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• Rolando Barrios Ayzallanqui

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIRIA CARREREA DE INGENIRIA CIVIL

INSTALACION DE AGUA POTABLE 1. GENERALIDADES El agua pura potable, es una de las necesidades vitales más importantes para el hombre. Su necesidad le es más urgente que la de la comida, y además le proporciona comodidad y utilidad al darle los medios necesarios para lavarse, bañarse, cocer los alimentos, y servirle para limpieza general. Al proyectar un edificio el ingeniero asume la labor de prever los necesarios suministros de agua en las cantidades, caudales, presiones y temperaturas adecuadas, con posibilidades de adaptación a eventuales cambios y ampliaciones. El presente proyecto está fundamentado principalmente en el Reglamento de instalaciones Sanitarias, el cual con lleva a una optimización en los parámetros y de mas elementos de diseño de acuerdo a prácticas avanzadas de la ingeniería, de tal manera que constituye una minimización de costos de construcción, calidad de materiales y fundamentalmente una mejora en los servicios con el propósito fundamental de evitar el derroche de agua.

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2. OBJETIVOS DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL 

Calcular y diseñar un sistema de suministro de agua potable para un edificio multifamiliar. OBJETIVOS ESPECIFICOS



Conocer las disposiciones en el Reglamento de Instalaciones Sanitarias, referidas a la instalación de agua potable.



Verificar la altura de presión en el artefacto más desfavorable.



Realizar los cómputos métricos de la instalación de agua potable.

3. JUSTIFICACIÓN ANTECEDENTE Debido a las concentraciones urbanas, la construcción de edificios ha adquirido un gran incremento en las últimas décadas, a la vez que las viviendas se han tenido que adaptar a las necesidades y requerimientos de una sociedad dinámica en la que la cocina y el baño viene a constituirse en ambientes básicos dentro de la limitada actividad que se desarrolla actualmente en el hogar. Como consecuencia de este nuevo enfoque de la vivienda y debido al progreso de la técnica, la concurrencia de nuevos materiales para la construcción y la especialización en el manipuleo de estos materiales, las instalaciones sanitarias domiciliarias se constituyen en una especialización dentro una especialidad como es la Ingeniería Sanitaria, lo cual obliga a adquirir conocimientos particulares dentro del marco del proyecto y construcción de las instalaciones sanitarias. La regulación y el ordenamiento de diseño, y consecuentemente la construcción de sistemas sanitarios domiciliarios están estipulados en el Reglamento Nacional Instalaciones Sanitarias Domiciliarias, elaborado por la dirección Nacional Saneamiento Básico (DINASBA) de la Secretaria Nacional de Asuntos Urbanos, que aprobado según Resolución Secretarial Nº 390 en Septiembre de 1994.

los de de fue

CALIDAD DEL AGUA POTABLE La calidad del agua se expresa mediante la caracterización de los elementos y compuestos presentes, en solución o en suspensión, que desvirtúan la composición original. INSTALACIÓN DE AGUA POTABLE

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La calidad del agua con destino al consumo humano tiene implicaciones importantes sobre los aspectos sociales y económicos que actúan indirectamente sobre el desarrollo de un país. Caracterizar la calidad del agua a través de la definición de los valores máximos aceptables de los parámetros organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos es fundamental para proteger la salud pública.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO 4.1. SISTEMA DOMICILIARIO DE AGUA POTABLE Se denomina sistema domiciliario de agua potable al conjunto de tuberías, accesorios (válvulas, codos, etc., tanques (cisterna, elevado) y equipos (bomba) que permiten abastecer con agua potable al domicilio.

Sistema domiciliario de agua potable

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En un sistema domiciliario de agua potable se pueden mencionar las siguientes partes: TUBERIA MATRIZ Es la tubería pública que esta alojada a la calzada, de la de la cual se hacen las conexiones domiciliarias. De esta tubería se hace cargo la empresa local de agua potable. ACOMETIDA Es la tubería de conexión comprendida entre la tubería matriz o red pública de agua y el medidor MEDIDOR Dispositivo que sirve para medir el volumen de agua que ingresa al domicilio, unidades en [m3]. CÁRCAMO DE BOMBEO Llamado también tanque cisterna, es un dispositivo enterrado, sirve para acumular agua para ser bombeado. BOMBA Es una máquina hidráulica, que aumenta energía al agua. TUBERIA DE IMPULSIÓN Tubería comprendida entre el equipo de bombeo y el tanque elevado TANQUE ELEVADO Es un dispositivo que acumula agua, distribuye a los diferentes artefactos sanitarios. TUBERIA DE DISTRIBUCIÓN Tubería destinada a llevar agua a todas las salidas y artefactos sanitarios de una edificación, comprendiendo alimentadores y ramales.

