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Almacenamiento
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CISTERNA Y TANQUES ELEVADOS
Una cisterna es un depósito subterráneo que se utiliza para recoger y
guardar agua de lluvia o procedente de un río o manantial. También se
denomina cisterna a los receptáculos usados para contener líquidos,
generalmente agua, y a los vehículos que los transportan (camión
cisterna, avión cisterna, o buque cisterna). Es denominada tinaco en
algunos lugares. Su capacidad va desde unos litros a miles de metros
cúbicos.
Lo que define el uso o no de cisternas y tanques elevados son:
a) Que la red pública de agua tenga presión suficiente en todo momento
para que el agua pueda llegar al aparato más desfavorable con presión
mínima a la salida de 5 lbs. /pulg2 – 3.5 m.c.a.
b) Que la empresa de agua pueda proporcionarnos la conexión domiciliaria
del diámetro que se requiere para esta instalación, diámetros que en
muchos casos son bastantes grandes.
MÉTODOS DE CÁLCULO
Existen dos métodos para la determinación de la capacidad de
almacenamiento:
a. Mediante una curva de demanda (Método Gráfico)
b. Mediante la dotación (Práctica Usual)
El primer método no es práctico y no se aplica en el diseño, ya que la curva
de demanda solo puede ser conocida cuando el edificio está construido.
Este método sirve más bien para la investigación y poder hacer las
variaciones necesarias en el método de la dotación.
ALMACENAMIENTO Y REGULACIÓN.
El Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú, indica lo siguiente:
a) Los depósitos de agua deberán ser diseñados y construidos en forma tal que
preserven la calidad del agua.
b)Toda edificación ubicada en sectores donde el abastecimiento de agua pública no sea
continuo o carezca de presión suficiente, deberá estar provisto obligatoriamente de
depósitos de almacenamiento que permitan el suministro adecuado a todas las
instalaciones previstas.
Tales depósitos podrán instalarse en la parte baja (cisternas) en pisos intermedios o
sobre la edificación (tanque elevado).
c) Cuando sólo exista tanque elevado, su capacidad será como mínimo igual a la
dotación diaria, con un volumen no menor a 1000 L.
d) Cuando sólo exista cisterna, su capacidad será como mínimo igual a la dotación
diaria, con un volumen no menor de 1000 L.
e) 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 dicho volumen.
f) En el caso de utilizar sistemas hidroneumáticos, el volumen mínimo será igual al
consumo diario con un volumen mínimo de 1000 L.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO
CISTERNA
g) Los depósitos de almacenamiento deberánser construidos de material resistente y paredesimpermeabilizadas y estarán dotados de losdispositivos necesarios para su correctaoperación y mantenimiento.
DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA Y TANQUE ELEVADO
Para el dimensionamiento de los tanques de almacenamiento se deben tomar en cuenta
una serie de factores:
a. Capacidad Requerida
b. Espacio Disponible
c. Distancia Vertical entre el techo del depósito y el eje del tubo de entrada, dependerá
del diámetro de éste, no pudiendo ser menor de 0.20 m.
d. La distancia vertical entre los ejes de tubos de rebose y de entrada de agua no debe
ser menor a 0.15m y será el doble del diámetro del la tubería de rebose.
e. La distancia vertical entre los ejes del tubo de rebose y el máximo nivel de agua será
igual al diámetro de aquel y nunca inferior a 0.10 m.
• El agua proveniente del rebose de los depósitos, deberá disponerse en forma
indirecta, mediante brecha de aire de 0.05 m de altura mínima sobre el piso, techo
u otro sitio de descarga.
• La tubería de aducción o de impulsión al tanque de almacenamiento deberá estar a
0.10 m por lo menos por encima de la parte superior tuberías de rebose.
CONTROL DE NIVELES
Se hará por medio de niveles automáticos que
permitan.
• Arrancar la bomba cuando el nivel de agua
en el tanque elevado, descienda hasta la
mitad de la altura útil.
• Parar la bomba cuando el nivel de agua en
el tanque elevado, ascienda hasta el nivel
máximo previsto.
• Parar la bomba cuando el nivel de agua en
la cisterna descienda hasta 0,05 m por
encima de la parte superior de la canastilla
de succión.
• En los depósitos que se alimentan
directamente de la red pública, el control del
nivel máximo del agua se hará mediante
válvula de llenado, flotador o similar.
UBICACIÓN
La ubicación de los tanques de almacenamiento juega mucho con las
facilidades que proporcione el Ingeniero o Arquitecto que efectúa los planos
arquitectónicos
Como simple especulación se indican algunas ubicaciones más factibles,
dadas por la experiencia
• De la Cisterna
a. En patios de servicio, alejada en lo posible de dormitorios u oficinas de
trabajo
b. En la caja de la escalera. Esto permite colocar los equipos de bombeo
bajo la escalera
c. Jardines
d. Pasadizos
e. Garajes
f. Cuartos Especiales
Lo importante es buscar la independencia del sistema, es decir, de fácil acceso
en cualquier momento.
