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Sistema Alternativo
MEMORIA DESCRIPTIVA Y DE CÁLCULO SISTEMA ALTERNATIVO 1
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1.3.- Reglamentación Para la realización de la Instalación Sanitaria de Aguas Pluviales se tomará en cuanta la siguiente normatividad así como reglamentación: Reglamento de Construcción para el Distrito Federal.
Normas Técnicas Complementarias del reglamento de Construcción del Distrito Federal.
Manual de Hidráulica Urbana de la Dirección General para la Construcción de Obras Hidráulicas.
Normas de Diseño de Ingeniería Electromecánica del Instituto Mexicano del Seguro Social.
2.- Descripción del Proyecto 2.1.- Descripción del Sistema Alternativo El Sistema de Aguas Pluviales para el conjunto residencial con dirección arriaba mencionada, tiene por objeto captar el agua pluvial tanto en azoteas como en patios de planta baja, canalizarla hasta una cisterna de almacenamiento y de ahí reutilizarla como agua de reúso para la alimentación a muebles sanitarios de wc. El Sistema de Aguas Pluviales estará compuesto por dos bajadas principales de aguas pluviales de 100mm de diámetro, cada bajada captara una de las dos azoteas principales en las que se dividió el conjunto residencial. Las aguas pluviales en azotea escurrirán superficialmente hacia una coladera de pretil que se colocara al inicio de cada bajada pluvial, la cual bajara verticalmente por la parte posterior del cubo de escaleras hasta el nivel de plafón, en donde se tendrá un colector horizontal al que descargaran ambas columnas. El colector horizontal por plafón de planta baja canalizara la descarga de ambas bajadas por el ducto de instalaciones que se ubica a las espaldas del baño de la caseta de vigilancia hasta un registro de mampostería antes de la cisterna de aguas pluviales ubicada en la planta sótano. El registro de mampostería será parte de un sistema de atarjeas que se ubicara en planta sótano y que conducirán básicamente el agua pluvial de dos coladeras de piso, colocadas en dos patios de planta baja. El primer patio se ubica al fondo del predio por lo que es necesario llevar un colector horizontal bajo losa de planta baja, el cual bajara por plafón y llegara a un primer registro de mampostería de 40x60, de acuerdo al diámetro de la tubería, será necesario ubicar un segundo registro de mampostería a una distancia de 9.30m a partir del primero, y a partir de este según registro, se canalizara hasta un tercer registro, el cual es el registro que recibirá la descarga del agua pluvial proveniente de las azoteas. Del tercer registro de mampostería, el agua pluvial se canalizara hacia un registro doble, que servirá para filtrar el agua pluvial. Tal filtro se compondrá de dos secciones, una primera en donde se tendrá 2
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el medio filtrante a base de arenas y gravas, una segunda cámara que servirá como vertedor hacia la cisterna de aguas pluviales.
Es importante mencionar que el material de las bajadas pluviales así como de los colectores horizontales por plafones y bajo losa, será de poli cloruro de vinilo (PVC) tipo sanitario con extremos lisos para cementar; la tubería entre registros de mampostería, será de polietileno de alta densidad tipo “S”.
3.- Generalidades 3.1.- Determinación de Áreas En la siguiente tabla se muestra las áreas de captación con las que cuenta el proyecto de la casa habitación. Área
Superficie m²
Azotea Área No. 1 (A1 = Azotea, A2= Azotea de Tinacos) Área No. 2 (A3= Azotea, A4=Azotea de Cocineta, A5=Azotea de Tinacos) Planta Baja Área No.7 Área No.8 Área libre según tipo I de uso de suelo 20%(Superficie total 275m²) Superficie Total de Captación
89.85 87.21 28.98 16.38 55.00 277.42
3.2.- Coeficiente de Escurrimiento En base a los valores típicos de coeficiente de escurrimiento obtenidos del manual de Hidráulica Urbana tomo I, recomendado por la S.A.C.M. se tiene: Coeficiente de Escurrimiento Superficie m²
% Superficie
Coeficiente de Escurrimiento
Azotea Planta Baja Área Libre
177.06 45.36 55.00
63.824 16.351 19.825
0.95 0.95 0.95
Total
277.42
100
Área
Coeficiente de Escurrimiento Ponderado 0.60633 0.15533 0.18833 0.95
3
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4- Red General de Agua Pluvial 4.1.- Criterios de Diseño
La eliminación de las aguas pluviales de las azoteas deberá hacerse por medio de bajadas de aguas pluviales.