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4.2. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE SISTEMA DIRECTO Como su nombre lo indica no requiere de ningún tipo de abastecimiento. El agua fría de aparatos, muebles sanitarios se hace en forma directa de la red municipal, sin que se tenga de por medio tanques elevados, cisternas o equipos de bombeo. Para que se pueda emplear un sistema directo se requiere que la red municipal tenga capacidad de presión y se tome en cuenta una presión mínima en la red de a la hora del mayor consumo.

Du.

L. Lp. I. Subramales

Gr. Subramales

Acometida

Medidor

Tubería matriz

Sistema de distribución de Agua Potable Directo

SISTEMA INDIRECTO Cuando se presenta el problema de que la presión de agua en la red municipal no es suficiente para llegar a los accesorios ya sea en el caso de una casa de uno o más niveles, la continuidad y el suministro se ve afectada por lo que la distribución de agua fría se hace a partir de tinacos o tanques elevados que se localizan en las azoteas de forma particular por edificación, o por medio de tinacos o tanques regularizadores construidos en terrenos elevados en forma general por la población.

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Sistema de distribución de Agua Potable Indirecto

SISTEMA MIXTO Este sistema mixto es una combinación del sistema directo y sistema indirecto, es decir que algunos artefactos están conectados directamente a la red pública, y otros están alimentados por el tanque de elevado. Se adopta un sistema combinado cuando la presión que se tiene en la red general para el abastecimiento del agua fría no es la suficiente para que llegue a los tinacos o tanque elevados, por lo tanto, hay necesidad de construir cisternas o instalar tanques de INSTALACIÓN DE AGUA POTABLE

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almacenamiento en la parte baja de las construcciones a partir de ahí , por medio de un sistema auxiliar se eleva el agua hasta los tinacos, para que a partir de estos se realice la distribución de agua fría por gravedad , cuando la distribución del agua fría ya es por gravedad, y para el correcto funcionamiento de los muebles es necesario que el fondo del tinaco o tanque elevado este situado a dos metros del mueble más alto ya que esta diferencia de altura proporciona una presión igual 0.2 Kg/cm 2 que es la mínima requerida para un eficiente funcionamiento de los muebles.

RED DE DISTRIBUCIONN DE AGUA FRIA En la tubería general o de la captación particular parte una tubería de forma que penetra en el edificio y se ramifica en una red, esta consta de tres partes principales, distribuidores, columnas y derivaciones. Los distribuidores son la tubería horizontal que conduce el agua a las columnas que de ellas parten. La columnas llevan el agua a las distintas partes del edificio y de ellas salen a la altura de cada planta otras tuberías que son las derivaciones y que a su vez llevan el agua hasta los grifos de toma, las columnas pueden ser accedentes y descendentes. En el origen de cada una debe situarse una llave de paso. Las derivaciones están formadas por las tuberías que alzan las columnas o distribuidores con los grifos

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4.3. SIMBOLOGÍA Y ABREVIATURAS QUE SE USAN EN PLANOS DE INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE

SIMBOLOGÍA TUBERIA DE AGUA POTABLE T.A.P. TUBERIA DE AGUA CALIENTE T.A.C. UNIÓN UNIVERSAL GRIFO LLAVE DE PASO VÁLVULA DE RETENSIÓN TEE CRUZ CODO 90º TAPÓN MACHO TAPÓN HEMBRA REDUCCIÓN DEL FLUJO (CAMBIO DE DIÁMETRO) MEDIDOR DE AGUA POTABLE UNIÓN FLEXIBLE

ABREVIATURAS Según el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias Domiciliarias, Capitulo I: DISPOSICIONES GENERALES, en el punto 1.3. Presentación y aprobación de Planos, Indica que la vista isométrica se deberá indicar los artefactos servidos, empleando las siguientes abreviaturas: B.

