellas piscinas abiertas al público o a un grupo
definido de usuarios, no destinada únicamente a la familia e invitados del propietario u ocupante, con independencia del pago de un precio de entrada. Aquellas piscinas destinadas únicamente a la familia e invitados del propietario, u ocupante, incluyendo el uso relacionado con el alquiler de casas para uso familiar.
b. Piscinas de uso privado.
4. Condiciones generales para el buen estado sanitario
El objetivo de estas recomendaciones sanitarias es proteger la salud de los usuarios de piscinas y minimizar el riesgo de accidentes. 4.1.Diseño de piscinas
Las piscinas deben proyectarse y construirse adoptando las medidas adecuadas para: a. Limitar la aportación de contaminantes al agua de la piscina, mediante:
La disponibilidad de vestuarios y servicios sanitarios adecuados para los bañistas, en función del aforo máximo. Accesos independientes para pies calzados y pies descalzos.
b. Eliminar la contaminación residual. El diseño debe prever: Unos acabados de pavimentos y revestimientos que permitan una limpieza y desinfección eficaz. La recirculación continúa del agua superficial por rebosaderos y/o skimmers, con la disposición adecuada de las bocas, evitando zonas estancadas. El tratamiento correcto del agua recirculada con equipos de filtración y desinfección. La aportación de agua nueva. 4.2.Condiciones de funcionamiento
Los aspectos a tener en cuenta son:
El funcionamiento correcto de los equipos de tratamiento del agua (filtros, bombas, dosificadores, etc.). La eficacia del circuito de recirculación. La eficacia del tratamiento del agua (parámetros de control del PH y nivel de desinfectante). La eficacia de la recirculación del aire en piscinas cubiertas (parámetros de control: temperatura y humedad ambiental).
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Con el fin de garantizar unas buenas condiciones higiénico-sanitarias de la piscina es importante la colaboración de los usuarios, a los que debe informarse a través de las normas de uso interno. Es necesaria la formación continuada del personal para un buen funcionamiento de las instalaciones.
4.3.Condiciones de mantenimiento
Mantenimiento adecuado de los equipos, tanto del equipo de tratamiento del agua como de los equipos de recirculación del aire y de calentamiento del agua en piscinas cubiertas. Limpieza y desinfección de los pavimentos y revestimientos de la instalación (vaso, rebosaderos, zona de playa, pediluvios, duchas, servicios sanitarios, etc.). Mantenimiento de la calidad del agua de la red interna, tanto desde el punto de vista de la composición como de su capacidad desinfectante en duchas y sanitarios. Limpieza y desinfección del material de enseñanza y animación (líneas de separación, flotadores, corchos, colchonetas, etc.). Almacenamiento adecuado de los productos químicos.
4.4.Vigilancia sanitaria
Servicio de salvamento y socorrismo de acuerdo con el aforo previsto. Botiquín y enfermería. RECIRCULACION
1. Concepto general de recirculación
La recirculación del agua de piscina para su depuración es todo el proceso a seguir por ésta para su tratamiento físico y químico hasta hacerla totalmente apta para uso por los bañistas. La piscina es un recipiente lleno de agua al que entran continuamente por su parte superficial materias contaminantes, procedentes de los bañistas o del medio ambiente. Los sistemas de recirculación pretenden la eliminación de esas materias, primero procurando el movimiento necesario al agua, y posteriormente procediendo a su filtrado y tratamiento químico. Podemos encontrar dos tipos de recirculaciones básicas en el tratamiento de piscinas: recirculación inversa y recirculación mixta. Este sistema recoge el agua por la parte perimetral superior (por desborde o skimmer) y la introduce filtrada y tratada por el fondo o partes bajas de la piscina. Este sistema tiene notables tiene notables ventajas, como la mejor distribución del producto químico y la fácil eliminación de la suciedad de
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la superficie, debido a que desaloja el 100% del caudal que entra desde el bombeo. El sistema consiste básicamente en filtrar y tratar el agua del depósito de compensación. Por ello hay que tener en cuenta el volumen de agua que debe tener el depósito de compensación a efectos constructivos, para evitar problemas en el desborde y a la hora de hacer lavado de filtros. a. Recirculación inversa
El agua es impulsada a la piscina a través de los difusores del fondo, que lo impulsan en forma de abanico hacia los rebosaderos que bordean el vaso, arrastrando las partículas sobrantes. Las tomas de los sumideros únicamente se utilizan para el vaciado de la piscina. Ventajas: Buena renovación de la superficie de lámina de agua. El caudal desbordado es del 100 %. En las piscinas climatizadas se consigue un mayor aprovechamiento de la energía calorífica aportada. Inconvenientes: Los depósitos en el fondo de la piscina no se eliminan continuamente, pero un buen emplazamiento de los difusores permite limitar la acumulación. b. Recirculación mixta