El dimensionamiento de las bajadas de aguas pluviales será mediante el área de tributaria de captación.
El dimensionamiento de las tuberías horizontales se hará mediante el área tributaria acumulada.
La intensidad para la red de aguas pluviales en el interior de la casa habitación será aquella correspondiente a una duración de 5 minutos y un periodo de retorno de 10 años; para la red de aguas pluviales en el exterior, corresponderá para una duración de 10 minutos y un periodo de retorno de 10 años.
Para la red exterior el cálculo del gasto pluvial se hará mediante el uso de la ecuación del Método Racional Americano. Para sistemas de alcantarillado de aguas pluviales, el análisis se hará mediante el Método del Manual de Hidráulica Urbana de la ex DGCOH.
4.2.- Dimensionamiento de Bajadas de Aguas Pluviales Para el dimensionamiento y capacidad hidráulica de las bajadas de aguas pluviales, se considera de acuerdo a las Isoyetas para el Distrito Federal de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes una Intensidad de precipitación igual de 168.00 mm/Hr para una tormenta de 5 minutos con periodo de retorno de 10 años en zona de al Colonia Narvarte, en la Delegación Benito Juárez. Dicho valor de intensidad de lluvia corresponde al promedio de los valores de intensidad de la isoyeta con valor de 160 mm/Hr y el registro de la estación climatológica denominada DDF cuyo valor es 176 mm/Hr (Se considera esta estación climatológica por ser la mas cercana a la zona de estudio). Ver Figura No.1 Plano de Isoyetas. De acuerdo al Reglamento de Construcción del Distrito Federal, se recomienda tener una bajada de agua pluvial de 100mm de diámetro por cada 100m² de área tributaria, para lo cual, el dimensionamiento de las bajadas de aguas pluviales se hara bajo el criterio de un cuadrado unitario de área para una intensidad de 170 mm/hr haciendo trabajar a la bajada a la cuarta parte de su capacidad. Del anterior criterio se tiene que: El área de paso del agua en la tubería estará determinada como: Ap = 1/16 ( d²) 4
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Fig. No. 1 Plano de Isoyetas El perímetro mojado en la tubería se define como: P=d La ecuación de Manning es: V = 1/n (Rh 2/3)(S1/2)
Para una tubería vertical, La pendiente hidráulica S será igual a la unidad, debido a que la diferencia de nivel de la tubería y la longitud de la misma siempre será igual. S=1 De las ecuaciones anteriores y del valor de intensidad de 170mm/hr, se tiene que: Ap = (1/16) ((²) = 0.001963 m² P = (0.10) = 0.3141 m Rh = 0.001963 / 0.3141 = 0.006249 m 5
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V = (1/0.01) (0.006249 2/3)(11/2) =3.3926 m/s De la ecuación de continuidad, se tiene que: Q = (0.001963)(3.3926) = 0.00666 m³/s
Por otra parte se tiene que la aportación de la intensidad por metro cuadrado es: Aportación unitaria = 170 l/hr / 3600 s = 0.0472 l/s
Por ultimo solo resta saber que área de captación será la que aporta 0.00666 m³/s. 1 m²
0.0472 l/s
X m²
0.00666 m³/s
Lo que nos lleva a que el área de captación máxima para una tubería de 100 mm de diámetro con una intensidad de 170 mm/Hr es de 141.10 m². En la siguiente tablas se muestra el gasto pluvial captado en cada una de las áreas de captación en las que el proyecto se ha dividido ( Dos B.A.P. en azotea, dos coladeras de piso de piso en planta baja).