Tina de baño

Bh.

Tina de hidromasaje

I.

Inodoro de tanque bajo

Ia.

Inodoro de tanque alto

If.

Inodoro con válvula semiautomática de limpieza

Ip.

Inodoro con válvula de presión

Bt.

Bidet

Du.

Ducha

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L.

Lavamos

U.

Urinario

Uf.

Urinario con válvula semiautomática de descarga

Lp.

Lavaplatos

Lv.

Lavandería

Lve.

Lavadora eléctrica

Gr.

Grifo

Cal.

Calefón

Bb.

Bebedero

También específica que si existieran artefactos poco usuales, como en el caso de clínicas, hospitales, lavanderías automáticas, hoteles o instalaciones industriales, se deberá especificar las abreviaturas empleadas en cada caso. En los planos en planta se deberá indicar el material y uso de las tuberías, de acuerdo a las siguientes abreviaturas. MATERIALES Ho. Ao.

Hormigón armado

F.F.

Fierro Fundido

F.F.D.

Fierro Fundido Dúctil

F.G.

Fierro Galvanizado

Cu.

Cobre

Br.

Bronce

P.V.C.

Policloruro de vinilo rígido

USOS T.A.P.

Tubería de agua potable

T.A.C.

Tubería de agua caliente

Po.A.P.

Pozo de agua potable

En caso de existir materiales poco usuales, se especificará las abreviaturas empleadas en cada caso. INSTALACIÓN DE AGUA POTABLE

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4.4. CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDRÁULICA Presiones y velocidades Presión El agua ejerce un empuje sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Presión atmosférica. Medida a nivel del mar. Para una deterinada sección transversal, en cualquier punto de ella la presión es la misma, pero no la velocidad. Unidades 1 atm = 1 kgf/cm² ≃ 10 mca = 100 kPa 1 atm = 1033 g/cm² ≃ 10 mca = 100 kPa 1 bar = 0'987 atm = 10^5 Pa = 100 kPa atm: atmósfera; mca: metro columna de agua; kPa: kilopascal; kgf: kilogramo fuerza Altura o carga piezométrica, cinética y geométrica En un tubo por el que circula agua a presión, colocamos en las paredes tubos piezométricos. La altura a la que el agua se elevará en cada tubo piezométrico dependerá de la presión en este. γ = (peso específico del agua) = 1000 kg/m2 P = (presión) ρ = (densidad)

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P = F/S = V*γ/S = h*γ

F = m*ρ ; ρ = m/V m = V*ρ F = V*ρ*g = V*γ V = S*h γ = ρ*g

Altura cinética: altura que ha de recorrer un cuerpo que se deja caer en el vacío, con una altura inicial nula, para alcanzar la velocidad v. z: altura del grifo más desfavorable TEOREMA DE BERNOUILLI Líquidos perfectos H = V2/2q + P/γ + z = cte. Líquidos reales Los líquidos no son perfectos, siendo viscosos en mayor o menor grado. Desarrollan esfuerzos tangenciales que influyen notablemente en el movimiento. En este caso H no es constante, sino que una parte se emplea en vencer las resistencias que se oponen al movimiento. La altura de carga (H) utilizada en vencer esas resistencias se de nomina pérdida de carga en la instalación.

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Si la pérdida de carga en el punto más desfavorable de la instalación es mayor a la presión, el agua no llega.

Trazamos una línea paralela a la línea piezométrica de nuestra instalación hasta encontrar su intersección con la línea superior de referencia. Ha = Hb V(a)²/2q + P(a)/γ + z(a) = V(b)²/2q + P(b)/γ + z(b) + Σλ P(a)/γ + z(a) = P(b)/γ + z(b) + Σλ H = P/γ + z + Σλ Teorema de Bernouilli Las velocidades se desprecian porque son muy parecidas al estar muy próximos los tubos piezométricos. 

Pérdidas de carga

zh: depende de dos factores 1. Por longitud de la tubería: j*l o

j: coeficiente de rozamiento de la tubería (lo proporciona el fabricante)

o

l: longitud de la tubería

2. Por accesorios de la tubería: λ o

Puede venir dado en longitud equivalente. Esto es, la longitud de tubería que haría falta para producir la pérdida de carga que da el accesorio. Su valor nos lo proporciona el fabricante en tablas: en función del tipo de accesorio y de su diámetro, nos da un vlor en m, que multiplicamos por j para obtener la pérdida de carga del accesorio.

