ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

ContenidoTEMA:3INTRODUCCIN3OBJETIVO3DESARROLLO3SISTEMA DE ABASTECIMIENTO:3SISTEMAS DE ABASTO DE EDIFICIOS:4DEMANDAS6RESPECTO A LAS PRESIONES6RESPECTO DE LAS VELOCIDADES6RESPECTO DEL DEPSITO DE ALMACENAMIENTO6MTODO EMPRICO7METODOLOGA DE CLCULO9VARIACIONES DE CONSUMO1APARATOS Y DOTACIN POR APARATOS DE LA EDIFICACIN3CALCULO VOLUMEN MINIMO DEL TANQUE CISTERNA:5ESTIMACIN DE CAUDALES6CLCULO DE LA TUBERA6PRESUPUESTO9CONCLUSIONES11RECOMENDACIONES11BIBLIOGRAFA11ANEXOS12

TEMA:Clculo de las Instalaciones Hidrosanitarias de un edificio de 5 nivelesINTRODUCCIN

Las instalaciones hidrulicas y sanitarias en casas-habitacin y edificios se pueden identificar tambin con los trabajos que se conocen, en forma popular, como de plomera y se define como El arte de las instalaciones en edificios, las tuberas, accesorios, y otros aparatos para llevar el suministro de agua y para retirar las aguas con desperdicios y los desechos que lleva el agua (Enrquez Harper).

La instalacin hidrulica es un conjunto de tuberas y conexiones de diferentes dimetros y diferentes materiales; para alimentar y distribuir agua dentro de la construccin, esta instalacin surtir de agua a todos los puntos y lugares de la obra arquitectnica que lo requiera, de manera que este lquido llegue en cantidad y presin adecuada a todas las zonas hmedas de esta estalacin tambin constara de muebles y equipos.OBJETIVO Aprender los conceptos bsicos de las instalaciones Hidrulicas en una edificacin de 5 pisos identificando sus sistema de abastecimiento, clculo de los gastos o prdidas, dimetros de las tuberas, y ser capaz de disear las instalaciones hidrulicas, conformado por medio de sus clculos y su representacin en planos ejecutivos de las obras proyectadas, de conformidad a la normativa vigente.DESARROLLOSISTEMA DE ABASTECIMIENTO:El sistema de suministro de agua potable es un procedimiento de obras, de ingeniera que con un conjunto fuentes de abastecimiento, captaciones, estructuras de almacenamiento y regularizacin, tuberas y tomas domiciliarias, se suministra el agua potable de las fuentes hasta los hogares y edificios de una ciudad, municipio o rea rural comparativamente concentrada.

Podemos obtener agua potable de varias formas o sistemas, esto depende de la fuente de abastecimiento, como son:

A).- Agua de lluvia almacenada en aljibes. Depsito destinado a guardar agua potable, procedente del agua de lluvia, que se recoge mediante canalizaciones, por ejemplo, de los tejados de las casas. Normalmente se construye subterrneo, total o parcialmente. Suele estar construido con ladrillos unidos con argamasa. Las paredes internas suelen estar recubiertas de una mezcla de cal, arena, xido de hierro, arcilla roja y resina de lentisco, para impedir filtraciones y la putrefaccin del agua que contiene.

B).- Agua proveniente de manantiales naturales. Es una fuente natural de agua que brota de la tierra o en las rocas), donde el agua subterrnea aflora a la superficie.

C).- Agua subterrnea. Captada a travs de pozos o galeras filtrantes.

D).- Agua superficial. Proveniente de ros, arroyos, embalses o lagos naturales.

Para el desarrollo de presente trabajo se estima un abastecimiento de Agua superficial, ya que el proyecto se ubica en la ciudad de Quito y el abastecimiento general es de la obra de captacin de Papallacta.SISTEMAS DE ABASTO DE EDIFICIOS: Los sistemas que se utilizan para abastecer a un edificio, se pueden clasificar de la siguiente forma:

Sistemas de abastecimiento directo Sistemas de abastecimiento por gravedad Sistemas de abastecimiento combinado Sistemas de abastecimiento por presin Para el desarrollo del presente trabajo se estima un abastecimiento por presin.El sistema de abastecimiento por presin es ms complejo y dependiendo de las caractersticas de las edificaciones, tipo de servicio, volumen de agua requerido, presiones, simultaneidad de servicios, nmero de niveles, nmeros de muebles, caractersticas de estos ltimos, etc., puede ser resuelto mediante:

A. Equipo hidroneumtico

Ilustracin 1. EQUIPO HIDRONEUMTICO

B. Equipo de bombeo programado

Ilustracin 2. MOTO BOMBACabe hacer notar que cuando las condiciones de los servicios, caractersticas de estos, nmero y tipo de muebles instalados por instalar y altura de las construcciones as lo requieran, se prefiere el sistema de abastecimiento por las siguientes ventajas.1) Continuidad del servicio2) Seguridad de funcionamiento3) Bajo costo4) Mnimo mantenimientoUna desventaja que tiene el sistema de abastecimiento por gravedad y muy notable por cierto, es que los ltimos niveles la presin del agua es muy reducida y muy elevada en los niveles ms bajos, principalmente en edificaciones de considerable altura.Puede incrementarse la presin en los ltimos niveles, si se aumenta la altura de los tinacos o tanques elevados con respecto al nivel terminado de azotea, sin embargo, dicha solucin implica la necesidad de construir estructuras que en ocasiones no son recomendables por ningn concepto.

DEMANDAS

Tabla 1. Demandas de caudales, presiones y dimetros en aparatos de consumo[footnoteRef:1] [1: NEC2011 CAP16 - NORMA HIDROSANITARIA NHE AGUA]

RESPECTO A LAS PRESIONESa. Si la presin disponible en la red de suministro es insuficiente, debe proveerse de un sistema de bombeo con tanque bajo y tanque alto o de un sistema de bombeo mediante un equipo de presin.b. La presin en cualquier nudo de consumo no deber ser mayor que 50 m c.a. (71.12 psi); y, siempre se deber tomar en cuenta la presin residual recomendada por el fabricante del aparato a instalar.c. Se debe exigir que toda tubera y accesorio instalado en la red interior pueda resistir la presin de 150 m c.a., en cuyo valor se garantiza la resistencia a la presin de servicio y la provocada por fenmenos transitorios o golpes de ariete que se pudieran generar en el sistema.RESPECTO DE LAS VELOCIDADESLa velocidad de diseo del agua en las tuberas debe fluctuar entre 0.6 m/s y 2.5 m/s, valores mnimo y mximo, respectivamente. Se considera optimo el valor de velocidad de 1.2 m/s.La velocidad del agua en la acometida debe fluctuar el valor de 1.5 m/s.RESPECTO DEL DEPSITO DE ALMACENAMIENTOa. Debe proveerse un depsito de almacenamiento, cuyo volumen til corresponda al consumo que se requiere en la edificacin para el suministro estimado en 24 horas; en caso de disear deposito subterrneo y elevado, con equipo de bombeo (grupo motor-bomba), el volumen total debe dividirse en sesenta por ciento (60%) para el deposito subterrneo (cisterna) y cuarenta por ciento (40%) para el deposito elevado (tanque).b. Los depsitos de agua debern disearse y construirse de tal manera que garanticen la potabilidad del agua en el tiempo y que no permita el ingreso de ningn tipo de contaminante. Cabe en este caso la posibilidad de incluir condensadores hidrulicos (depsitos de almacenamiento presurizados).c. El clculo de volmenes mnimos de los depsitos de almacenamiento en edificaciones e inmuebles destinados a usos especficos, se har tomando En consideracin las siguientes dotaciones:

Tabla 2.Dotaciones para edificaciones de uso especfico.[footnoteRef:2] [2: NEC2011 CAP16 - NORMA HIDROSANITARIA NHE AGUA]

MTODO EMPRICOTIPO DE MUEBLEUNIDAD DE MUEBLE

1.-LAVABO1

2.-INODORO TANQUE3

3.-TINA DE BAO CON/SIN REGADERA2

4.-REGADERA2

5.-FREGADERO DE COCINA2

6.-LAVADERO3

7.-LAVADORA3

8.-LLAVE DE MANGUERA4

Ilustracin 3. DEMANADA MXIMA PROBABLE EN LA EDIFICACIN[footnoteRef:3] [3: INSTALACIONES HIDRAULICO-SANITARIAS EN EDIFICIOS ING MSC. JOSE LUIS CARRERA]

DIMETRO TOMA (mm)DIMETRO ALI. GENERAL (mm)LONG. TUBERA (m)UNIDADES MUEBLES.

