CAPÍTULO I SISTEMA HIDRÁULICO DE AGUA POTABLE 1.- GENER ALIDADES.
El suministro de agua en edificios, comprende primero el análisis correspondiente para elegir el sistema adecuado de abastecimiento de agua, el cual depende de la presión de la matriz y de las características del edificio, este debe contar con la cantidad de agua que permita abastecer a todas las personas y llegar el agua a los aparatos sanitarios o a los puntos de consumo con la presión adecuada que garantiza el confort de las personas. Para realizar el cálculo y el dimensionamiento de la tubería de agua fría se deben tener en cuenta los parámetros fundamentales que establecen las condiciones mínimas para lograr un correcto funcionamiento de los diferentes aparatos sanitarios existentes en el edificio en cuanto a su caudal, presión y continuidad. En nuestro medio se aplica cuatro sistemas de abasto de agua potable:
Alimentación Directa.
Alimentación Indirecta o por Gravedad.
Sistema Mixto o Combinado, resultante de los dos anteriores.
Sistemas Hidroneumáticos.
Básicamente, todos dependen de la presión existente en la red de suministro de agua potable (matriz de agua).
a) Sistema de Alimentación Directa. Se tiene esta modalidad, cuando la edificación se surte directamente de la matriz de agua potable del servicio público, sin necesidad de recurrir a
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elementos auxiliares, puesto que la presión de servicio es suficiente para el adecuado funcionamiento de los artefactos sanitarios y no es obligatorio la reserva de agua. La mínima presión de servicio en la red pública es de 15 m.c.a. (equivalente a 1.5 kg/cm2 o 20 psi) apenas suficiente para alimentar residencias corrientes, de una o dos plantas, en general. La máxima presión de entrada no debe superar 40 m.c.a (± 60 psi), siendo el límite máximo admisible de 45 m.c.a. b) Alimentación Indirecta o por Gravedad. Este tipo de sistema consiste en tener un tanque elevado, es decir, un tanque de almacenamiento la cual es alimentada directamente de la red pública. c) Sistema Mixto o Combinado. Utilizado en edificaciones de hasta cuatro pisos que, en principio no requieren la instalación de bombas. Este sistema combina la alimentación directa con la distribución por gravedad. Se presenta dos etapas de funcionamiento: 1. Hay presión suficiente en la red exterior. Significa que existe alimentación directa de los servicios en cada piso y también del tanque elevado o de reserva. 2. Falta agua en la red exterior: automáticamente entra en servicio el tanque de reserva para abastecer la edificación por gravedad.
d) Sistema Hidroneumático. La instalación de sistemas hidroneumáticos es una solución válida para el abastecimiento de agua potable a edificios de altura.
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2.- DOTACIÓN DE AGUA EN EDIFICIOS.
En términos generales es la cantidad de agua que se consume en promedio durante el día por una persona, cuya unidad es litros /persona/día.
2.1.- Tipos de consumo. A continuación se presenta los diferentes tipos de consumo: 1.- HOTELES, PENSIONES, HOSPEDAJES TIPO DE ESTABLECIMIENTO DOTACIÓN DIARIA Hotel 500 litros / hospedaje Pensión 350 litros / alcoba Hospedaje 25 litros por cada m2 destinado a alcobas NOTA: Las dotaciones de agua y servicios anexos a estos establecimientos como bares, lavanderías, comercios y similares, se calculan separadamente.
2.- RESTAURANTES ÁREA EN M 2 DOTACIÓN DIARIA 2 Hasta 40 m 2000 litros De 41 a 100 m2 50 litros / m2 Más de 100 m2 40 litros / m2 NOTA: En aquellos restaurantes donde también se elaboren alimentos para ser consumidos fuera del local, se calculará una dotación complementaria a razón de 8 litros / cubierto.
3.- PLANTELES EDUCATIVOS Y RESIDENCIAS ESTUDIANTILES ÁREA EN M 2 DOTACIÓN DIARIA Alumnado externo 40 liros / persona Alumnado semi-interno 70 litros / persona Alumnado interno o residente 200 litros / persona Personal no residente 50 litros / persona Personal residente 200 litros / persona NOTA: Otras dotaciones adicionales se calcularán separadamente, de acuerdo a las normas para cada caso.
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4.- BARES, FUENTES DE SODA, CAFETERÍAS ÁREA EN M 2 Hasta 30 m2 de 31 a 60 m2 De 61 a 100 m2 Más de 100 m2
DOTACIÓN DIARIA 150 litros 2 60 litros / m 50 litros / m2 40 litros / m2
5.- CINES, AUDITORIOS Y OTROS TIPO DE ESTABLECIMIENTO
DOTACIÓN DIARIA
Cines, teatros y auditorios
3 litros / asiento
Cabarets, casinos y salas de baile Estadios, velódromos, autodrómos, plazas de toro y similares Circos, hipódromos, parques de atracciones y similares.
30 litros / m2 de área para uso público 1 litro / espectador 1 litro / espectador, más la dotación requerida para animales
6.- PISCINAS (DE RECIRCULACIÓN Y DE FLUJO CONTINUO) TIPO Con recirculación de las aguas de rebose Sin recirculación de las aguas de rebose Con flujo continuo de agua
DOTACIÓN 10 liros / día por cada m2 de proyección horizontal de piscina 25 litros / día por m2 125 litros / hora por m3
NOTA: La dotación de agua para los servicios sanitarios en los desvestideros y cuartos de aseo anexos a las piscinas, se calculará a razón de 30 litros / día por cada m2 de proyección horizontal de piscina.
7.- OFICINAS EN GENERAL La dotación de agua para oficinas se puede estimar a razón de 6 litros / día x m 2 de área útil del local También puede aplicarse 40 a 50 litros / persona x día.
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8.- PISCINAS (DE RECIRCULACIÓN Y DE FLUJO CONTINUO) TIPO Para bombas de gasolina Para garaje cubierto
simple
DOTACIÓN 800 litros / día x bomba y
parqueadero 2 litros Ó
/
día
x
m2
de área también
Para lavado no automático
50 litros / día x carro 8.000 litros / día x unidad de lavado
Para lavado automático
12.800 litros / día x unidad de lavado
Para oficina y venta de repuestos
6 litros / día x m2 de área
NOTA: Para servicios anexos tales como: fuentes de soda, restaurantes y riego de jardines, debe calcularse aparte.
9.- HOSPITALES, CLÍNICAS, CONSULTORIOS TIPO Hospitales y clínicas con hospitalización
DOTACIÓN
Consultorios médicos
500 litros / día x consultorio 1.000 litros / día x cada unidad dental
Clínicas dentales
800 litros / día x cama
10.- LAVANDERÍAS Y SIMILARES TIPO Lavanderías
DOTACIÓN
Lavado en seco, tintorerías y similares
30 litros / kg de ropa
40 litros / kg de ropa
11.- PLANTAS LECHERAS Y SUS ANEXOS TIPO
DOTACIÓN
Estaciones de recibo y enfriamiento
1500 Litros por cada 1000 litros de leche recibida por día 1500 Litros por cada 1000 litros de leche Plantas de pasteurización a pasteurizar por día Fábricas de mantequilla, queso o leche 1500 Litros por cada 1000 litros de leche en polvo a procesar por día
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12.- ALOJAMIENTO DE ANIMALES EDIFICACIÓN PARA: Ganado lechero
DOTACIÓN
Bovinos
40 litros / día x animal
Ovinos
10 litros / día x animal
Equinos
40 litros / día x animal
Porcinos
10 litros / día x animal
Aves
20 litros / día x cada 100 aves
120 litros / día x animal
13.- MATADEROS (PÚBLICOS O PRIVADOS) CLASE DE ANIMAL Bovinos
DOTACIÓN
Porcinos
300 litros / día x animal
Ovinos y caprinos
250 litros / día x animal
Aves en general
16 litros / día x cada 100 av es
500 litros / día x animal
14.- MATADEROS (PÚBLICOS O PRIVADOS) CLASE DE ANIMAL Bovinos
DOTACIÓN
Porcinos
300 litros / día x animal
Ovinos y caprinos
250 litros / día x animal
Aves en general
16 litros / día x cada 100 aves
500 litros / día x animal
15.- DEPÓSITOS La dotación diaria para depósitos de materiales, equipos y artículos manufacturados, se calculará a razón de 0.50 litros / día x m2 de área útil del local y por cada turno de trabajo de 8 horas o fracción. La dotación mínima debe ser de 500 litros / día. Si hay oficinas anexas, calcular su consumo adicionalmente.
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16.- CARNICERÍAS, COMERCIOS, PESCADERÍAS Y SIMILARES Se calcula a razón de 20 litros / día x m 2 de área del local La mínima dotación admisible es de 400 litros / día.