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4.5. CONSUMOS

EL CONSUMO MÁXIMO DIARIO (Qmd) Es la cantidad de agua que se emplea en 24 hrs. y en el día de mayor consumo en el año. EL CONSUMO MÁXIMO POSIBLE Es el consumo instantáneo que se presenta cuando todos los artefactos sanitarios están funcionando simultáneamente. EL CONSUMO MÁXIMO PROBABLE

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Es el consumo instantáneo que se presenta cuando no todos los artefactos sanitarios trabajan simultáneamente. Este consumo probable es el que se emplea para el cálculo de la red interna de distribución de agua potable. DOTACIÓN Es la cantidad de agua que requiere una persona en un día para satisfacer sus necesidades de alimentación, aseo, lavados. Además de las dotaciones de agua estipuladas en el reglamento también se pueden asumir los siguientes parámetros

Casas populares y rurales Casas residenciales =< 90 m2 de área Residenciales y departamentos < 9 m2

100 [lt/hab-día] 150 [lt/hab-día] 200 [lt/hab-día]

Según la OMS la dotación debería ser 140 [lt/hab-día]

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4.6. NORMAS DE DISEÑO Existen las siguientes recomendaciones:

DIÁMETRO MÍNIMO No debe emplearse tuberías con diámetro menores a ½”

ALTURA DE PRESIÓN MÍNIMA No debe ser menor a 2 [m.c.a.]

ALTURA DE PRESIÓN MÁXIMA No debe ser mayor a 40 [m.c.a.]. accesorios, como ser los grifos.

Alturas de presión mayores provocan daños en los

VELOCIDAD MÍNIMA El agua en su movimiento no debe tener una velocidad menor a 0.6 [m/s]. A menor velocidad no conduce los sedimentos del agua, que pueden obturar en un futuro las mismas. VELOCIDAD MÁXIMA No de ser mayor a: vmáx  14  D

D = diámetro de la tubería en [m]

Si se excede de esta velocidad se producen ruidos molestos y daños en los accesorios. TENDIDO DE TUBERÍAS La tuberías enterradas debe garantizar un recubrimiento mínimo de 30 [cm] sobre la generatriz superior.

30 [cm]

Tubería

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4.7. DETERMINACIÓN DE CAUDALES EN LAS TUBERÍAS Existen varios métodos: a) Coeficientes de simultaneidad b) Unidades de Gasto ó método de Hunter c) Pesos a) Coeficientes de simultaneidad.- Permite encontrar el caudal probable en cada tubería, asignando caudales unitarios a cada artefacto sanitario y adoptando un coeficiente de reducción k. k

1 x 1

Donde: x es el número de artefactos Si

x 1



k 1

El caudal probable es:

QPROBABLE  k  QPOSIBLE Los caudales asignados a cada artefacto sanitario son:

ARTEFACTO Bidet Ducha Lavamanos Lavaplatos Lavarropa Inodoro

Q posible [lt/seg] 0,10 0,20 0,20 0,25 0,30 0,15

b) Unidades de Gasto “UG” ó Método de Hunter.- Este es el método que debe ser empleado obligatoriamente para todo proyecto de agua potable domiciliario en nuestro país. Y consiste en asignar unidades de gasto a cada artefacto sanitario y a partir de una expresión matemática determinar los caudales probables en cada tubería.

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UNIDADES DE GASTO PARA EL CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS DE DISTRIBUCÓN DOMICILIARIA (ARTEFACTOS DE USO PRIVADO)

ARTEFACTO SANITARIO 1. CUARTO DE BAÑO

TIPO DE CONTROL DE SUMINISTRO

TOTAL

UNIDADES DE GASTO AGUA FRÍA AGUA CALIENTE

Inodoro Inodoro Inodoro

Tanque de lavado Bajo consumo Válvula de lavado

3 2 6

Urinario Urinario

Tanque de lavado Válvula de lavado

3 5

Bidét

Llave o grifo

1

0,75

0,75

Lavatorio Tina o bañera Ducha o regadera Ducha o regadera

Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo Llave o bajo consumo

1 2 2 1,5

0,75 1,50 1,50 1,00

0,75 1,50 1,50 1,00

Baño completo Baño completo Baño completo

Tanque de lavado Tanque bajo consumo Válvulo de lavado

5 4 8

4,50 3,50 8,00

2,25 2,25 2,25

Medio (visita) Medio (visita) Medio (visita)