Este sistema recoge agua por desborde o skimmers y por el fondo. De esta manera, en función del caudal que utilicemos de fondo o depósito, la piscina desbordará más o menos. La introducción de agua se realiza por el fondo o por los laterales (zonas bajas). Este sistema hace uniforme la desinfección del agua y evita en gran medida el descebamiento de las bombas por falta de agua en el depósito. c. Recirculación con skimmers
Se introdujeron como medida para mover el agua y trasladarla directamente a los equipos de bombeo y filtros. Este elemento está en una cavidad creada en la estructura de la piscina, puede ser de PVC y permite la entrada de agua en su interior. Constan de un prefiltro que aguanta las suciedades más gruesas para evitar que vaya a las bombas. A veces estas cestas se utilizan para depositar pastillas de desinfectante que ayuden al tratamiento del agua. 2. Recirculación según el uso
En función del uso al que se destine la piscina, existe la necesidad de recircular el agua en un tiempo determinado para asegurar la desinfección completa y continua. La siguiente tabla (Tabla I) nos muestra el tiempo de recirculación en función del uso de la piscina. Así, vemos que para una piscina recreativa
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el tiempo de recirculación es de 3 ó 4 horas según su profundidad, lo que asegura una desinfección en todo el volumen de agua. Su gran uso en verano exige que su recirculación sea en este periodo, ya que de lo contrario sería imposible mantener el agua en condiciones óptimas para el baño. En las piscinas de chapoteo la recirculación se realiza en una hora por la especial atención que requiere el agua destinada a uso infantil. Finalmente, en las piscinas para saltos, el hecho de tener un uso mínimo permite realizar la recirculación hasta en 8 horas. TABLA N° 01 Tipo de piscina
Tiempo de recirculación
Piscina recreativa (juegos, actividades y competiciones) Menos de 1.3m de profundidad
3 horas
Más de 1.3m de profundidad
4 horas
Piscina de chapoteo (uso infantil)
1 hora
Piscina de saltos (mayor profundidad)
4 horas
3. Depósito de compensación
El depósito de compensación es el lugar de destino del agua de desborde y donde se realiza la aportación de agua nueva a la piscina. El agua de este depósito, es filtrada y tratada de nuevo. Encontramos diferentes elementos que componen el depósito de compensación. Suele tener un tubo en su parte alta, llamado aliviadero, que sirve por si se llena en exceso poder desalojar a cloaca el agua sobrante y evitar que ésta salga por la trampilla e inunde playas u otras dependencias. La entrada de aportación de agua nueva debe tener por normativa un contador para determinar el volumen renovado diariamente. Cada piscina debe tener su depósito de compensación y cada depósito debe tener un contador de agua nueva aportada. Podemos colocar un sistema de flotador o automático que permite la entrada de agua cuando baje el nivel del depósito. Así mismo, debe ser accesible para su limpieza y tener una válvula que permita su vaciado completo. 4. Prefiltro
El prefiltro es el elemento que evita que lleguen a las bombas y al resto de la instalación materias gruesas que pueden perjudicar el funcionamiento del sistema. Está compuesto de una carcasa metálica estanca y registrable que contiene en el interior una cesta perforada que permite el paso del agua pero no de materias gruesas. Podemos encontrar también prefiltros de PVC y otros materiales, pero son menos habituales debido a los volúmenes de agua y las presiones. Por ejemplo, en bombas para hidromasajes, los prefiltros suelen ser de PVC o de materiales similares.
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Dependiendo del uso de la piscina se realizará su limpieza para evitar su colmatación, que podría disminuir el caudal de las bombas y afectarles en su funcionamiento. Evidentemente, el lugar de su colocación es justo antes de las bombas de impulsión del sistema para que ninguna partícula gruesa pueda pasar y dañar la bomba o demás sistemas. 5. Bombas.
Las bombas son las encargadas de producir la impulsión del agua y por lo tanto de hacer que el sistema de recirculación funcione. En función de la piscina colocaremos una bomba que sea capaz de recircular el volumen necesario en cada caso y en el tiempo estipulado por las normativas existentes. Es importante que siempre tengan caudal de agua para trabajar y una salida libre para esa impulsión que se produce. Una falta de caudal podría quemar la bomba y cortar la salida de agua cerrando alguna válvula indebidamente podría generar una sobrepresión que ocasionaría daños a parte de la instalación hidráulica. Para depuración de piscinas se suelen utilizar bombas centrífugas que producen un caudal uniforme y no tienen unos consumos excesivos. 6. Filtros.