17.- MERCADOS Calcular a razón de 15 litros / día x m 2 de área útil del local. La dotación de agua para locales con instalaciones separadas, tales como restaurantes, cafeterías, comercios, oficinas, etc, se calculará adicionalmente segúnlas normas para cada caso.
18.- INDUSTRIAS EN GENERAL a) La dotación de agua para consumo humano se calcula a razón de 80 litros por operario o empleado, por cada turno de 8 horas o fracción. b) La dotación de agua para el consumo industrial, debe calcularse de acuerdo con la naturaleza de la industria y sus procesos de manufactura. NOTA: La dotación para oficinas, restaurantes, depósitos, comercio, riego y demás anexos, deberán ser adicionales.
2.2.-Partes Constitutivas del Sistema de Distribución. En el sistema de distribución interior podemos distinguir cuatro partes principales:
Distribuidor. Columnas de agua potable. Derivaciones. Ramales y subramales.
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2.2.1.-Distribuidor. Tubería horizontal que partiendo del medidor general va hasta la parte inferior de las columnas de agua para alimentar a éstos. Normalmente es de gran diámetro.
2.2.2.-Columnas de Agua Potable Las columnas son tuberías verticales que van desde el distribuidor a las derivaciones en cada planta del edificio. La ubicación de las columnas está sujeta a las características del proyecto. En edificaciones grandes se recomiendan que vayan colocadas en los ductos designados arquitectónicamente para tal efecto.
2.2.3.-Derivaciones. Tuberías de suministro que van desde las columnas hasta los puntos de consumo. Debe proveerse de una válvula de paso general que permita la suspensión del servicio a todo el departamento. Adicionalmente es recomendable instalar una válvula a la entrada de los puntos de consumo (baños, cocina, lavandería, etc.), a fin de no suspender el servicio a una gran parte de servicios restantes en los diferentes pisos, en caso de reparación en uno de los sitios mencionados.
2.2.4.-Ramales y Subramales.
Son las tuberías que distribuyen el agua desde las derivaciones hasta los aparatos. Debe preocuparse que el trazado sea lo más simple y corto posible.
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3.- PARÁMETROS DE DISEÑO.
Debido a las variaciones en la demanda de agua, ocasionadas por las diferentes actividades que se desarrollan a lo largo del día, se producen fluctuaciones diarias en el sistema de agua potable. Se debe tener en cuenta los siguientes parámetros para el diseño:
3.-1 Caudales. Se debe tener presente los caudales mínimos que debe de llegar a cada uno de los aparatos sanitarios para su correcto funcionamiento, la cual se presenta a continuación:
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Tabla . Uso Privado Caudal en lts. / seg
Aparatos
mínimo
recom.
Lavabo ( L )
0,20
0,3
Inodoro ( Wc )
0,3
0,35
Ducha ( D )
0,2
0,3
Bañera ( Tb ) Bebedero ( B )
0,3 0,1
0,35 0,15
Fregadero ( Fr )
0,25 - 0,30
0,40 - 0,45
Lavadero ( Lv )
0,20 - 0,30
0,30 - 0,45
Lavadora ( Lav )
0,25 - 0,30
0,40 - 0,50
Manguera de jardín ( G )
0,25
0,40
Manguera de jardín ( G )
0,3
0,45
Calentador eléctrico ( C )
0,3
0,45
Tabla . Uso Público
Aparatos
Caudal en lts. / seg mínimo recom.
Lavabo ( L )
0,20
Inodoro de fluxómetro ( Wc )
1 -, 2 - 2,50
Ducha ( D )
0,20
0,30
Bebedero ( B )
0,10
0,15
Fregadero ( Fr )
0,25 - 0,30
0,40 - 0,45
Orinal fluxómetro
1,00 - 2,00
Lavadero ( Lv )
0,20 - 0,30
0,30 - 0,45
Lavadora ( Lav )
0,25 - 0,30
0,40 - 0,50
0,30
3.2.- Diámetro. Se debe tener presente los diámetros mínimos que debe de llegar a cada uno de los aparatos sanitarios:
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Tabla . Uso Privado Aparatos
Diámetro alimentación
Lavabo ( L )
1/2"
Inodoro ( Wc )
1/2"
Ducha ( D )
1/2"
Bañera ( Tb )
3/4"
Bebedero ( B )
1/2"
Fregadero ( Fr )
1/2"
Lavadero ( Lv )
1/2"
Lavadora ( Lav )
1/2"
Manguera de jardín ( G )
1/2"
Manguera de jardín ( G )
3/4"
Calentador eléctrico ( C )
3/4"
Tabla . Uso Público Aparatos
Diámetro alimentación
Lavabo ( L )
1/2"
Inodoro de fluxómetro ( Wc )
1 1/4" - 1 1/2"
Ducha ( D )
1/2"
Bebedero ( B )
1/2"
Fregadero ( Fr )
1/2"
Orinal fluxómetro
3/4"
Lavadero ( Lv )
1/2"
Lavadora ( Lav )
1/2"
Manguera de jardín ( G )
1/2"
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3.3.- Presión. Se debe tener restricciones sobre las presiones en los puntos de consumo estableciendo un rango de presiones aceptable para los consumos en función de uso.
Tabla . Uso Privado Aparatos
Presión en m.c.a. mínima recom.
Lavabo ( L ) Inodoro ( Wc ) Ducha ( D ) Bañera ( Tb ) Bebedero ( B ) Fregadero ( Fr ) Lavadero ( Lv ) Lavadora ( Lav ) Manguera de jardín ( G ) Manguera de jardín ( G ) Calentador eléctrico ( C )
2 2 1,5 2 2,5 2 2 2 10 10 2
7 7 7 7 7 7 7 7 10 10 7
Tabla . Uso Público Aparatos
Presión en m.c.a. mínima recom.
Lavabo ( L ) Inodoro de fluxómetro ( Wc ) Ducha ( D ) Bebedero ( B ) Fregadero ( Fr ) Lavadero ( Lv ) Lavadora ( Lav ) Manguera de jardín ( G ) Orinal fluxómetro
2,00 7 a 14 1,50 2,50 2,00 2,00 2,00 10,00 5 a 10
12
7,00 14,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 10,00 10,00
3.3.1.- Presión mínima. .A continuación se presenta los valores de presión mínima que debe llegar a cada uno de los aparatos sanitarios para su buen funcionamiento, dependiendo si es para uso público o privado En el caso de que la presión disponible en el punto de consumo fuera inferior a la presión mínima exigida, sería necesaria la instalación de un grupo de presión. 3.4.- Velocidad de agua.
La velocidad del agua en las tuberías es importante porque con velocidad menor a 0,60 m/seg. puede producirse sedimentos de partículas en las tuberías y con velocidad mayor a 0,60 m/seg. se obtiene el arrastre de sedimentos, para velocidades mayores de 2,0 m/seg. se puede producir desgaste en la tubería. Por lo tanto debe estar la velocidad entre 0,60 m/seg. y 2,0 m/seg.en tuberías hasta 2 ½” y una velocidad de 2,5m/seg para tuberías de diámetro mayores a 2 ½”. Esta velocidad máxima admisible también está dada de acuerdo a la calidad de la tubería y a su diámetro . DIÁMETRO Hasta 2 1/2 Mayores a 2 1/2
VELOCIDAD MÁXIMA SEGÚN DIÁMETRO VELOCIDAD max 2m/seg max 2,5m/seg
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CAPÍTULO II MÉTODOS PARA ESTIMAR EL CAUDAL DE DISEÑO 1.- MÉTODO DE SIMULTANEIDAD DE USO.
Este método se basa en las aplicaciones de un factor que evalúa la simultaneidad de funcionamiento de los aparatos sanitarios. Para aplicar el método se deben conocer los valores de caudal de cada sanitario según los valores dados en las tablas que se muestran a continuación. El método del factor de simultaneidad se determina un caudal máximo probable que será el caudal del tramo suponiendo que no presenta un funcionamiento de todos los aparatos al mismo tiempo. El factor de simultaneidad de uso se expresa de la siguiente manera:
Para calcular el caudal máximo probable, se debe multiplicar el caudal máximo posible por el factor de simultaneidad F.S. Este factor depende fundamentalmente del número de aparatos y si el uso es común o privado.
