DISEÑO DE INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIFICACIONES TEMA : SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA, CALCULO DE DOTACIONES DE AGUA FRIA Y CALIENTE, TANQUE, CISTERNA, MEDIDOR, TUBERIA DE ALIMENTACION. EXPOSITOR: Fernando Quispe G. Profesional de la Especialidad Ingeniería Sanitaria. Universidad Nacional de Ingeniería – UNI CORREO: fquispeg@uni.pe o f.quispe.ic.2020@gmail.com SISTEMA DIRECTO • Es el suministro de agua a los puntos de consumo (aparatos sanitarios) directamente por la presión existentes en la red pública. • El sistema propiamente dicho consta de una red de distribución que se inicia en la conexión domiciliaria, en el límite propiedad y termina en el punto de consumo más alto y más alejado horizontalmente con respecto a la red matriz. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA Ventajas • No hay contacto del agua con el medio ambiente, no existiendo por lo tanto puntos de posible contaminación. • Bajo costo inicial y de operación y mantenimiento. • No utiliza equipos. Desventajas • Esta supeditado a la calidad, continuidad y presión del sistema pública. • Se puede quedar sin el servicio, cuando el suministro público es cortado. COMPONENTES DEL SISTEMA 1. Conexión domiciliaria o acometida 2. Caja de Medidor 3. Válvula de control general 4. Alimentador de Agua 5. Ramales de Distribución SISTEMA INDIRECTO DEFINICIÓN Si el sistema público de abastecimiento de agua potable no satisface la presión necesaria para un sistema directo (2m para el aparato o punto mas desfavorable) o para llenar un tanque elevado en las horas de mínimo consumo, será necesario crear las condiciones para que el sistema de la edificación funcione eficientemente. SISTEMA CISTERNA – TANQUE ELEVADO Un sistema que considere un depósito de almacenamiento en la parte inferior de la edificación, llamada comúnmente cisterna, el que se llena con la presión de la red pública y un tanque elevado para dar la carga o presión necesaria al sistema y regular el consumo. También se puede usar un tanque elevado sin cisterna. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA Ventajas • Mantiene un volumen de almacenamiento y regulación que permite una cierta independencia del sistema público. • Las condiciones de caudal y presión se cumplen constantemente. Desventajas • Tiene dos puntos de contacto con el ambiente posibilitando contaminación. • Mayor costo inicial y de operación y mantenimiento. SISTEMA INDIRECTO Sistema de abastecimiento por presión constante El sistema de abastecimiento por presión es más complejo y dependiendo de las características de las edificaciones, tipo de servicio, volumen de agua requerido, presiones, simultaneidad de servicios, número de niveles, números de muebles, características de estos últimos, etc., puede ser resuelto mediante: DOTACION (R.N.E.) • Se entiende por dotación la cantidad de agua que se asigna para cada habitante y que incluye el consumo de todos los servicios que realiza en un día medio anual, tomando en cuenta las pérdidas. Usualmente se expresa en litros ./ habitante.día. • Las dotaciones diarias mínimas de agua para uso doméstico, comercial, industrial, riego de jardines u otros fines, serán asignados por el reglamento nacional de edificaciones. CALCULO DE LOS VOLUMENES DE CISTERNA Y TANQUE ELEVADO El volumen de almacenamiento total para un edificio o una casa, se calcula para un día de consumo. En un sistema indirecto este volumen debe estar almacenado en la cisterna y/o el tanque elevado. Según el Reglamento Nacional de