El filtro es el encargado de retener todas las partículas de suciedad existentes en el agua de la piscina. Podemos encontrar diferentes tipos de filtros según sea el lecho filtrante. 7. Válvulas selectoras
Vaciado: La posición de vaciado manda el agua de la piscina directamente al desagüe sin pasar por el filtro. Cuando la válvula está en esta posición y arranca la bomba, ésta aspira agua del sumidero y boquillas de aspiracion de la piscina sacándola directamente por la tubería de desagüe de la instalación. Con esta opción se puede vaciar la piscina completamente o solo parcialmente, y renovar así el agua. 8. Válvula multiport.
Válvula hidráulica de seguridad, es un complemento para las válvulas selectoras automáticas que se instala en los filtros para el sistema de filtración de piscinas. Se instala en la salida de agua del desagüe y evita las pérdidas de agua cuando la válvula selectora automática cambia de posición de vía de trabajo o en caso que falle el suministro eléctrico y evitar el vaciado de su piscina. Es un sistema de seguridad que ayuda a las válvulas selectoras automáticas a funcionar con mayor eficacia y reducir el riesgo de pérdida de agua.
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9. Instalación de la piscina
La instalación que precisa una piscina, comprende tres partes, que si bien están íntimamente ligadas entre sí, constituyen funciones independientes y concretas, éstas son:
El abastecimiento de agua. El desagüe. Sistemas de tratamiento de agua.
a. Abastecimiento de agua
El abastecimiento indispensable para el llenado de la piscina, se realiza a través de una derivación de la red general, que se hace a través de una válvula de retomo y que canaliza el agua hasta: Las bocas de impulsión O al depósito de compensación O a una estrada directa Las dotaciones de agua para piscinas y natatorios de recirculación y de flujo constante o continuo, se harán según la siguiente tabla. TABLAN N° 02 De recirculación Con recirculación de las aguas de rebose
Dotación 10L/d por m2 de proyección horizontal de la piscina
Sin recirculación de las aguas de rebose
10L/d por m2 de proyección horizontal de la piscina
De flujo constante
Públicas Semi públicas (Clubes, hoteles, colegios) Privado o residenciales
Dotación 3
125 L/h por m 80 L/h por m3 40 L/h por m3
b. El desagüe
El desagüe, es un ramal que parte de la rejilla del sumidero del fondo de piscina, y termina en una arqueta que comunica con la red de evacuación; Este desagüe se procurará que se pueda realizar por gravedad, y con la simple apertura de la válvula de vaciado se podrá desaguar la piscina, operación que deberá hacerse al menos una vez por temporada. En la mayoría de los casos y de forma indiscutible cuando la red de evacuación quede más alto que el fondo de lo piscina, el vaciado se realizará a través del sistema de filtrado utilizando la bomba de la propia depuradora, que a través de la válvula múltiple de control, dará paso hasta la arqueta de desagüe. Es necesario tener en cuenta las condiciones que imponga las normativas comunitarias y municipales. c. Sistemas de tratamiento de agua
Todas las piscinas independientemente de su tamaño y de su utilización, estarán dotadas de varias instalaciones de tratamiento del agua, que asegure las garantías de su uso, sin que tenga ninguna
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sustancia nociva para la salud de los usuarios, controlando las condiciones físico-químicas y bacteriológicas del agua. Los métodos de depuración, control y tratamiento del agua de una piscina, evitarán lo descrito anteriormente y nos permitirán una calidad del agua óptima, con garantías para nuestra salud y para el medio ambiente. Existen varios métodos de depuración y soluciones para el tratamiento del agua en las piscinas.
VI.
Métodos físicos Filtración: Con skimmer y con rebosadero Sistema de limpieza integrado Métodos químicos Métodos físico químicos Control de PH
RECURSOS
Para el desarrollo del trabajo se emplearon los siguientes materiales:
VII.
Información bibliográfica para la realización del informe. Software AutoCAD para el diseño de la piscina y demás instalaciones de las que requiera. Reglamento Nacional de Edificaciones.
CALCULOS Y RESULTADOS 7.1.Profundidad
La profundidad está asumida de acuerdo a las profundidades máximas y mínimas que debe cumplir una piscina. Profundidad Mínima Profundidad Máxima
= 1.20m = 1.92m
7.2.Graderío de acceso
Se debe tener en cuenta que las gradas sean cómodas, anchas, de paso grande y contrapaso pequeño, teniendo en cuenta estas consideraciones, tenemos: Paso Contrapaso
= 0.40m = 0.20m
7.3.Inyectores de agua, Skimmers y Rejillas de fondo
Se ha considerado 2 inyectores de agua, los cuales deben estar espaciados como máximo 5m. Se ha considerado 2 Skimmers o desnatadores. Se ha considerado 2 rejillas de limpieza.
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7.4.Cálculo de la dotación de la piscina
De acuerdo a la Tabla N°02 para piscina de recirculación, tenemos que: dotación = 10L/d por m 2. Datos:
ó = 10/ Á = 417.13 ó =10∗417.13=4171.3 La dotación de agua requerida para los aparatos sanitarios es los vestuarios y cuartos de aseo anexos a la piscina, se calculara adicionalmente a razón de 30L/d por m2. De proyección horizontal de la piscina.