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Tabla . FACTORES DE SIMULTANEIDAD
1 N°
2
3
de FACTOR DE SIMULTANEIDAD
aparatos “n”
1 N°
2
3
de FACTOR DE SIMULTANEIDAD
aparatos “n”
Predominio Comunes
Predominio Fluxómetros
Para vivienda
Predominio Comunes
Predominio Fluxómetros
1
1,00
1,00
1,00
40
0,38
0,09
2
1,00
1,00
1,00
50
0,37
0,07
3
0,8
0,64
0,71
60
0,36
0,060
4
0.68
0,51
0,58
70
0,35
0,050
5
0.62
0,43
0,50
80
0,34
0,043
6
0.58
0,38
0,45
90
0,34
0,036
7
0.56
0,34
0,41
100
0,33
0,031
8
0,53
0,31
0,38
200
0,30
0,001
9
0,51
0,28
0,35
300
0,29
10
0,5
0,26
0,33
400
0,28
12
0,48
0,23
0,30
500
0,27
14
0,45
0,21
0,28
600
0,26
16
0,44
0,19
0,26
700
0,26
18
0,43
0,17
0,24
800
0,26
20
0,42
0,16
0,23
900
0,25
25
0,4
0,13
0,20
1000
0,25
30
0,38
0,12
15
Para vivienda
Uso de tabla:
Columna 1: En esta columna se encuentra los factores de simultaneidad de uso (F.S) sólo para aparatos comunes en instalaciones de tipo colectivo. La fórmula a aplicar es: F .S
1 1 log 10 n 1 log n
Donde: n=número de aparatos instalados
Columna 2: Aquí se encuentra los favores de F.S cuando hay predominio en el gasto de aparatos de fluxómetro y en instalaciones de tipo colectivo. La fórmula aplicada es:
F.S
1
n 1
0.07
Donde: n=número de aparatos instalados
Columna 3:
Se aplica para edificios residenciales con la existencia de aparatos comunes. Los valores de F.S se obtiene aplicando la fórmula siguiente según las normas francesas: F .S
1
n 1
Donde: N=número de aparatos instalados.
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Para obtener el caudal máximo posible se calcula aplicando la siguiente fórmula:
Donde: Qi=Es la suma de los caudales mínimos de todos los aparatos instalados.
2.- MÉTODO DE HUNTER (NÚMERO DE UNIDADES DE GASTO).
Para el dimensionamiento de las tuberías se tiene en cuenta que todos los aparatos instalados no funcionan simultáneamente; por esta razón se deben distinguir varios tipos de caudal. El método pretende evaluar el caudal máximo probable y se basa en el concepto de que únicamente unos pocos aparatos, de todos los que están conectados al sistema, entrarán en operación simultánea en un instante dado. El efecto de cada aparato que forma parte de un grupo numeroso de elementos similares, depende de: • Caudal del aparato, o sea el flujo que deja pasar el servicio (q). • Frecuencia de uso: tiempo entre usos sucesivos (T). • Duración de uso: tiempo que el agua fluye para atender la demanda del
aparato (t). El método es aplicable a grandes grupos de elementos, ya que la carga de diseño es tal que tiene cierta probabilidad de no ser excedida (aunque lo puede ser en pocas ocasiones). Según Hunter, se tiene en funcionamiento satisfactorio cuando las tuberías están proporcionadas para suministrar la carga de demanda para el número (m ) del total de (n) aparatos del edificio. Hunter se ideó la forma de aplicar el método a sistemas con aparatos de diferente clase asignando el peso o influencia de un aparato con respecto a los demás; entonces, el número que identifica un aparato será una relación
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del número de válvulas de fluxómetro que producen un caudal determinado al número de aparatos de otro tipo que producen el mismo caudal.
Los valores aceptados por la mayoría de códigos para los diferentes aparatos se muestran en la siguiente Tabla. Tabla . Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso público Aparato
Tipo
Unidades de Consumo Agua Fría Agua Caliente
Total
Inodoro
Fluxómetro
10
10
Inodoro
Depósito
5
5
Urinario
Fluxómetro ( D = 2,5 cm)
10
10
Urinario Urinario
Fluxómetro (D = 2 cm) Depósito
5 3
5 3
Lavabo
Llave
1.5
1,5
2
Ducha
Válvula mezcladora
3
3
4
regadero
Hotel, restaurant ( llave )
3
3
4
Bebedero
Simple
1
1
Bebedero
Múltiple
1
1(*)
NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría má s el gasto de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las la primera columnas. ( * )cifras Debeindicadas asumirseen este número ydesegunda unidades de gasto por cada salida.
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Tabla. Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso privado Aparato
Tipo
Unidades de Consumo Agua Fría Agua Caliente
Total
Inodoro
Fluxómetro
6
6
Inodoro Lavabo
Depósito Llave
3 0,75
0,75
3 1
Tina de baño
Llave
1,5
1,5
2
Ducha Cuarto Baño Cuarto Baño
Válvula mezcladora
1,5
1,5
2
Fluxómetro
6
2
8
de de Con un depósito
5
2
6
Medio baño
Depósito
4
0,75
4
Fregadero
Llave
2
2
3
Lavadero
Llave
2
2
3
Lavadora
Llave
3
3
4
2.1.- Método de Hunter modificado. Este método se deriva del anterior; y la obtención de las unidades de consumo se realiza de forma idéntica; la modificación se da en la lectura del caudal máximo probable, donde se realiza una reducción del caudal promedio de los aparatos respecto del que usa el método srcinal. Este método consiste en asignar a cada aparato sanitario, un número de “Unidades de Consumo” (U.C), el cual se define como el caudal máximo
demandado por un lavabo de tipo privado que equivale a un caudal de (0,47 lt/seg),es decir, un factor de seguridad de 2,5 con respecto al caudal mínimo requerido por el mismo aparato para su funcionamiento adecuado. El valor del caudal máximo probable calculado por este método es muy alto, lo cual económicamente no conviene en el diseño; por tal razón se realizó una modificación a éste método llamándolo Método de Hunter Modificado para ser aplicado en nuestro medio.
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El método de Hunter
trata de convertir en un método relativamente
“económico” desde el punto de vista de la estimación de los caudales de los
diferentes aparatos sanitarios, por lo que éste método modificado utiliza caudales promedios para cada aparato considerando los extremos de los gastos mínimos dados en las tablas y los gastos máximos del método de Hunter srcinal.
Definición de la U.C Modificada . Una Unidad de Consumo, es el gasto normal o promedio demandado por un lavabo ( tipo privado) en condiciones de funcionamiento normal. El gasto normal de un lavabo, que se toma como unidad, es el promedio entre el mínimo de las tablas, y el máximo estimado por el método de Hunter srcinal. Así, para un lavabo privado se tiene:
Caudal mínimo = 0,20 lt/seg ( según tabla )
Caudal máximo = 0,47 lt/seg ( según Hunter srcinal )
El caudal promedio es 0,33 lt/seg, o sea, la unidad de consumo por el método modificado. Por lo tanto:
1 U.C = 0,33 lt/seg
En éste caso, el factor multiplicador de los gastos mínimos de la tabla
es
aproximadamente 1,5 lo que equivale a un incremento del 50% de los caudales mínimos dados en estas tablas. Para estimar la máxima demanda de agua de un edificio, debe tenerse en cuenta si el tipo de servicio de los aparatos es público o privado.
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A continuación se presentan las tablas que nos proporcionan las unidades de consumo de los aparatos según el caso. Tabla . Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso público Unidades de Consumo Aparato
Tipo Agua Fría
Agua Caliente Total
Inodoro
Fluxómetro
10
10
Inodoro
Depósito
5
5
Urinario
Fluxómetro ( D = 2,5 cm )
10
10
Urinario
Fluxómetro ( D = 2 cm )
5
5
Urinario
Depósito
3
3
Lavabo
Llave
1,5
1,5
2
Ducha
Válvula mezcladora
3
3
4
Fregadero
Hotel, restaurant ( llave )
3
3
4
Bebedero
Simple
1
1
Bebedero
Múltiple
1
1(*)
NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el gasto de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras indicadas en la primera y segunda columnas.
( * ) Debe asumirse este número deunidades de gasto por cadasalida
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Tabla Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso privado
Unidades de Consumo Aparato
Tipo Agua Fría
Agua Caliente
Total
Inodoro
Fluxómetro
6
6
Inodoro
Depósito
3
3
Lavabo
Llave
0,75
0,75
1
Tina de baño
Llave
1,5
1,5
2
Ducha
Válvula mezcladora
1,5
1,5
2
Cuarto de Baño
Fluxómetro
6
2
8
Cuarto de Baño
Con un depósito
5
2
6
Medio baño
Depósito
4
0,75
4
Fregadero
Llave
2
2
3
Lavadero
Llave
2
2
3
Lavadora
Llave
3
3
4
NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el gasto de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras indicadas en la primera y segunda columnas.
En el caudal máximo probable en función de las U.C, se presentan las siguientes ecuaciones.
22
Para unidades de consumo entre 3 < U.C < 240
Paraaparatos comunes:
Q = 0,1163 ( U.C ) 0,6875
Para aparatos con fluxómetro: Q = 0,7243 ( U.C ) 0,384
Para unidades de consumo entre 260 < U.C < 1000
Para aparatos comunes:
Q = 0,074 ( U.C ) 0,7504
Para aparatos con fluxómetro:
Q = 0,3356 ( U.C ) 0,5281
Guía para aplicación de método Hunter modificado. Paso 1
Elabore un diagrama de la red. Por cada tramo especifique el número y tipo de aparato sanitario. Una vez identificado el tipo de aparato sanitario(uso privado o público) nos dirigimos a la tabla anterior y vemos que unidad de consumo corresponde.