Edificaciones: -Cuando sólo exista tanque elevado, su capacidad será como mínimo igual a la dotación diaria, con un volumen no menor a 1000 L. -Cuando sólo exista cisterna, su capacidad será como mínimo igual a la dotación diaria, con un volumen no menor de 1000 L. -Cuando sea necesario emplear una combinación de cisterna, bombas de elevación y tanque elevado, la capacidad de la primera no será menor de las ¾ partes de la dotación diaria y la del segundo no menor de 1/3 de dicha volumen. EJEMPLO: CALCULO DE LA DOTACION • Se tiene una edificación con las siguientes características, calcule la dotación, tanque elevado y cisterna Datos adicionales: Departamento de 3 dormitorios. Diseño de la cisterna: • La cisterna debe de tener una relación 1:2 en el área superficial por fines de mantenimiento: • Vcisterna = L(largo)*A(ancho)*Hutil(altura util) Asumamos valores: • H.util(altura útil)=3.20m • L(largo)=6.00m • A(ancho)=3.00m • V.cisterna = 57.60m3 (proyectado) Diseño del tanque elevado: • Vtanque = L(largo)*A(ancho)*Hutil(altura util) Asumamos valores: • H.util(altura útil)=2.85m • L(largo)=3.00m • A(ancho)=3.00m • V.cisterna = 25.65m3 (proyectado) Finalmente nos queda el dimensionamiento de nuestro almacenamiento de agua. CALCULO DEL MEDIDOR Y LA TUBERIA DE ALIMENTACION Conexión Domiciliaria o Acometida.- Es el tramo de tubería comprendido entre la tubería matriz y la ubicación del medidor o dispositivo de regulación. El diámetro de este ramal lo proporciona la entidad administradora de los servicios de agua, este diámetro es por lo general de ½” como mínimo hasta uno de 1”. Medidor.- Es un dispositivo que permite aforar la cantidad de agua que se abastece a un edificio o una vivienda, y mediante una tarifa se pague el consumo de agua. La selección del diámetro del medidor se hace en base al caudal que circula a través de la tubería, debiendo tenerse en cuenta que la máxima pérdida de carga en el medidor debe ser el 50% de la pérdida de carga disponible. Tuberías de Alimentación.- es el segmento de tubería comprendido entre el medidor y la entrega a la cisterna. Para el cálculo de esta tubería se tomará en cuenta lo siguiente: • Presión en la red pública • Longitud de tubería • Conocer el tiempo de llenado de la cisterna. Este tiempo se sume entre 4 – 6 horas. • El caudal que pasa por la tubería. • Volumen de la cisterna • Asumir una presión de salida en la cisterna (Ps). DEFINICIONES PARA EL CALCULO DEL MEDIDOR Y LA TUBERIA DE ALIMENTACION Los factores a tomar en cuenta para el cálculo de un sistema directo de suministro de agua. Se tendrán los siguientes factores: P.M.: Presión en la matriz o red pública, en el punto de acometida. HT : Altura estática del edificio (hasta el punto de consumo más desfavorable), incluyendo la profundidad hasta la matriz. Hf : Pérdida de carga en toda la longitud de tubería. Esta pérdida, puede ser por longitud de tubería propiamente dicha o por accesorios. DATOS DE DISEÑO: • PRESION DE LA RED PUBLICA (Pr) • PRESION MININA EN EL APARATO MAS DESFAVORABLE, INGRESO A LA CISTERNA O INGRESO AL TANQUE ELEVADO (Ps) • ALTURA ESTATICA: DESNIVEL ENTRE LA RED PUBLICA Y EL PUNTO MAS DESFAVORABLE (Ht) • LONGITUD DE LA LINEA DE SERVICIO (m) • TIEMPO DE LLENADO DE LA CISTERNA, TANQUE ELEVADO O DE LA RED.(horas) • VOLUMEN DE AGUA DE LA CISTERNA, TANQUE O LA RED.