ó =30∗417.13=12513.90 ó =4171.3+12513.9 ó =16685.2 El tiempo de llenado de la piscina debe variar de 2 a 10 horas aproximadamente.
=3ℎ 7.5.Cálculo del caudal necesario de la piscina
= Reemplazando datos, tenemos:
16685.2 =1.545/ = 3∗60∗60 7.6.Cálculo del diámetro de la tubería de alimentación
Diámetro mínimo (V = 3.00m/s)
í =√ ∗4∗á
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Reemplazando datos, tenemos:
45/1000) → í =1.01" í = √ 4∗(1.5∗3 Diámetro máximo (V = 0.60m/s)
á =√ ∗4∗í
Reemplazando datos, tenemos:
545/1000) á = √ 4∗(1.∗0. 6 ∅ =2"
→ á =2.25"
7.7.Cálculo del caudal de recirculación
Para determinar el caudal de recirculación usaremos la siguiente fórmula:
= ó Tiempo de recirculación = 1día Calculamos el volumen de la piscina: Área transversal = 39.12m2 Ancho
= 14.85m
∗14.85 =39. 1 2 =580.932 Luego reemplazando datos, tenemos:
580. 9 32 = 24∗60∗60 → =0.006724/ =6.724/
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7.8.Cálculo del diámetro de la tubería de retorno (impulsión)
=6.724/ í =√ ∗4∗á
Diámetro mínimo (V = 3.00m/s)
Reemplazando datos, tenemos:
24/1000) → í =2.1" í = √ 4∗(6.7∗3 Diámetro máximo (V = 0.60m/s)
á =√ ∗4∗í
Reemplazando datos, tenemos:
724/1000) á = √ 4∗(6.∗0. 6 ∅ =3"
→ á =4.7"
7.9.Cálculo del diámetro de la tubería de succión
Asumimos el mismo diámetro que la tubería de impulsión
∅ó =3" 7.10.
Cálculo de la potencia de la bomba
Asumiremos que la bomba trabajara a presión positiva a 1.5 m por debajo del nivel de agua. Para determinar la potencia de la bomba usaremos la siguiente ecuación
∗ = ∗75 Datos:
Q = 6.724L/S η = 75%
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Cálculo del gradiente hidráulico
=∗− ∗ β = 14
Q = 6.724 L/S D = 7.62 cm Reemplazando datos, tenemos: S = 0.0246 m/m Longitud adicional de tubería 4 Codos de 90° (3Pulg.) = 12.2 mca 2 Válvulas compuerta (3Pulg.) = 1.2 mca 1 Medidor (3Pulg.) = 2.10 mca Ladicional
= 15.5 m
Además: Lreal = 44.42 m Lequivalente = 15.5 m + 44.42 m Lequivalente = 59.92 m Calculamos Hf
=∗ =0.0246∗59.92 → =1.474 á =á + + á =1. 5 +1. 4 74+3 á =5.974 Hallamos la altura dinámica
Luego reemplazando datos, tenemos que:
9 74 = 6.70.24∗5. 7 5∗75 =0. 7 ≈1. 0 0 Por lo tanto necesita una bomba de 1.00HP.
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VIII.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1.CONCLUSIONES
Logramos realizar el diseño de una piscina con sistema de recirculación. Logramos calcular la dotación para la piscina de recirculación, siendo esta 16685.2L. Calculamos la potencia de recirculación de la bomba, siendo necesaria una bomba de 1.00HP. Se logró determinar el diámetro de la tubería de retorno o impulsión, siendo ésta de 3”.
Logramos determinar el diámetro de la tubería de alimentación, siendo ésta de 2” .
8.2.RECOMENDACIONES
IX.
X.
Se debe tener en cuenta la finalidad para la que se va a diseñar la piscina, pues cada tipo debe inclinarse estrictamente a lo estipulado en el reglamento.
Se debe verificar las condiciones de ubicación, seguridad y sanidad de la piscina acorde con lo estipulado en el reglamento.
BIBLIOGRAFIA
Gaspar Méndez Cruz (2014). Separata de piscinas. UNC
Cuesa Sport, s.l. (1999). Manual de Piscinas y Normativas. S.E.
Condiciones generales para el buen estado sanitario. Recuperado el 25 de julio de 2015 de: http://www.gencat.es:8000/salut/depsalut/pdf/pisci_man_3cond.pdf
Antonio Ortega Venteo (2006). Mantenimiento de instalaciones deportivas, piscinas cubiertas y campos de césped artificial. Almería.
Gómez et al. , 2014. Manual de piscinas. Murcia. Primera edición
PLANOS
Se adjuntaron dos planos:
Plano de la piscina en planta y elevación Plano de detalles.
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