Luego que se haya identificado las unidades de consumo del aparato sanitario nos dirigimos a la tabla (caudal probable).
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Tabla . Caudal probable en función de ∑
∑ U.C
Q. Probable ( lt/sg)
∑ U.C
Q. Probable ( lt/sg)
U.C.
∑ U.C
Q. Probable ( lt/sg)
Comunes
Fluxóm.
Comunes
Fluxóm.
Comunes
Fluxóm.
3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18
0.25 0.30 0.35 0.40 0.44 0.49 0.53 0.57 0.64 0.71 0.78 0.85
1,10 1,23 1,34 1,44 1,53 1,61 1,68 1,75 1,88 2,00 2,10 2,20
65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140
2,05 2,16 2,26 2,37 2,47 2,57 2,66 2,76 2,94 3,13 3,30 3,48
3,60 3,70 3,80 3,90 3,99 4,08 4,16 4,25 4,40 4,55 4,70 4,83
460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680
7,87 8,11 8,34 8,57 8,79 9,01 9,23 9,45 9,67 9,88 10,09 10,30
8,55 8,75 8,94 9,12 9,31 9,49 9,66 9,84 10,01 10,18 10,35 10,51 10,67
20
0.91
2,29
150
3,64
4,96
700
10,51
22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 55 60
0.97 1.03 1.09 1.15 1.21 1.26 1.31 1.37 1.42 1.47 1.52 1.57 1.62 1.67 1.71 1.83 1.94
2,37 2,45 2,53 2,60 2,67 2,74 2,81 2,87 2,93 2,99 3,04 3,10 3,15 3,20 3,25 3,37 3,49
160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440
3,81 3,97 4,13 4,29 4,44 4,74 5,03 4,80 5,08 5,35 5,61 5,87 6,13 6,38 6,63 6,88 7,13
5,09 5,20 5,32 5,43 5,54 5,75 5,94 6,33 6,58 6,82 7,06 7,29 7,51 7,73 7,94 8,15 8,35
720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000
10,72 10,92 11,12 11,32 11,52 11,72 11,91 12,11 12,30 12,49 12,68 12,87 13,06 13,24 13,43
24
10,83 10,99 11,15 11,30 11,45 11,60 11,75 11,90 12,04 12,19 12,33 12,47 12,61 12,75 12,89
3.- MÉTODO BRASILEÑO.
Este método fue establecido por la norma para instalaciones prediales de agua fría del Brasil. Este método estima los caudales máximos probable, el cual consiste en asignarle un “peso” (p) para cada aparato sanitario.
Estos pesos son establecidos por comparación de los efectos producidos por los diferentes tipos de aparatos. Tomando en cuenta los aspectos económicos en el dimensionamiento tramo por tramo de la red debería ser previsto los caudales de igual forma y debe ser determinado a partir de los pesos atribuidos a los diferentes aparatos sanitarios de acuerdo a la siguiente tabla.
Tabla TIPO DE SANITARIO
APARATO Caudal
lt/ seg
Bebedero 0,05 Tina de baño 0,30 Inodoro 0,10 Ducha 0,20 Lavadora de ropa o de platos 0,20 Lavabo 0,10 Fregadero 0,25 Tanque de lavar ropa 0,30 Inodoro (fluxómetro) 1,90 Urinario continua)
(descarga
Peso " p " 0,30 1,00 0,30 0,50 1,00 0,50 0,70 1,00 4,00
0,075
0,20
Urinario (con cisterna) Fregadero de restaurant
0,10 0,30
0,30 1,00
Lavadora automática Grifo aislado Grifo de garaje
0,20 0,15 0,30
1,00 1,00 1,00
25
Para la estimación de caudales se aplica la siguiente formula.
Donde: Q=Caudal en litros/segundo c=Coeficiente de descarga igual a 0.25
=Suma de pesos correspondientes a todas las piezas de utilización sanitaria alimentadas atreves del tramo considerado. Ejemp lo d e aplicación m
ediante el mé tod o de sim ultaneidad
de us o:
En un departamento se cuenta con los siguientes aparados sanitarios. Determinar el caudal:
26
No. Aparatos
Descripción Sanitarios
Caudal min
Inodoro Lavabo Ducha Fragadero
2 2 2 2
0.4 0.3 0.5 0.3
∑n =
10
1.9
Aplicando la fórmula tenemos:
Luego debemos realizar el cálculo de Qi, para ello nos vamos a la tabla y obtenemos los caudales mínimos de cada aparato sanitario.
Descripción Caudal min Inodoro Lavabo Ducha Fregadero
0.3 0.2 0.2 0.3
Ahora realizamos el cálculo de Qi que es la sumatoria de todos los caudales parciales de los aparatos sanitarios.
Descripción
No. Aparatos Caudal min Sanitarios
Caudal total
Inodoro
2
0.3
0.6
Lavabo
2
0.2
0.4
Ducha
2
0.2
0.4
Fregadero
2
0.3
0.6
∑n =
10
∑Qi =
2
27
Aplicando la fórmula tenemos lo siguiente:
Ejem plo de cálcu lo m edian te el métod o d e Hun ter m od ificad o:
Un departamento cuenta con los siguientes aparados sanitarios. Determinar el caudal:
Departamento
Descripción
No. Aparatos consumo Unidad Sanitarios
Lavabo
2
0.75
1.5
Ducha Inodoro
2 2
1.5 3
3.0 6.0
Fregadero
2
2
4.0
∑ U.C=
14.5
de consumo Total de unidades de
Una vez obtenido el total de unidades de consumo nos dirigimos a las tablas para poder obtener el caudal probable. Debido a que este valor no se tiene en las tablas procedemos a interpolar
Resolviendo nos queda que: X=0.75
28
Por lo tanto el caudal probable es: Q=0.75(lt/sg Ejem p lo de ap lic ación m edi ant e el méto d o B ras ileño:
Del plano anterior teneos que:
Descripción
No. Aparatos Peso Sanitarios
0.3 0.5 0.5 0.7
Total peso 0.60 1.00 1.00 1.40
Inodoro Lavabo Ducha Fregadero
2 2 2 2
∑ P=
4.0
de
Determinar el caudal:
Aplicando la fórmula:
Donde c=0.25 Aplicando la fórmula tenemos que:
Según la aplicación de los tres métodos antes descritos podemos decir que el método Brasileño es el método más eficiente debido que al tener un menor caudal de diseño se reduce el diámetro de la tubería y por lo tanto también reduce el costo.
29
CAPÍTULO III CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED 1.- ELECCIÓN DEL DIÁMETRO. Consiste en calcular los diámetros comerciales posibles de los diferentes tramos de la red en función de los caudales de los aparatos sanitarios. Para realizar este cálculo se determina el “aparato más desfavorable” del sistema, el cual corresponde al malto y alejado.
30
En la isometría que podemos apreciar se observa que el punto (B) que corresponde a la ducha es el aparato más desfavorable del sistema hidráulico por encontrarse más alejado y alto con respecto al punto (A).
1.1.-Tipo de sistema empleado. Par el sistema empleado es importante realizar el análisis de las cotas piezométricas, para lo cual analizaremos el caso de alimentacion de un sistema directo.
En el esquema adjunto podemos observar que la cota piezométrica en ese punto “B” que corresponde a la ducha será: Z B + pB / γ
En estas condiciones se presentan los siguientes casos:
Cuando: pA / γ < ZB+ pB/ γ: Esto implica que no se puede tener una alimentación directa debido a que la presión de la matriz es menor a la presión requerida en ese punto.
Cuando: pA / γ > ZB+ pB/ γ:
31
Esto nos indica que si es posible la alimentación directa, debido a que la presión en la matriz es mayor a la requerida en el punto más desfavorable venciendo todas las resistencias por rozamiento de la red, desde la acometida hasta el aparato más alto y alejado.
1.1.1-Cálculo de la presión necesaria. La presión necesaria (PN) se obtiene al aplicarse la ecuación de la energía en el circuito CB que nos conduce el agua hasta el aparato más desfavorable desde el punto de derivación, siendo esta presión igual a: PN = ZB + pB / γ + Σ J
Σ J=Es la suma de todas las pérdidas desde el punto C hasta llegar al punto
más desfavorable (B). ZB = Es la altura desde la matriz hasta el punto (C) pB / γ = Es la presión mínima que requiere el aparato sanitario para su funcionamiento.
1.1.2-Cálculo de la presión disponible. La presión disponible ( PD ) se obtiene al aplicarse la ecuación de la energía en el circuito AC que nos conduce el agua hasta el punto de derivación, siendo esta presión igual a: P D = pA / γ – Z c – Σ J
pA / γ= Es la presión que se obtiene en la matriz de agua potable.