• Del Tanque elevado
a. Sobre la caja de la escalera
b. Lo más alejado del frente del edificio por razones de estética
c. Si es posible en la parte céntrica de los servicios a atender
d. Debe ubicarse a una altura adecuada sobre el nivel de azotea a fin de
que se garantice una presión de 3.50 m (5 lbs./pulg.2) en el aparato más
desfavorable.
e. En pisos intermedios en caso de edificios altos.
• Aspectos constructivos
• Los tanques de almacenamiento deberán ser construidos preferentemente de
concreto armado. Es permitido el uso de ladrillos revestidos de mortero de cemento
para las paredes, siempre que la altura no sea mayor de 1 metro.
ASPECTOS SANITARIOS
Deben tomarse algunas consideraciones en el diseño de
tanques de almacenamiento a fin de hacerlos sanitarios
para evitar problemas de enfermedades de origen hídrico.
Estas consideraciones son:
• Tapa Sanitaria
La tapa de cisterna o tanque elevado debe ser de
forma que se indica en la figura a fin de evitar que las
aguas de limpieza de pisos o aguas de lluvia penetren
en los tanques.
• Tubo de Ventilación
Este tubo permite la salida del aire caliente y la expulsión o
admisión de aire del tanque cuando entra o sale el agua. Se
efectúa en forma de U invertido con uno de sus lados alargado
más que otro que es el que cruza la losa del tanque. El extremo
que da al exterior debe protegerse con malla de alambre para
evitar la entrada de insectos animales pequeños.
• Reboses de Tanques de Almacenamiento
a. Rebose de Cisterna. El rebose del agua de la cisterna deberá
disponerse al sistema de desagüe del edificio en forma indirecta, es
decir, con descarga libre con malla de alambre a fin de evitar que los
insectos o malos olores ingresen a la cisterna.
b. Rebose de Tanque elevado. Igualmente el rebose del tanque elevado
deberá disponerse a la bajante más cercana en forma indirecta, mediante
brecha o interruptor de aire de 5cm. de altura como mínimo. Para esto el
tubo de rebose del tanque elevado se corta y a 5cm.se coloca un embudo
de recepción del agua de rebose
Debe efectuarse considerando que la cisterna se llena en horas de mínimo
consumo en las que se obtiene la presión máxima y que corresponde a un
periodo de 4 horas (12 de la noche a 4 de la mañana).
Para el cálculo de la tubería hay que tener en cuenta lo siguiente:
a. Presión de agua en la red pública en el punto de conexión del servicio.
b. Altura estática entre la tubería de la red de distribución pública y el punto de
entrega en el edificio.
c. Las pérdidas por fricción en tubería y accesorios en la línea de alimentación,
desde la red publica hasta el medidor.
d. La pérdida de carga en el medidor, la que es recomendable que sea menor
del 50% de la carga disponible.
e. Las pérdidas de carga en la línea de servicio interno hasta el punto de
entrega de la cisterna.
f. Volumen de la Cisterna.
g. Considerar una presión de salida de agua en la cisterna mínima de 2.00m.
Cálculo de la tubería de Alimentación de la Red Pública hasta la
Cisterna
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores y los datos depresión en la red pública
proporcionados por la Empresa que administra el sistema de agua potable de la ciudad, el
problema consiste en calcular el gasto de entrada y la carga disponible seleccionándose
luego el medidor tomando en cuenta que la máxima pérdida de carga que debe consumir el
medidor debe ser el 50% de la carga disponible.
Hf m = 50% Hf
PM = HT + Hf + PS (Fórmula general)
De la presión en la red pública, para el punto más desfavorable del edificio, despejando Hf
tenemos:
Hf = PM- HT- PS
Hf m= 50 (PM- HT- PS)/100
Donde:
Hf m = Perdida de carga en el medidor.
PM o PR = Presión en la matriz o red pública.
PS = Presión de salida mínima.
Hf = Perdidas de carga.
HT= Altura estática del edificio, se toma desde el nivel de la red pública.
Con un mismo gasto, se puede seleccionar una variedad de medidores.
Obtenida la verdadera carga del medidor, se obtendrá la nueva carga disponible,
procediéndose luego mediante tanteos de diámetros, a seleccionar el más conveniente
• Las pérdidas de carga (PC) se determinan por la pendiente hidráulica (Sf) y
longitud equivalente para accesorios.
• Para el cálculo de la pendiente hidráulica se usará la fórmula de Darcy.