19191525

19193016

19194515

19251540

19253033

19254528

25251550

25253040

25254530

25321596

25323065

25324555

323215150

323230100

32324565

323815250

323880160

323845130

Ilustracin 4.TABLA PAGINA 17 De acuerdo a las caractersticas de la edificacin se tienen las siguientes unidades mueble

TIPO DE MUEBLEVALOR UMUUSO PRIVADO

AGUA FRIAAGUA CALIENTE

UM min (mm)UM min (mm)

2.-INODORO TANQUE3133939

1.-LAVABO1131313

4.-REGADERA2112222

5.-FREGADERO DE COCINA271414

7.-LAVADORA372121

8.-LLAVE DE MANGUERA4312

NUMERO TOTAL DE UM121109

METODOLOGA DE CLCULOPreviamente se deben calcular los caudales para la edificacin y el caudal total que necesitara en s, el proceso de estimacin del caudal referente a la normativa se detalla a continuacin.Para estimar el valor del caudal necesario para las viviendas se utilizarn los mtodos de acuerdo al Nec2011 e INEN Parte 7:1997.MTODO 1.-NEC 2011 (a) El caudal mximo probable (QMP) se calcular con la ecuacin (1), el coeficiente de simultaneidad (kS) se lo determinara con la ecuacin (2).

(1)

(2)Dnde:

n = nmero total de aparatos servidosks = coeficiente de simultaneidad, entre 0.2 y 1.0qi = caudal mnimo de los aparatos suministrados (Tabla 16-1)

F = factor que toma los siguientes valores:F = 0, segn Norma Francesa NFP 41204F = 1, para edificios de oficinas y semejantesF = 2, para edificios habitacionalesF = 3, hoteles, hospitales y semejantesF = 4, edificios acadmicos, cuarteles y semejantes

(b) Cuando se trate de calcular el coeficiente de simultaneidad para varias viviendas, casas, o departamentos semejantes pertenecientes a un mismo predio o complejo habitacional, se puede utilizar las ecuaciones (3) y el caudal mximo probable de estas viviendas con la ecuacin (4). (NEC 2011 CAP 16)

(3)

(4)

Dnde:N = nmero de viviendas, casas y departamentos iguales, del predioKs = simultaneidad para el nmero de aparatos de la vivienda tipoKss = simultaneidad entre viviendas, casas y departamentos igualesQi = caudal instalado por vivienda

Para encontrar el valor de Qi se debe basar en la siguiente tabla:

MTODO2.-CPE INEN 5 PARTE 9.2:1997 NIVELES DE SERVICIOSe utilizarn las siguientes tablas de acuerdo a las caractersticas de nuestro proyecto.

VARIACIONES DE CONSUMO

CAUDAL MEDIO

El caudal medio ser calculado mediante la ecuacin:

Qm = f x (P x D)/86 400(7)

En donde:Qm = Caudal medio (l/s)f = Factor de fugasP = Poblacin al final del perodo de diseoD = Dotacin futura (l/hte-da)CAUDAL MXIMO DIARIO

El caudal mximo diario ser calculado mediante la ecuacin:

QMD = KMD x Qm(8)

En donde:

QMD = Caudal mximo diario (l/s)KMD = Factor de mayoracin mximo diarioEl factor de mayoracin mximo diario (KMD) tiene un valor de 1.25, para todos los niveles de servicio.

CAUDAL MXIMO HORARIO

El caudal mximo horario ser calculado mediante la ecuacin:

QMH = KMH x Qm(9)En dnde;QMH = Caudal mximo horario (l/s)KMH = Factor de mayoracin mximo horarioEl factor de mayoracin mximo horario (KMH) tiene un valor de 3 para todos los niveles de servicio.FUGAS

Fugas. Para el clculo de los diferentes caudales de diseo, se tomar en cuenta por concepto de fugas los porcentajes indicados en la tabla 5.4 del CPE INEN 5 Parte 9.2:1997.

Todos estos clculos se han realizado en una hoja de Excel para mayor facilidad.