Zc = Es la diferencia de alturas desde el punto (C) hasta la matriz de agua potable (A). Σ J= Es la suma de pérdidas desde el punto (A) hasta el punto (C).
32
Debiéndose cumplir para su correcto funcionamiento que: PD > PN
NOTA:
Donde no se cumple esta expresión significa que se debe utilizar un sistema de bombeo debido a que la presión que se necesita en el punto más desfavorable es mayor a la presión disponible en la matriz de agua.
1.2.- Pérdida de carga. Cuando el agua circula por una tubería de un punto a otro se pierde energía. Esta pérdida de energía se debe al rozamiento que se produce entre el fluido y las paredes de la tubería, así también por el paso de obstáculos como codos, tee, reducciones, válvulas, derivaciones, etc
En redes de cualquier piso, excepto el último. En general, se recomienda que la pérdida de carga unitaria “ j ” no sea mayor a
0,5 mt / mt.
Las pérdidas de carga pueden ser determinadas por la fórmula de Fair-Whipple y Hsiao, cuya expresión es:
Q = 55,934 j 0,57 D 2,71
Despejando se obtiene lo siguiente j = 869.500 Q 1,75 / D 4.75 Donde:
Q = lt / sg D = mm j = mt / mt
33
Así pues, existen dos clases de pérdidas de carga: a) Pérdida de carga por fricción. b) Pérdida de carga localizada.
a) Pérdida de carga por fricción. Para el cálculo de las pérdidas de carga se ha tomado como base la fórmula de Hazen & Williams para tuberías de uso común. A continuación se presenta la siguiente fórmula:
Reordenando nos queda:
Donde: j%= % de pérdidas por fricción (m). C = Constante de rugosidad (a dimensional). Q = Caudal pasante (lt/min). D= Diámetro interior del tubo.
b) Pérdida de carga localizada. Consiste en utilizar una longitud equivalente que no es más que una longitud de tubería recta que produce la misma pérdida de carga.
Pasos a seguir para el cálculo.
De la tabla de longitudes equivalentes que se presenta a continuación, debemos determinar el tipo de accesorio (codo,tee,valvula, etc) luego determinamos el diámetro de dicho accesorio, con estos datos encontramos en la tabla la longitud equivalente en metros(m).
34
c) Pérdidas de presión en válvulas y conexiones. Ya que las válvulas y accesorios en una línea de tubería alteran la configuración de flujo, producen una pérdida de presión adicional la cual se puede determinar por:
Donde: = pérdida de carga localizada; = velocidad media del agua, antes o después del punto singular, conforme el caso; = Coeficiente determinado en forma empírica para cada tipo de punto singular La siguiente tabla da algunos de los valores de K . Tipo de singularidad
K
Válvula de compuerta totalmente abierta
0,2
Válvula de compuerta mitad abierta
5,6
35
Curva de 90º
1,0
Curva de 45º
0,4
Válvula de pie
2,5
Emboque (entrada en una tubería)
0,5
Salida de una tubería Ensanchamiento brusco
1,0 (1-(D1/D2)2)2
Reducción brusca de sección (Contracción) 0,5(1-(D1/D2)2)2
Ejemplo de aplicación: En el siguiente trazado de la red de agua potable se tiene lo siguiente:
Para realizar el cálculo del tramo 6 se debe tener en cuenta todos los accesorios que intervienen hasta llegar al punto deseado, es decir todos los codos, tee, válvulas, etc. Para ello tenemos que ver en la isometría todo el recorrido que se realiza hasta llegar al punto más desfavorable
36
Luego que se haya identificado todos los accesorios nos vamos a la tabla descrita anteriormente: Para el uso de la tabla debemos fijarnos el tipo de accesorio que tenemos, luego el diámetro del accesorio y con estos datos obtenemos la longitud equivalente en metros (m).
TRAMO
Diámetro
6 5
1/2 1/2
Válvulas TOTAL Codo 90° Té paso Té salida Té salida tipo Globo longitud Radio Corto directo lateral bilateral abierto (m)
1 0
2 0
0 1
37
1 1
1 1
7 5.9
Los resultados que se obtienen no es más que una longitud “equivalente” de la tubería producto de los accesorios presentes en cada tramo calculado, es decir para el tramo (6) se tiene una longitud de 7(m) y para el tramo (5) una longitud de 5.9 (m).
1.3.- Condiciones de buen funcionamiento de los aparatos. Para que los aparatos sanitarios funcionen en buenas condiciones se debe tener presente tanto: caudal, presión y diámetros mínimos. En la siguiente tabla tenemos algunas condiciones de buen funcionamiento dependiendo de que el uso sea público o privado. Se obtienen
los caudales mínimos y los recomendados, las presiones
mínimas y recomendables, y el diámetro en la alimentación.
USO PÚBLICO Caudal en lt/seg mínimo recom. Lavabo (L) 0,20 0,30 Inodoro (Wc) 0,30 0,35 Ducha (D) 0,20 0,30 Bañera (Tb) 0,30 0,35 Bebedero (B) 0,10 0,15 Fregadero (Fr) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,45 Lavadero (Lv) 0,20 - 0,30 0,30 - 0,45 Lavadora (Lav) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,50 Manguera de jardín (G) 0,25 0,40 Manguera de jardín (G) 0,30 0,45 Calentador eléctrico (C) 0,30 0,45 Aparatos
38
Presión m.c.a. mínima 2 2 1,5 2 2,5 2 2 2 10 10 2
en recom. 7 7 7 7 7 7 7 7 10 10 7
Diámetro Alimentación 1/2” 1/2” 1/2” 3/4” 1/2” 1/2” 1/2” 1/2” 1/2” 3/4” 3/4”
CAPÍTULO IV SISTEMA DE BOMBA-HIDRONEUMÁTICO
1. GENERALIDADES. Una
bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la
energía mecánica en forma delugar columna de agua, la cual permite que elhidráulica agua puedausualmente ser transportada de un a otro. Este tipo de abastecimiento de agua potable en edificios evita construir tanques elevados ya que los equipos bomba- Hidroneumático han demostrado ser una opción eficiente con grandes ventajas. Al utilizar un sistema de bombeo esta puede ser de succión positiva o negativa según este localizado el nivel del agua en la cisterna de bombeo por encima o por debajo con respecto al eje de la Succión positiva. Se tiene una succión positiva cuando el nivel del agua se encuentra por encima del eje de la bomba como se puede ver el gráfico adjunto.
Succión negativa: Se dice que se tiene una succión negativa cuando el nivel del agua se encuentra por debajo del eje de la bomba como se puede ver el gráfico adjunto.
39
2.- PARÁMETROS DE DISEÑO.
Para realizar el cálculo de un sistema de bombeo se debe tener presente los siguientes datos.
2.1.-Caudal de bombeo (Qb): Es determinar el consumo máximo probable de agua mediante los métodos analizados anteriormente. El conocimiento del valor de este parámetro es fundamental para realizar el cálculo de la bomba requerida para el abastecimiento de agua potable. Determin ación de la cisterna.
Una vez que se haya determinado el consumo máximo diario (QMD) se procede a dimensionar la cisterna. CORTE
Tubería de desborde
Tubería de alimentación
Tubería de limpieza
PLANTA
40
Donde: a=ancho de la cisterna. b=largo de la cisterna. h util=es la altura útil de la cisterna.
V real=
Conexiones en
a*b(h util+0.20)
la ciste rna.
La alimentación a la cisterna será directa desde la matriz. Para calcular el diámetro se debe considerar los siguientes parámetros: Tiempo máximo de llenado………. 4 horas a 6 horas Velocidad de flujo……………………… 2 a 2,5 mt. / seg
El diámetro de la tubería que alimentará a la cisterna se calcula con la siguiente fórmula: D=(4Q/π V)^(1/2)
Donde: Q=Consumo máximo diario. V=velocidad de flujo (2 a 2,5 mt./seg).
41
2.2.- Carga o altura dinámica total de bombeo (Hb). La altura dinámica total de bombeo representa todo el recorrido que tendrá que vencer el agua impulsado por una bomba (expresados en metros de columna de agua) para poder llegar hasta el punto específico considerado como el punto más desfavorable. Para el cálculo de Hb se debe tener presente lo siguiente: Altura estática de impulsión o descarga hi: es la diferencia entre el nivel máximo de agua y el eje de la bomba.
hs=Altura estática de succión: es la diferencia de nivel de agua en la cisterna y el eje de la bomba.
Altura debido a la fricción y accesorios de succión, Js Pérdidas debido a la fricción y los accesorios de la tubería de succión, Js.
Altura debido a la fricción y accesorios de descarga, Ji Altura que debe ser considerada para vencer las pérdidas debido a la fricción y los accesorios de la tubería de descarga.
Carga de succión Hs:Es la suma de las alturas estáticas de succión hs mas la perdidas de carga Js de succión.
Carga de impulsión o descarga Hi: Es la suma estática de descarga hi mas la perdida de carga Ji de descarga .