BAP No. 1 2
Coladera No. 1 2
Gasto Pluvial Captado en Bajadas de Aguas Pluviales Área Intensidad Max. Diámetro captación Diseño Área Captación mm m² mm/Hr m² 89.85 170.00 141.10 100 87.21 170.00 141.10 100
Gasto Captado l/s 4.03 3.91
Gasto Pluvial Captado en Coladeras Intensidad Max. Diámetro Diseño Área Captación mm mm/Hr m² 170.00 102.00 100 170.00 102.00 100
Gasto Captado l/s 1.30 0.73
Área captación m² 28.98 16.38
Nota: De las Normas de Diseño de Ingeniería del IMSS, el área tributaria máxima para un colector de 100 mm d diámetro es de 102.00 m². Gasto Pluvial Captado en Área Libre Área Intensidad Gasto Superficie captación Diseño Captado m² mm/Hr l/s 6
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1
55.00
170.00
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2.46
4.4.- Red de Albañales En la siguiente tabla se muestra el cálculo del funcionamiento hidráulico para la red de albañales DATOS DE PROYECTO Material de Tubería
Tubería
PEAD TIPO "S" 0.01 0.95 170 5 10 0.75
Coeficiente Rugosidad de Manning Coeficiente de Escurrimiento Intensidad (mm/Hr) Duración de Tormenta (min) Periodo de Retorno (años) Relación de Tirante-Diámetro
Red de Albañales
Tramo
Longitud m
A-B B-C C- D C-D
9.30 6.50 0.80 0.40
Área Ha
Tiempo ( Min )
Propia
Trib
Acum
Ingreso
Esc
Conc
0.00290 0.00000 0.02484 0.00000
0.00000 0.00290 0.00290 0.02774
0.00290 0.00290 0.02774 0.02774
5.00 5.24 5.41 5.42
0.24 0.17 0.01 0.01
5.24 5.41 5.42 5.43
QPluvial t/s
Qdiseño l/s
1.30 1.30 12.45 12.45
1.43 1.43 13.65 13.65
Cotas Pendiente Terreno Terreno Inicial Final milésimas 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000
0.00 0.00 0.00 0.00
Red de Albañales
Tramo
Pendiente Plantilla milésimas
Diámetro cm
V m/s
Q l/s
qp / Qtll
A-B B-C C- D C-D
10 10 10 10
15 15 15 15
1.12 1.12 1.12 1.12
19.80 19.80 19.80 19.80
0.07 0.07 0.63 0.63
Vreal / Vtll
Velocidad Real m/s
Inicial
Final
0.57 0.57 1.05 1.05
0.64 0.64 1.18 1.18
-0.60 -0.69 -0.76 -0.77
-0.69 -0.76 -0.77 -0.77
Tubo Lleno
Cotas Plantilla
5.- Capacidad Cisterna de Agua Pluvial Para el cálculo de la capacidad de la cisterna de agua para reúso, es necesario conocer a partir de la precipitación base, la precipitación de diseño, la intensidad de diseño y el gasto pluvial, los cuales a continuación se calculan:
5.1.- Precipitación Base La precipitación base se obtiene del plano de isoyetas del Manual de Hidrología Urbano Tomo 1, se tiene que para una tormenta de 30 minutos de duración y un periodo de retorno de 5 años, la precipitación base será de: 7
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hp Base:
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33.30 mm
Nota: ver planta de isoyetas en la siguiente pagina
5.2.- Precipitación de Diseño Para determinar la precipitación de diseño se consideran las condiciones de proyecto como drenaje exterior, lo cual nos lleva a tomar en cuenta una duración de la lluvia de 60 minutos y el periodo de retorno de 5 años. Para la precipitación de diseño se emplea la siguiente ecuación: hp diseño = HP base x Fd x Ftr x Fa donde:
Hp base: Fd: Ftr: Fa:
Altura de la precipitación base Factor de ajuste por duración Factor de ajuste por periodo de retorno Factor por área
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5.3.- Precipitación de Diseño Para determinar la precipitación de diseño se consideran las condiciones de proyecto como drenaje exterior, lo cual nos lleva a tomar en cuenta una duración de la lluvia de 60 minutos y el periodo de retorno de 5 años. Para la precipitación de diseño se emplea la siguiente ecuación: hp diseño = HP base x Fd x Ftr x Fa donde:
Hp base: Fd: Ftr: Fa:
Altura de la precipitación base Factor de ajuste por duración Factor de ajuste por periodo de retorno Factor por área
de acuerdo a los gráficos para los factores de ajuste se tienen los siguientes valores: 9