Hf/L = Sf =f*v2 /(D * 2 g) ó Hf/L = Sf =8f Q2/(p2gD5)
Tomando f = 0.0017 para PVC, f=0.04 FGSf = 0.0014 Q2/D5 { 0.0014 PVC
0.0025 para acero0.0033 para F°G°, Q en m3/seg y D en metros
óSf = 14 Q2/D5 { 14 PVC
25 para acero33 para F°G°, Q en L/seg y D en cm
Esta presión se compara con la presión en la matriz, si la presión en A esmayor que la de la matriz entonces modificar el diseño o aumentar eldiámetro de la tubería.
ó
EJEMPLO PRÁCTICO 1:
Datos:
- Presión en la red Pública = 20lb/pulg2
- Presión mínima de agua a la salida de la cisterna = 2.00m.
- Desnivel entre la red pública y el punto de entrega a la cisterna = 1.00
m.
- Longitud de la línea de servicio = 22.00m.
- La cisterna debe llenarse en un periodo de 4 horas
- Volumen de la cisterna = 12m3
- Accesorios a utilizar: Una válvula de paso, una válvula de compuerta, 2
codos de 90º y un codo de 45º
Se solicita:
1. Seleccionar el diámetro del medidor y
2. Diámetro de tubería de alimentación a la cisterna.
Solución:
1. Cálculo del gasto de entrada: (1L=0.2642 gal)
2. Cálculo de la Carga Disponible
Donde:
• H= Carga Disponible
• Pr= Presión en la red
• Ps= Presión a la salida
• Ht= Altura red a cisterna
H = 20 - [(2.00x1.42) + (1.00x1.42)]
O también en metros:
H=14-2-1
H=11 mca
3. Selección del medidor
Siendo la máxima perdida de carga del medidor el 50% de la carga disponible,
se tiene:
Ó H=5.5 mca . medidor
En el Abaco de medidores se tiene:
• Con 13.2 Gal/min
Teniendo en cuenta la máxima pérdida de carga del
medidor de 7.87 Lb/pulg2, Por lo tanto seleccionamos el
medidor de ¾’’
DIAMETRO PÉRDIDA DE CARGA
5/8” 10.5 LB/PULG2 = 7.35 m
¾” 3.80 LB/PULG2 = 2.66 m
1” 1.70 LB/PULG2 = 1.19 m
1 ½” 3.7 LB/PULG2 = 2.59 m
2” 1.75 LB/PULG2 = 1.225 m
4. Selección del diámetro
Como el medidor ocasiona una perdida de carga de 3.8libras/pulg2, la nueva carga disponible será:
H=15.74-3.8=11.94 lbs/pulg2 ó H = 8.40 mca
Asumiendo un diámetro de ¾’’
Longitud equivalente por accesorios:
• 1 válvula de paso ¾’’ = 0.10m
• 1 válvula de compuerta ¾’’ = 0.10m
• 2 codos de 90º (2x0.60) = 1.20m
• 1 codo de 45º = 0.30m
Longitud equivalente 1.7m
• Luego la longitud total es de: 22 + 1.7 = 23.7m
Del siguiente ábaco hallamos la gradiente hidráulica para comprobar que la perdida
máxima obtenida en el medidor sea mayor a la obtenida con los accesorios:
Q = 0.833 l.p.s.
D = ¾” = 1.905cm
Tenemos S=800/1000=0.8m/m.(De tablas)
Mejor Analítico Ec. Darcy. Para PVC.
Luego: Sf = 14 * 0.8332/1.9055 = 0.3872 m/m
H = 23.70 X 0.3872= 9.1766 m
COMPROBANDO TENEMOS QUE:
Carga disponible: 8.40 mca < 9.18 mca
11.94 libras/pulg2 < 11.943 libras/pulg2
Por lo tanto, tenemos que aumentar el diámetro de la tubería.
Considerando un diámetro de 1”
Longitud equivalente por accesorios:
1 válvula de paso 1”=0.20 m
1 válvula de compuerta de 1” =0.20 m.
2 codos de 90°= (2x0.70)=1.40 m.
1 codo de 45°=0.40 m.
Longitud equivalente= 2.20 m
La longitud total será:
22.00 m + 2.20 m = 24.20 m
Tenemos Sf=14 * 0.8332/2.545 = 0.0919 m/m.
Luego comprobando tenemos:
H = 24.20 X 0.0919 = 2.22 m
Como:
Carga disponible 8.4 mca > 2.22 metros
El diámetro de 1’’ es el correcto
Por lo tanto:
A. Diámetro del medidor ¾’’
B. Diámetro tubería de entrada 1’’
EJEMPLO PRÁCTICO 2:
1º Nivel:
Oficinas.- Son cuatro oficinas independientes, las cuales
cuentan con sus propios baños, las cuales cuentan con el
servicio de agua fría y caliente, en la cual están regulados por
un solo medidor.