La expresión para el cálculo de Hb es la siguiente: Hb = Hs + Hi + Ps
Donde: ΔH
= Diferencia de cotas entre el
nivel de la cisterna y el punto de
derivación desfavorable. ΣJ
=pérdidas de carga tanto de succión como de descarga.
P/ϒ =Presión de seguridad para el aparato sanitario más desfavorable.
42
Para el cálculo del diámetro de la tubería puede ser obtenida con el criterio económico aplicando la siguiente expresión: Fórmula de BRESS.
Donde: D=diámetro de la tubería en metros. N= Número de horas de bombeo. Q=Caudal de bombeo en m3/sg. Para este cálculo se asume un valor de 6,66 horas de bombeo, y una velocidad económica de 1.44mt/seg, de esta manera reemplazando valores se obtiene la siguiente expresión:
43
Eje mp lo de aplicació n:
Determinar la potencia de la bomba:
Datos: Altura de bombeo=3m. Caudal de bombeo=5.2 lt/sg.
CAUDAL DE BOMBEO Sumatoria Pesos=
de 19,4 Q= 1.10 lt/sg Q= 0.0011 m3/sg
44
Diámetro de descarga y succión. Diámetro de Descarga D = 0,94*(Q)^(1/2) D= 1 1/4
" 0.0312
31.18
mm
Diámetro de Succión (Inmediato superior) D= 1 1/2 " 38.1 Diámetro de Descarga D = 0,94*(Q)^(1/2) D= 0.0312 31.18 Diámetro de Succión (Inmediato superior) D= 1 ½” " 38.1
mm
mm mm
CÁLCULO DE J.
1, 75
J D 869500 41, 75.1 31.18
JS
J
869500 1.11, 75 38.14,75
=
0.0312
=
0.0824
J succión J desc arg a =1.06682
Sumatoria de Distancias. Succión=1+2.5= 3.5 Descarga=3.5+8.1= 11.6
Con estos datos ahora podemos calcular el valor de Hb.
45
1 1/2”
Hb = ΔH + ΣJ + P/ ϒ
Hb = Hs + Hi + Ps
Hi=8.1+0.0312 =8,1312 Hs=0.8+0.082= 0.8824 Ps=4
Hb =8.1312+0.882+2 Hb=11.97m
3.- POTENCIA DE LA BOMBA.
Cuando se selecciona el tipo o tamaño de bomba, se debe tener en cuenta que la bomba debe abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternar y cubrir entre todas la demanda máxima probable. La potencia de la bomba para un sistema hidroneumático podrá calcularse por la siguiente fórmula:
HP
Qb (l / s) * H (m) 75 * n%
Donde: =caudal de bombeo.
=Altura dinámica de bombeo en mt. =Potencia de la bomba en caballos de vapor. Eje mp lo de aplicació n:
Determinar la potencia de la bomba.
46
Datos: Del ejemplo anterior se obtuvo lo siguiente. Hb=11.97m Qb=1.10lt/sg Qb=0.0011m3/seg HP Qb (l / s) * H (m) 75 * n%
Aplicando la fórmula tenemos que: Hp
1.1x611.97 75 x0.6
P = 0.3
HP
Este valor se tiene que multiplicar por un valor de seguridad de 1.5 entonces tenemos que : P= P=
0.3*1.5 0.4
HP HP
Como este valor de la potencia no existe en el mercado optamos por una bomba de una potencia de 0.5Hp
4.- CAPACIDAD DEL HIDRONEUMÁTICO.
a) Principio de funcionamiento. Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión. El agua que es suministrada desde la red público (acometida), es retenida en un tanque de almacenamiento (cisterna), donde a través de un sistema
47
de bombas, será impulsada a un recipiente a presión, que contiene volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, al comprimirse el aire aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados, se produce la señal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red, cuando los niveles de presión bajan a los mínimos establecidos, se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Las ventajas de este sistema es que no se requiere del tanque superior y administra una presión constante en toda la red. Las desventajas de este sistema son: cuando se suspende el servicio eléctrico, la bomba deja de inyectar agua al tanque hidroneumático, para lo cual se debe hacer una central de emergencia. Otra desventaja que se da es que resulta costoso por el hecho de que el hidroneumático trabajará mucho más mientras más pisos tenga el edificio para elevar el agua a los pisos superiores, subiendo el costo por el consumo eléctrico de la bomba que inyecta el agua cada ciclo que se vacía, además del mantenimiento que se lo debe realizar.
b) Ciclos de bombeo. Se denomina ciclos de bombeo al número de arranques de una bomba en una hora. Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del número de arranques del motor en la bomba. Por convención se usa una frecuencia de 4 a 6 ciclos por hora, el ciclo de cuatro (4) arranques/hora se usa para el confort del usuario y se considera que con más de seis (6) arranques/hora puede ocurrir un sobrecalentamiento del motor, desgaste innecesario de las unidades de bombeo, molestias al usuario y un excesivo consumo de energía eléctrica. El punto en que ocurre el número máximo de arranques, es cuando el caudal de demanda alcanza el 50% de la capacidad de la bomba. En este punto el
48
tiempo que funcionan las bombas iguala al tiempo en que están detenidas. Si la demanda es mayor que el 50%, el tiempo de funcionamiento será más largo; cuando la bomba se detenga, la demanda aumentada extraerá el agua útil del tanque más rápidamente, pero la suma de los dos periodos, será más larga. Una vez calculado el Caudal Máximo Probable de agua correspondiente a una red de distribución, así como, los diámetros y presión mínimas requeridos por la red, y tomada la decisión de instalar un sistema hidroneumático, se deben tomar en cuenta un grupo de factores los cuales se explicarán en las secciones siguientes.
Componentes del Sistema Hidroneumático.
El sistema hidroneumático deberá estar construido y dotado de los componentes que se indican a continuación: a) Un tanque de presión, el cual consta entre otros de un orificio de entrada y otro de salida para el agua. Además de uno para la inyección de aire en caso de faltar el mismo. b) Un número de bombas acorde con las características del edificio. Generalmente van de una a dos para viviendas unifamiliares, y dos o más para edificios de mayor magnitud. c) Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso de fallar el agua en la cisterna. d) Llaves de purga en las tuberías de drenaje. e) Válvula de retención en la tubería de descarga de las bombas al tanque hidroneumático. f) Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; entre éste y la red de distribución.
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g) Manómetro. h) Válvula de seguridad. i) Dispositivo para control automático de la relación aire/agua. j) Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión máxima. k) Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión, para la indicación visual de la relación aire-agua. l) Tablero de potencia y control de motores. m) Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático, con su correspondiente llave de paso. n) Filtro para aire, en el compresor o equipo de inyección.
Presiones de operación del sistema hidroneumático.
50
c) presión mínima (pmín). La presión mínima de operación deberá ser tal que garantice en todo momento, la presión requerida (en este caso la presión necesaria) en el punto más desfavorable, y será determinada por la fórmula siguiente: Pmín H J hr ,
Donde: H=Diferencia de cotas entre el nivel de la cisterna y el punto de derivación
desfavorable.
J = =
hr
Suma de todas las pérdidas. Presión residual.
d) Presión Máxima (Pmáx). La presión máxima se obtiene sumando a la presión mínima la presión diferencial que se requiere para obtener el rango de funcionamiento. Esta presión diferencial se recomienda que no sea inferior a 14 mca (20 psi). Es decir: Pmáx Pmín 14mca
d) Presión residual. La presión residual, es aquella presión óptima, la cual debe vencer el sistema de bombeo para poder mandar el agua hasta un punto deseado, el cual es considerado hidráulicamente como el más desfavorable.
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e) Caudal Promedio (QP). La bomba funciona con dos presiones límites, de tal forma que la bomba suministra un caudal máximo que corresponde al caudal máximo instantáneo que requiere el edificio (Q.M.I) a la presión mínima y un caudal menor cuando la presión llegue al máximo, es decir, el caudal que entra al tanque es un promedio de los dos. De manera que, para determinar el caudal promedio QP, se lo puede obtener en la curva de rendimiento de la bomba, o en caso de no disponer de ésta, se obtendrá aplicando la fórmula: QP 80% QMI
QMI = Caudal máximo instantáneo.
f) Volumen Útil (VU).
Se lo define como la cantidad de agua que se acumula desde que se enciende la bomba (en la presión mínima) hasta que alcanza la presión máxima. Al considerar que durante el tiempo T que tarda la bomba para alcanzar la presión máxima, no hay salida del agua, es decir, no hay demanda, por lo que resulta: VU QP T
QP
= Caudal promedio en lt/sg.
T
= Tiempo de encendido.