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Fd = 1.20 Ftr = 1.00 Fa = 1.00
Sustituyendo valores en la anterior ecuación, se tiene que la precipitación de diseño es: Hp60, 5 = 33.30 (1.20) (1.00) (1.00)
hp 60, 5 = 39.96 mm 10
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5.4.- Intensidad de Lluvia Considerando las recomendaciones de diseño para alcantarillado, se determinó la intensidad de la lluvia para diseño aplicando la siguiente expresión: I (tr,d) = 60 hp (tr,d) / tc donde;
I
Intensidad de lluvia en mm/Hr hptr,d Precipitación media en mm tc
Tiempo de concentración (min)
de lo anterior se tiene: I = 60 hp (60,5) / tc I = 60 (39.96) / 60 I = 39.96 mm / Hr
5.5.- Gasto Pluvial Para calcular el gasto pluvial, la S.A.C.M., recomienda en el manual de hidráulica urbana, la aplicación del método racional Americano propio para pequeñas cuencas; su expresión es la siguiente: Q = 2.778 x C x I x A donde;
Q
Gasto pluvial en lps
C
Coeficiente de escurrimiento de acuerdo al área de captación
I
Intensidad de lluvia en mm/Hr
A
Área de la zona la superficie de captación en Ha
De los datos de cálculo para el coeficiente de escurrimiento ponderado y de la intensidad de diseño se tiene que: Q = 2.778 (0.95) (39.96) (0.027742) 11
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Q = 2.926 lps
5.6.- Volumen de Agua Pluvial Captado De acuerdo la dirección general de construcción y operación hidráulica el volumen de aguas pluviales captado será el correspondiente para una lluvia de 60 minutos de duración, lo cual nos lleva a tener el siguiente volumen de agua pluvial. V = 2.926 (3600) = 10533.60 l
5.7.- Dimensionamiento de la Cisterna de Aguas Pluviales En el dimensionamiento de la cisterna se tendrá en cuenta que el ancho sea igual a dos terceras partes del largo, lo que nos lleva a tener que: b = 2/3 l A = 1/3 l² Por otra parte el volumen de la cisterna estará determinado como: V = (2/3 l²) h h (m)
Dimensionamiento de la Cisterna Pluvial b (m) a (m) A (m²)
V (m³)
1.00 1.10 1.20 1.30 1.40
3.97 3.79 3.63 3.49 3.36
2.65 2.53 2.42 2.32 2.24
10.53 9.58 8.78 8.10 7.52
10.53 10.53 10.53 10.53 10.53
1.50
3.25
2.16
7.02
10.53
De la anterior tabla se tiene que para un tirante de agua de 1.50m, el largo de la cisterna será de 3.25 m y el ancho de 2.16, para tener un área de 7.02 m² y un volumen de agua igual a 10.53m³, por razones constructivas la cisterna tendrá las siguientes dimensiones Largo
3.30 m
Ancho
2.20 m
Tirante de agua
1.45 m
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6.- Demanda Diaria Agua de Reúso De acuerdo al proyecto arquitectónico se tienen la siguiente distribución de departamentos
Distribución de Departamentos Nivel
No de Deptos Habitantes
Primer nivel
2
4
Segundo nivel
2
4
Tercer nivel
2
4
Total
6
24
Se esta considerando 4 habitantes por departamento. Por otra parte se está considerando 8 visitas al día por habitante al baño. Se sabe que el suministro de agua es solo para WC´s y que la descarga por mueble es de 6 litros Tomando en cuenta lo anterior se tiene que la demanda de agua diaria es de: Demanda Agua WC´s = 24 (8) (6) = 1152 l/día Haciendo una comparativa entre el volumen de agua pluvial almacenada y el volumen de agua de reúso requerida se tiene que la cisterna garantizara el abastecimiento de agua de reúso para 9.14 días, por lo que se cumple con la norma técnica complementaria del reglamento del distrito federal para contar con un volumen de agua igual a un día de demanda mas dos días de reserva.
7.- DISTRIBUCIÓN DE AGUA DE REUSO El sistema de distribución de agua de reúso lo comprende el equipo de bombeo, y la red de tuberías de distribución necesarias para alimentar, con el gasto y presión requeridos, a todos los muebles y equipos sanitarios del con junto habitacional. De la cisterna de agua de reúso se bombeara hasta cada uno de los muebles WC del conjunto habitacional.