APARATOS Y DOTACIN POR APARATOS DE LA EDIFICACINSe han contado los aparatos de cada nivel en los planos arquitectnicos, de acuerdo a esto tenemos los siguientes en cada nivel:PLANTA N -0.54

NIVEL +2.34

NIVEL +5.04

NIVEL +7.74,+10.44

Tenemos un volumen total de: 10,3 lt 0.0103m3CALCULO VOLUMEN MINIMO DEL TANQUE CISTERNA:

Vt (m3)10,3

Vi (m3)12

Vmin Tc (m3)18,86666667

Vmin Tc (m3)18,9

ECUACIONES:

DESARROLLO

DIMENSIONES CISTERNA

DISPOSICION EN HILERA

V (m3)18,9

n1

h (m)1,72

S (m2)10,99

a3,31

b3,31

a asumido3,3

b asumido3,3

Ilustracin 5. ESQUEMA CISTERNAESTIMACIN DE CAUDALES(a) El caudal mximo probable (QMP) se calculara con la ecuacin 1, el coeficiente de simultaneidad (kS) se lo determinara con la ecuacin 2. EC. 1

EC.2

CLCULO DE LA TUBERADe acuerdo al volumen calculado de 10.3 LT/SEG por dotacin de aparatos se procede a calcular el dimetro de las tuberas, mediante la aplicacin de tuberas sencillas.CLCULO DE TUBERIAS SENCILLAS

INGRESO DE DATOS

TTemperatura del Agua15C

Viscosidad Cinemtica1,139E-06m/seg

EMaterial:PVC

Medida Tamao Proyecc. Rugosas0,0015mm

QCaudal10,30lt/seg

0,01030m/seg

LLongitud64m

hfPrdida de Energa3,5m

fFactor de Friccin (Inicial)0,03

PRDIDAS POR ACCESORIOS

AccesorioNo.k (Unit)k (Tot.)

VLVULA ESFRICA (Totalmente Abierta)510,050,0

VLVULA DE NGULO (Totalmente Abierta)05,00,0

VLVULA DE SEGURIDAD (Totalmente Abierta)12,52,5

VLVULA DE COMPUERTA (Totalmente Abierta)00,190,0

CODO DE RETROCESO02,20,0

EMPALME EN T NORMAL41,87,2

CODO A 90 NORMAL90,98,1

CODO A 90 DE RADIO MEDIO00,80,0

CODO A 90 DE RADIO GRANDE00,60,0

Sumatoria k=67,8

DIAMETRO [m]D = 0,0152

Por tanto se toma un valor para la tubera de 22 mm

PRESUPUESTOPuntos de agua por planta:

Los costos unitarios presentados son de acuerdo a los obtenidos de la cmara de la construccin de Quito.

CONCLUSIONES Para el clculo del caudal necesario en el proyecto Cesare se tomaron como gua las Normas NEC 2011 e INEN 1997, de las cuales se han tomado las ecuaciones antes mostradas con las que se obtuvo un resultado bastante aproximado entre ambos mtodos, tomando finalmente una valor de caudal igual a 10.3lt/seg. valor tomado como rango de seguridad en el abastecimiento de agua hacia el proyecto. Analizar varios mtodos de clculo permite optar por la mejor opcin definiendo que en muchos casos las prdidas de energa generadas por los accesorios son considerables e influyen en el dimensionamiento de las tuberas. En muchos casos la red de distribucin de agua se encuentra con la presin necesaria es muy importante aadir al sistema de presurizacin, lo cual se lo puede realizar colocando un tanque de reserva y un equipo hidroneumtico para que pueda dar presin a los diferentes puntos de agua de la edificacin. RECOMENDACIONES Se recomienda usar para el dimensionamiento de tuberas interiores nicamente el mtodo del tercer caso de tuberas sencillas en vista de que es estrictamente analtico y se basa en las leyes fundamentales de la Hidrodinmica y en Investigaciones realizadas en distintos pases del mundo, para distintos tipos de materiales y accesorios. Es importante realizar el dimensionamiento de las tuberas analticamente antes de disearlo en un software, en vista de que estrictamente el programa nos servir para comprobar los resultados obtenidos.BIBLIOGRAFA INSTALACIONES HIDRAULICO SANITARIAS EN EDIFICIOS: ING. MSC, JOSE LUIS CARRERA FALCON Norma Ecuatoriana De La Construccin NEC 2011, Captulo 16, Norma Hidrosanitaria NHE Agua. Ing. Milton Silva, MANUAL DE MECANICA DE FLUIDOS. Ing Guillermo Prez Morales, INSTALACIONES HIDRULICAS Y SANITARIAS EN EDIFICIOS.

ANEXOSANEXO 1: PLANOS ISOMETRICOSANEXO 2: VISTAS EN PLANTA DE TUBERIAS