52
h) Tiempo de Encendido (T). El tiempo de funcionamiento de la bomba en cada encendido no debe ser demasiado corto, ya que puede perjudicar al motor. El caso más desfavorable se presenta cuando el tiempo de encendido no se generen gastos en el sistema, o éstos sean insignificantes; en éste momento se producirá el valor T más corto. Para evitar daños en el motor, en la práctica se limita el valor T a los siguientes:
Potencia del Motor T (segundos) (H.P) ½ 1/3 – 20 1 ¾– 30 1 ½ 3– 2 – 40 3½ 7 ½– 60 15 8 – 90 15 30½ – 120
i) Volumen Total. Para el cálculo del volumen total del tanque se utilizará la siguiente fórmula: VT VU
Pmáx 1 Pmáx Pmín
VT
= Volumen total en litros.
VU
= Volumen útil en litros.
Pmáx = Presión máx. en atmósferas.
53
Pmín = Presión mín en atmósferas.
Eje mp lo de aplicació n:
Determinar la capacidad del hidroneumático:
Datos: ΣJ
=
hr = H =
1.009 5 3.8
Resolviendo Pmín = H + ΣJ + hr Pmín =3.8+1.009+15.44+5 Pmín =25.25 m.c.a.
Calculamos la presión máxima. Pmáx = Pmín + 14 mca Pmáx=25.25+14 Pmáx=39.25m.c.a Pmín =25.25 m.c.a
Calculamos el caudal promedio. QP 80% QMI QP 80% 1.1 QP 0.88lt / sg
54
Calculamos el volumen útil Vu. VU QP T
VU 0.88 40 VU 35.2lt
Cálculo del volumen total. VT VU
Pmáx 1 Pmáx Pmín
VT 35.2
25.2 1 39.2 25.2
VT 101.2lt
55
CAPÍTULO V MEMORIA DE CÁLCULO
1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS.
Clave Catastral: La clave catastral corresponde al predio No. 13-01-088-029 . Propietario: Sr. Raúl Carchi Argudo. Ubicación: Av. Popayán, entre Rio de Janeiro y Managua.
56
Área del Terreno: El terreno cuenta con un área total de 254.56 m².
1.1.- Objetivo del proyecto. Se trata de una edificación nueva, la cual se construirá luego de derrocar una construcción existente en el predio actualmente. El proyecto consta de cuatro plantas, la planta baja está destinada para local comercial, primera, segunda y tercera planta altas está destinado a departamentos. Los criterios considerados para el diseño hidráulico de las instalaciones permitirán: Un abastecimiento que garantice calidad, cantidad y continuidad del suministro de agua; presiones y velocidades adecuadas para un correcto funcionamiento del sistema.
1.1.1.- Características del Edificio. PLANTA
NIVEL
ÁREA
USO
Planta Baja
± 0.00
104.75m2 Local comercial
1° Planta Alta
+ 3.00
1112.77m2 Dpto A-DptoB
2° Planta Alta
+6.00
1112.77m2 Dpto C-DptoB
D3° Planta Alta +9.00
1112.77m2 Dpto E-DptoF
1.2.-Descripción de la Infraestructura Existente en la Zona. 1.2.1.- Sistema de agua potable. En la Av. Popayán, de conformidad al Catastro existe una matriz de Agua potable de D= 110mm de PVC. La presión en la red de agua potable es de 16 m.c.a.
57
La calzada de la vía existente es de adoquín. 2.- DISEÑO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE.
2.1.- Dotaciones de Agua Potable. Se establecen las siguientes dotaciones de agua potable en la siguiente tabla.
DESCRIPCI N D OTACI N U NIDAD Local comercial 50 Lt/pers*día departamentos 200 Lt/pers*día 2.1.1.- Volumen de cisterna. Para su determinación se asume el consumo máximo diario de la siguiente manera:
Dotaciones Asumidas y Consumos Calculados. Uso
Dotación Cantidad
Departamento A Departamento B Local comercial Departamento C Departamento D Departamento E
200 200 50 200 200 200
Departamento F
200
Unidad
Población Cantidad Unidad
Volumen Valor Unidad
lt/pers/dia. lt/pers/dia. lt/pers/dia. lt/pers/dia. lt/pers/dia. lt/pers/dia.
4 4 2 4 4 4
pers. pers. pers. pers. pers. pers.
800.00 800.00 100.00 800.00 800.00 800.00
lt lt lt lt lt lt
lt/pers/dia.
4
pers.
800.00 4980.00 4.98
ltlt m³
Total
Se asume un volumen de 5000 lt/día (5 m3).
58
2.1.2.- Dimensionamiento de la cisterna. Cisterna.- La reserva se ha diseñado en función del C.M.D. de las instalaciones. Para el diseño de la cisterna se considero una altura de 2,0m con un ancho de 1.5m y un largo de 1.8m, tiene un espesor de 20cm en sus paredes y cuenta con una caja de visita de 0.6X0.6 m, para lo cual aplicamos la fórmula del volumen útil imponiéndonos los valores de a y b que son los más idóneos para calcular h.
VU a * b * h h
VU a *b CISTERNA 3
VOLUMEN DISEÑO Altura Ancho Largo Volumen real
DISEÑ O CISTERNA
DE 5 2 1.5 1.8 5.4
m m m m m3
V=5.4m3
2.1.3.- Diámetro de la acometida. Para calcular el diámetro de la acometida debemos tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño tales como el tiempo de llenado y velocidad, tomando el valor del volumen ya determinado, con lo cual aplicando las fórmulas respectivas se obtendrá dicho diámetro.
D=(4Q/π Vel)^(1/2)
59
DISEÑ O DE LA ACO METIDA
VOLUMEN DE DISEÑO
5
m
Velocidad
2.5
m/sg
Tiempo
6
horas
Caudal Diámetro
0.00023 13
m /seg Mm
Diámetro Asumido
1/2
pulg
Se prevé que la reserva se llenará en un tiempo máximo de 6 horas, la tubería de abastecimiento será de 1/2” PVC. Se dispondrá de una válvula flotadora para controlar el ingreso de agua hacia la reserva, que impida desbordamientos y desperdicios de agua. El tanque será de hormigón armado. 3. DISEÑO DE LA RED INTERIOR.
3.1. Parámetros de Diseño. Para realizar los cálculos de la red hidráulica se debe tener en cuenta lo siguiente:
Cálculo de Q, V, j, J. Q c P
Q= Caudal en lt/seg.
c= Coeficiente de descarga igual a 0.25 P=
Suma de pesos correspondiente a todas las piezas de utilización
alimentadas a través del tramo considerado. V
1273Q
D2
60
Donde: D= Diámetro en mm. Q= Caudal en lt/seg. V= velocidad en m/seg.
3.1.1.- Velocidad Mínima. Para redes de tuberías interiores para edificios se considera para velocidad mínima 0.6m/seg. y no menor a 0.5 m/seg.
3.1.2.- Velocidad Máxima. Está en función del diámetro de la tubería. Desde:
½”
-
2 ½”
→
Vmáx = 2 m/seg.
>
2 ½”
→
Vmáx = 2.5 m/seg.
Se recomienda no mayor a 2.5 m/seg.
61
VELOCIDAD MÁX IMA EN TUBERÍAS
DIÄMETROS mm
pulg.
V máx. m/s
CAUDAL máx. l/s
--------------------------------------------------------------------13
1/2
1.60
0.20
18
3/4
1.95
0.55
25
1
2.25
1.15
32
1 1/4
2.50
2.00
40
1 1/2
2.75
3.10
50
2
3.15
6.40
65
2 1/2
3.55
11.20
80
3
3.85
17.60
100
4
4.00
32.50
3.1.3.-Pérdida de carga en Tuberías. El cálculo de la pérdida de carga en las tuberías se lo realizará mediante la utilización de fórmulas de uso corriente adecuadas para el material a ser empleado: Para los tubos de hierro galvanizado, cobre y latón se recomienda las fórmulas de FAIR_WHIPPLE_HSIAO
Fórmula: Fair – Whipple – Hsiao Para tuberías de PVC. j
869500Q 1.75
D 4.75
Q= Caudal en lt/seg. D= Diámetro en mm.
62
j = pérdida unitaria en m/m Se recomienda que cumpla que j<0.5 m/m
3.1.4. Pérdidas por Accesorios. Para tuberías de PVC se tienen los siguientes valores.
Este tipo de pérdidas se obtiene multiplicando la cantidad de accesorios por su respectiva longitud equivalente y a esta se le suma la longitud de cada tramo. JT L j
J= Pérdida total en m. j= Pérdida unitaria m/m L= Long + Long Equivalente de tramo en m.
3.2. Determinación de Caudales: Para determinar los caudales se realizaron los cálculos mediante tres métodos que se menciona a continuación. a)-Método de Simultaneidad de Uso. b)- Método de Hunter Modificado. c)- Método Brasileño.
63
a)- Método de simultaneidad de uso: Aplicando este método se obtuvieron los siguientes resultados que se muestra a continuación:
64
65
b)- Método de Hunter Modificado: Al aplicar este método para los cálculos de la red hidráulica se obtuvieron los siguientes valores.