7.1.- Calculo de los gastos de la red de distribución de agua a muebles sanitarios El gasto de cada uno de los tramos del sistema se calculará por medio del Método Hunter de Unidades-Mueble.
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El cálculo de las Unidades-Mueble correspondiente a cada uno de los diferentes tramos de la red de distribución, se suman las Unidades-Mueble de los muebles y equipos a los que da servicio el tramo.
Tabla 2-14 NTC Unidades Mueble para instalaciones hidráulicas Unidades Mueble Total af ac 1 1 0 2 1.5 1.5 2 1.5 1.5 2 1.5 1.5 2 1.0 1.0 1 1 0 2 1 1 2 1.5 1.5 1 1 0 3 2 2 6 4 4
Mueble Lavadero Fregadero Baño tanque WC, R, L Baño tanque WC, R Baño tanque WC, L Inodoro con tanque Lavabo Regadera Vertedero Lavadora Lavadora extractora
7.2.- Diseño de la red de distribución Una vez que se ha calculado el gasto máximo instantáneo en las secciones de la red, se determina el diámetro de las tuberías proponiendo una velocidad de diseño, entre los límites recomendados, utilizando la siguiente ecuación, que se obtiene de la de la continuidad: d = (4 Q / v)1/2 Donde: d = Diámetro de la tubería Q = Gasto en l/s v = Velocidad en m/s Conocido el diámetro teórico se elige el diámetro comercial adecuado, el cual dependerá del material de la tubería. Conocida el área interior de la sección del tubo y el gasto máximo instantáneo se calcula la velocidad real del flujo del agua en la tubería usando la ecuación de continuidad.
ANALISIS DE LA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE Sistema
Tramo
Tanque
Mueble
Material
U.M.
Tuboplus
U.M. Acumuladas
Q = l/s
V = m/s
Diametro (mm) Teorico Comercial Real
Tuboplus
V Real m/s
hf / 100m
0.61 1.11
5.54 17.93
DEPARTAMENTO TIPO 1 1 2
Inodoro con tanque Inodoro con tanque
1 1
1 2
0.10 0.18
1.5 1.5
9.21 12.36
13 13
14.40 14.40
20 20
14
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Edificio Residencial 3 4 5 6 7 8 9 10 k l
Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque Inodoro con tanque LL.M. LL.M.
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0.25 0.31 0.37 0.42 0.46 0.50 0.54 0.58 0.61 0.65
1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
14.57 16.22 17.72 18.88 19.76 20.60 21.41 22.19 22.75 23.49
19 19 19 25 25 25 25 25 25 32
18.00 18.00 18.00 23.20 23.20 23.20 23.20 23.20 23.20 29.00
25 25 25 32 32 32 32 32 32 40
0.98 1.22 1.45 0.99 1.09 1.18 1.28 1.37 1.44 0.98
7.3.- Determinación de la carga total de bombeo Equipo de bombeo de cisterna a tinaco, para determinar la carga total de bombeo se utilizara la siguiente ecuación:
H = hes + hfs + hed + hfd + ht Donde: hes = Carga o altura de succión expresada, en metros. hfs = Carga por fricción en la línea de succión, en metros. hed = Distancia vertical entre el eje de la bomba y el punto de alimentación, en metros. hfd = Carga por fricción en la línea de descarga, en metros. hes hfs hed hfd
= 2.0 = 1.0 = 10.0 = 2.0
mts mts mts mts
Aplicando la formula tenemos:
H
=
2.00 +1.00 + 10.00 + 2.00
H
=
15.00 mts
8.4.- Potencia teórica de la bomba Para determinar la potencia teórica de la bomba se utilizara la siguiente ecuación:
HP = (Q * H)/(76 * e) Donde: HP = Q= H= 76 = e=
Caballos de potencia Gasto en l/s Carga dinámica total Factor de conversión Eficiencia del motor HP = (Q * H)/(76 * e) 15
10.52 16.18 23.05 7.67 9.20 10.87 12.68 14.63 16.18 5.59
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HP = (0.65 * 15)/(76 * .60)
HP = 0.21 = 0.50 Se necesita una bomba de 0.50 hp para un gasto de 0.65 lps y una carga de 15 m.c.a. para dar servicio a los wc.
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