Sala de espera.- Ubicada en el centro de la primera planta,
2º Nivel:
Un Restaurante y una cocina.- En él se pueden ubicar sillas y
mesas para un promedio de 44 personas de una manera
cómoda y eficiente, con sus respectivos servicios higiénicos, la
cual al cocina cuenta con el servicio de agua fría y caliente, y
ubicada frente al área de atención para brindar un servicio
rápido a la clientela, el restaurante aproximadamente dispondrá
con personal suficiente para atender a las personas,. Por lo que
también cuenta con los baños públicos, que cuentan con
sistema de agua fría y caliente.
3º y 4º Nivel:
Habitaciones.- Contamos con ocho habitaciones simples ydobles, las cuales cuentan con un inodoro, un lavatorio y unatina, y con servicio de agua fría y caliente de acuerdo a loestipulado en el RNE.
CÁLCULOS
A continuación se presentan los cálculos realizados tantoen el análisis horizontal como en el vertical; así comotambién los cálculos de agua caliente, agua contraincendio y diámetros de las diferentes tuberías.
Además es necesario tener en cuenta que se haconsiderado las alturas entre los pisos:
• En el primer nivel la altura es de 2.63m.
• En el segundo nivel la altura es de 2.98m.
• En el tercer nivel y cuarto, la altura es de 2.63m.
Es importante también saber que el sistema de agua para el primer y segundo nivel el sistema es directo y a partir del tercer nivel es indirecto convencional.
CALCULO DE DOTACIONES.
SISTEMA DIRECTO:PRIMER NIVEL
AMBIENTE NUMERO
OFICINAS 4
TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO
ESPECIFICACIÓN DOTACION
OFICINAS Por m2 de área útil o local 6 lts/dia
Entonces:
Área Útil: 76.2m2
Dotación = 76.2 × 6
Dotación = 457.20 L/dia
SISTEMA INDIRECTO:
TERCER NIVELAMBIENTE NUMERO
HABITACIONES DOBLES 4
HABITACIONES SIMPLES 4
TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO
ESPECIFICACIÓN DOTACION
HOTELES, MOTELES, PENSIONES Hoteles, moteles, pensiones
Enlts/dormitório
500
Entonces:
Habitaciones Dobles: 4
Habitaciones Simples: 4
Dotación = (4 × 500) + (4 × 500)
= 4000.00 L/dia
CUARTO NIVEL
AMBIENTE NUMERO
HABITACIONES DOBLES 4
HABITACIONES SIMPLES 4
TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO
ESPECIFICACIÓN DOTACION
HOTELES, MOTELES, PENSIONES Hoteles, moteles, pensiones
Enlts/dormitório
500
Entonces:
Habitaciones Dobles: 4
Habitaciones Simples: 4
Dotación = (4 × 500) + (4 × 500)
= 4000.00 L/dia
AZOTEA
AMBIENTE NUMERO
CUARTO DE SERVICIO 1
LAVANDERIA 1
TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO
ESPECIFICACIÓN DOTACION
LAVANDERIAS Lavanderias 40 lts/kg. de ropa
CUARTO DE SERVICIO Cantidad500 lts/dia
Entonces:
Lavandería.- Cálculo para de 10 Kg. de ropa
Dotación = 10 x 40 L/día
= 400 L/día
Cuarto de servicio: 1
Dotación = 1 x 500 L/día
= 500 L/día
Dotación total = 8900.00 L/dia
POR LO TANTO
Dotación del Edificio = 8900.00 L/día
CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE CISTERNA (TC) Y DEL TANQUE ELEVADO (TE)
Como nuestro diseño es un sistema indirecto en el tercer, cuarto nivel y la azotea, constara de un tanque cisterna acompañado de un tanque elevado entonces:
TC = ¾ x Dotación diaria (m3)
TC = ¾ x 8.9 m3
TC = 6.68 m3
TE = 1/3 x Dotación diaria (m3)
TE = 1/3 x 8.9 m3
TE = 2.97 m3
DIMENSIONES DEL TANQUE CISTERNA (TC)
Tenemos las siguientes relaciones:
2
1=
l
a
3
2=
l
h
Siempre que:6.68 = a x l x h , pero
L = 2.72 m.;a = L/2 = 1.36 m.h = 2L/3 = 1.81m.
DIMENSIONES DEL TANQUE ELEVADO (TE):
Como el nuevo Volumen del Tanque Elevado es de: TE = 2.97 m3
Entonces:a x b x h = 2.97 m3
Como el material del Tanque Elevado es de Concreto Armado
entonces las dimensiones de la sección debe de ser cuadrada.
a x b x h = 2.97 m3
a x a x a = 2.97 m3
a3= 2.97 m3
a = 1.44 m
Entonces:
Son dimensiones útiles, ósea fuera del espesor de los
muros de ambos tanques.