66
67
C)- Método Brasileño:
68
69
3.3.- Conclusiones. Los caudales altos generan un sobredimensionamiento en las instalaciones hidráulicas. Si se tienen en cuenta los resultados mostrados en este trabajo de investigación en el Capítulo V, que se refiere a determinación de caudales, en la página 62 del numeral 3.2 se observa que la aplicación del método Brasileño es una de la mejor alternativa en el diseño de instalaciones hidráulicas de una Edificación.
70
3.3.1.- Esquema de isometrías. PLANTA BAJA N=0+000 LOCAL COMERCIAL
71
PLANTA ALTA 1 N=+3.00 DEPARTAMENTO A
72
PLANTA ALTA 1 N=+3.00 DEPARTAMENTO B
73
PLANTA ALTA 2 N=+6.00 DEPARTAMENTO C
74
PLANTA ALTA 2 N=+6.00 DEPARTAMENTO D
75
PLANTA ALTA 3 N=+9.00 DEPARTAMENTO E
76
PLANTA ALTA 3 N=+9.00 DEPARTAMENTO F
77
3.4. Sistema de Bombeo. Para determinar la potencia de la bomba a ser instalada para el adecuado funcionamiento de los aparatos sanitarios se debe tener en cuenta lo siguiente:
3.4.1. Presión Necesaria. Esta presión es calculada para el tramo del aparato más desfavorable en este caso sería en la tercera Planta, tomando como referencia el aparato más alejado desde la derivación y aplicando las fórmulas respectivas se obtiene la presión que se necesita para que dicho aparato tenga el abastecimiento suficiente para su funcionamiento normal.
PN Z P J
Z= Altura entre el piso y el aparato. P= Presión del aparato. J
= Sumatoria de pérdidas tramo
más desfavorable. Utilizando la metodología indicada se obtuvo los siguientes resultados en la red de distribución, considerando el punto más desfavorable de la red, que es una ducha que se encuentra en la tercera planta alta (Departamento E) que es abastecida por la columna de agua # S6 Datos obtenidos: Caudal máximo probable = 1.08 lps Pérdidas de energía por fricción = 13.42 m. Presión de servicio necesaria = 5 m.c.a
78
PLANTA
3
DEPARTAMENTO E TRAMO (B- D) TRAMO
J TOTAL
2 3
0.84 1.38
4 5
3.1 4.84
6
3.26
∑J=
13.42
PRESIÓ N NECES A RIA
Z=
-1.2
PRESIÓN=
5
∑J=
13.41
PN=
17.22
m.c.a.
Utilizando la ecuación de la energía entre el punto (B – D) del último piso en el departamento (E) se calculó la presión necesaria en la derivación “B” de la columna de agua potable (S6) cuyo valor es de 17,22m.c.a.
79
80
3.4.2. Presión Disponible. Para la determinación de la presión aplicamos la ecuación de la energía entre la cisterna (A) y el punto de derivación (B).
81
ZA PA
J Hb ZB PB
Donde tenemos lo siguiente: ZA
PA
0
0
ZB 12,20m
82
Pero PB
PD
10% xPN
PN= Presión necesaria en el punto de derivación (B) Reemplazando valores tenemos que: PB
PD
PD
x
10% 17.22
18,94m.c.a
Ahora tenemos que realizar el cálculo de (Hb). Hb ZB PB
J
Donde: ZB
PB
12,20m PD 18.94m.c.a.
Cálculo de pérdidas (j).
PLANTA 3 COLUMNA
DE
AGUA
POTABLE (S6)
TRAMO (A – B) TRAMO
J TOTAL
1
3.17
S6-S6 Pos succión
1.97 0.073
Por descarga
0.083
∑J=
5.29
83
Reemplazando valores tenemos que: Hb
Hb
12,2 18.94 5.29 36,43m
3.3.3. Cálculo de la potencia de la bomba. La potencia de la bomba necesaria, en caballos de fuerza (H.P.) se ha obtenido con la siguiente fórmula:
H .P
Qb (l / s ) * Hb(m) 75 * n%
Donde: Qbombeo (lps) = Caudal de bombeo en lps, que es igual al de consumo máximo en la edificación, hemos obtenido 1.080l/s H
(m) = Altura dinámica total de bombeo, se obtiene de la suma de la altura estática (diferencia de cotas entre el nivel de succión en la cisterna y el punto b
más desfavorable), mas las pérdidas de energía, mas la presión necesaria en el punto de derivación en la columna de agua más desfavorable incrementado en un 10%. η=eficiencia de la bomba, que puede tomarse alrededor de 70%, en nuestro
caso hemos tomado una eficiencia de 60%.
3.4.4. Cálculo del caudal de bombeo. El caudal de bombeo viene dado por la fórmula: Q c P
Q= Caudal en lt/seg. c= Coeficiente de descarga igual a 0.25
84
P=
Suma de pesos correspondiente a todas las piezas de utilización
alimentadas a través del tramo considerado.
DESCRIPCIÓN
Σ DE PESOS
Unidad
Local comercial
0.8
PLANTA BAJA
Departamento A
3
Departamento B
3
Departamento C
3
Departamento D
3
Departamento E
3
Departamento F
3 18.8
PLANTA 1 PLANTA 1 PLANTA 2 PLANTA 2 PLANTA 3 PLANTA 3
ΣP=
Q 0.25 18,8
Q 1.08tl DATOS Diámetro de Descarga 1 1/4
pulg
Diámetro de Succión
1 1/2
pulg
HB
13.42 m
Potencia de la Bomba
0.9
Hp
Potencia Asumida
1.00
Hp
Donde: Hb
Q
36,43m
1.08tl
85
ALTA ALTA ALTA ALTA ALTA ALTA
Reemplazando valores tenemos que: 1.08lt * 36.43m)
H .P
H .P
75 * 0.6 0.9
Bomba asumida H .P
1.00
3.5.- Sistema Hidroneumático. Se realizó el cálculo para abastecimiento de agua por medio de un sistema de presurización consiste en una bomba y un tanque hidroneumático para abastecer los diferentes puntos de consumo. El agua se obtiene mediante succión desde una cisterna, la cual ha sido dimensionada de tal manera que tenga un volumen de reserva suficiente para el consumo medio diario de la edificación.
a)- Cálculo de la presión mínima. Para realizar este cálculo aplicamos la siguiente fórmula.
Pmín = H + ΣJ + hr Reemplazando valores tenemos que: Pmín = 18,94 m.c.a
b)- Cálculo de la presión máxima. Para poder obtener esta presión debemos utilizar la siguiente expresión.
Pmáx = Pmín + 14 mca Pmáx = 18,94m.c.a+ 14 m.c.a.Pmáx=32.94 m.c.a.
86
c)- Cálculo del volumen útil. Aplicamos la siguiente fórmula: VU QP T
Donde: QP=caudal promedio (80%Q). T= tiempo de encendido que se considera de 30sg.
Datos: QP= 0.8x1.08=0.86 lt T=30sg
VU 0.86 x30 VU
25.8lt
d)- Cálculo del volumen total. Utilizamos la siguiente expresión para el cálculo. VT VU
Pmáx 1 Pmáx Pmín
DATOS CALCULADOS Presión Mínima
18,94
m.c.a.
Presión Máxima
32,94
m.c.a.
Caudal Promedio
0.88
lt/sg.
Volumen Útil
25.8
lt.
Volumen Total
59.7
lt
87
RECOMENDACIONES
Cuando se vaya a realizar las instalaciones hidráulicas de un edificio se tiene que respetar los planos de diseño.
Antes de realizar empalmes, cambios de dirección, tramos y más secciones de la red deberá ponerse especial cuidado en evitar la entrada de suciedades, arenas y otras materias con el objeto de evitar taponamientos o daños en las válvulas y aparatos sanitarios de todo el Edificio.
Se debe realizar la instalación de válvulas de paso para efectos de control de suministro de agua en cada entrada del aparato sanitario, también
para efectos de control de suministro de agua se debe
colocar en los puntos de derivación.
Toda la tubería en el interior de edificios que vaya fuera o empotrada en las paredes y pisos respectivos, sus salidas finales deben quedar taponadas hasta el momento mismo de la colocación de los aparatos.
Con el efecto de obtener empalmes correctos e impermeables, previamente deben eliminarse las rebabas y suciedades de la tubería y accesorios utilizando para ello los disolventes apropiados.
88
89
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BIBLIOGRAFÍA
GARCIA SOSA, JORGE.. “Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificios”. México. 2001
MELGUIZO.”Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias”. Vol 1. Medellín.
GRANADOS, JORGE. “Redes Hidráulicas y Sanitarias en Edificios”.
UNIBIBLOS. Bogotá. 2002.
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Norma 1500 “Código Colombiano
NORMAS TÉCNICAS ETAPA
91