(m3) FORMULAS A UTILIZAR: Q= 𝑽𝑶𝑳𝑼𝑴𝑬𝑵 𝑫𝑬 𝑪𝑰𝑺𝑻𝑬𝑹𝑵𝑨 en litros/seg. o m3/s 𝑻𝑰𝑬𝑴𝑷𝑶 𝑫𝑬 𝑳𝑳𝑬𝑵𝑨𝑫𝑶 𝑫𝑬 𝑪𝑰𝑺𝑻𝑬𝑹𝑵𝑨 CARGA DISPONIBLE (Hf) Hf = Pr -Ps - Ht Diametro (mm) 15 (1/2") 20 (3/4") 25 (1") 32 (1 1/4") 40 y > (1 1/2" y >) V max (m/s) 1.90 2.20 2.48 2.85 3.00 EJEMPLO: CALCULO DEL MEDIDOR Y TUBERIA DE ALIMENTACION DE UNA VIVIENDA PRESION EN LA RED PUBLICA DE AGUA 20 LB/PULG2 Pr 14.00 m PRESION MINIMA DE AGUA A LA SALIDA DE LA CISTERNA 2.00 m Ps DESNIVEL ENTRE LA RED PUBLICA Y EL PUNTO DE ENTREGA A LA CISTERNA 1.00 m Ht 25.10 m 6.00 horas 12.13 m3 LONGITUD DE LA LINEA DE SERVICIO TIEMPO DE LLENADO DE CISTERNA VOLUMEN DE LA CISTERNA CALCULOS: 0.562 CAUDAL DE ENTRADA 8.99 CARGA DISPONIBLE (Hf) Hf = Pr -Ps - Ht 18.58 PERDIDA DE CARGA EN EL MEDIDOR(Hm) LPS GPM LB/PULG2 Hm <= 50% Hf Donde: 50% Hf= 9.29LB/PULG2 Para estos datos, en el Abaco de medidores tenemos: Diámetro (Pulg) 3/4 1/2 1.80 4.50 se cumple: Hm Hm LB/PULG2 LB/PULG2 < 50% Hf Para el Ø" 3/4 < 50% Hf se cumple: Hm 1.80 9.29 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION A LA CISTERNA DE CONSUMO HUMANO NUEVA CARGA DISPONIBLE SERA (Hf2) Hf2 = Hf - Hm 16.78 11.75 LBS/PULG2 m ASUMIENDO UN DIAMETRO DE TUBERIA: 3/4 PULG CALCULOS: 2 1 6 1 VALVULA DE PASO VALVULA CHECK CODO 90° TEE 0.328 2.159 6.480 1.554 LONGITUD EQUIVALENTE DE ACCESORIOS: LONGITUD DE LINEA DE SERVICIO: LONGITUD EQUIVALENTE TOTAL : DIAMET RO CODO 1/2 0.739 TEE REDUCCION d/D = d/D = d/D = 1/4 1/2 3/4 CHECK V. COMP. MEDIDOR VERTICAL HORIZONTAL PIE 1.064 0.248 0.195 0.112 0.112 1 1.477 1.099 3.599 1.554 0.363 0.285 0.164 0.164 1 2.159 1.606 5.260 2.046 0.477 0.375 0.216 0.216 1 2.841 2.114 6.920 2.618 0.611 0.480 0.276 0.276 1 3.636 2.705 8.858 3.108 0.725 0.570 0.328 0.328 1 4.318 3.213 10.519 4.090 0.954 0.750 0.432 0.432 1 5.682 4.227 13.841 5.154 1.203 0.945 0.544 0.544 1 7.159 5.326 17.440 3 1.080 1.420 1.818 2.159 2.841 3.580 4.261 6.136 1.432 1.125 0.648 0.648 1 8.523 6.341 20.761 4 5.682 8.182 1.909 1.500 0.864 0.864 1 11.364 8.454 27.682 6 8.523 12.272 2.364 2.250 1.295 1.295 1 17.048 12.682 41.523 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 m m m m 10.521 m 25.100 m 35.621 m Q D Di C Hf3 0.562 3/4 0.0207 150 5.398 se cumple: Hf3 LPS PULG m m < Hf2 se cumple: Se elige: Hf3 < Hf2 5.40 11.75 3/4 PULG DIAMETRO DE MEDIDOR 3/4 PULG DIAMETRO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION DE LA CISTERNA 3/4 PULG CALCULO DEL CALENTADOR DE ACUMULACION DE AGUA - Los calentadores de acumulación están formados por un depósito servido con un serpentín de menor capacidad que el empleado en los calentadores instantáneos de igual capacidad. - El agua del tanque pasa al serpentín donde se calienta periódicamente , a medida que lo requiere la temperatura deseada. - Este tipo de calentador se fabrica con tanques de 35 a 500 litros. Ubicación • Se los ubica en los baños, lavanderías, cocinas, pasadizos, etc . • Con estos calentadores se puede repartir agua a toda la casa y las tuberías a emplearse comúnmente son de cobre, CPVC u polipropileno PN16. CALCULO DEL CALENTADOR DE ACUMULACION DE AGUA DOTACION DE AGUA CALIENTE DOTACION DE AGUA CALIENTE EJEMPLO: CALCULO DE LA CAPACIDAD CALENTADOR DE ACUMULACION: DATOS DE DISEÑO: • TIPO DE EFICICION: VIVIENDA • NUMERO DE DORMITORIOS: 3 DORMITORIOS • COEFICIENTE DE CAPACIDAD DEL TANQUE DE ACUM.=1/5 DEL Unifamiliares y Multifamiliares (Calentadores acumulación ) Numero de Capacidad mínima Capacidad Comercial dormitorios Dotacion por del calentador del calentador por departamento (l/d) (litros) (litros) departamento 1 120 24.00 35.00 2 250 50.00 50.00 3 390 78.00 80.00 4 420 84.00 110.00 5 450 90.00 110.00 Capacidad (Según RNE): 1/5*Dotación UNA VES REALIZADO EL CALCULO DE LA CAPACIDAD, SE SELECCIONARA UN CALENTADOR DE 80 LITROS DE CAPACIDAD COMERCIAL.