Tanque de lavado Tanque bajo consumo Válvula de lavado

3 2 6

3,00 2,00 6,00

0,75 0,75 0,75

Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo

3 3 3

2,00 2,00 2,00

2,00 2,00 2,00

Llave o grifo Llave o grifo

3 4

2,00 3,00

2,00 2,00

2. COCINA Lavadero Lavaplatos Lavadero repostero

3. LAVANDERÍA Lavadero ropa Lavadora eléctrica

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzca agua fría solamente, o agua fría más el gasto de agua a ser calentada se usarán las cifras indicadas en la primera columna. Para calcular diámetros de tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un pieza sanitaria que requiere de ambas, se usarán las cifras indicadas en la segunda y tercera columna. INSTALACIÓN DE AGUA POTABLE

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UNIDADES DE GASTOS PARA EL CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN LOS EDIFICIOS (ARTEFACTOS DE USO PÚBLICO)

ARTEFACTO SANITARIO

TIPO DE CONTROL DE SUMINISTRO

TOTAL

UNIDADES DE GASTO AGUA FRÍA AGUA CALIENTE

Inodoro Inodoro Inodoro

Tanque de lavado Bajo consumo Válvula de lavado

5 3 8

5,00 3,00 8,00

Urinario de pared Urinario de pared Urinario pedestal Lavatorio corriente Lavatorio múltiple Tina o bañera Lavadero de ropa Ducha o regadera

Tanque de lavado Válvula de lavado 3/4" Válvula de lavado 1" Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo

3 5 7 2 2* 4 8 4

3,00 5,00 7,00 1,50 1,50 3,00 4,50 3,00

Máquina de lavar Bebedero Bebedero múltiple

3,00 1,00 1,00

3,00

Llave o grifo Llave o grifo

6 1 1*

Fregadero oficina Botadero Fregadero restaurant

Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo

3 3 4

3,00 3,00 3,00

2,00

1,50 1,50 3,00 4,50 3,00

3,00

NOTA 1: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el caudal a ser calentada (en un calefón u otro calentador individual) se usarán las cifras indicadas en la primera columna. Para calcular diámetros de tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un artefacto que requiera de ambas (sistema con calefacción central y recirculación), se usarán las cifras indicadas en la segunda y tercera columna.

NOTA 2: Se consideran artefactos de uso privado aquellos cuyo uso está destinado a un número reducido y determinado de personas.

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Los caudales probables se obtienen a partir de UG

ARTEFACTO

INTERVALO

EXPRESIÓN

0  UG  100

Q  0.083373  0.022533  UG  8.13  10 5  UG2

100  UG  500 500  UG  1000

Q  0.814228  0.007263  UG  5.55  10 7  UG2 Q  1.501666  0.005683  UG

0  UG  100

Q  0.212260  0.026369  UG  1.04  104  UG2

VÁLVULA

100  UG  500 500  UG  1000

Q  1.523285  0.008663  UG  4.11 106  UG2 Q  2.546867  0.004663  UG

TANQUE Y VÁLVULA

1000  UG  4000

Q  3.194621 0.001013  UG  2.66  108  UG2

TANQUE

4.8. DETERMINACIÓN DE DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS

Existen los métodos siguientes: a) A partir de la tabla de predimensionamiento b) Con la asignación de velocidades

a) Tabla de predimensionamiento.- Este método considera la velocidad máxima.

vmáx  14  D Donde, la velocidad ‘v’ esta [m/seg] y el diámetro ‘D’ en [m] Entonces el caudal máximo es:

Qmáx  A  v máx Qmáx 

  D2 4

 v máx

A partir de estos parámetros se puede tabular los resultados en la tabla siguiente:

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TABLA DE PREDIMENSIONAMIENTO DIÁMETRO [pulg] [mm] 1/2 13 3/4 19 1 25 1 1/2 38 2 50

v máx [m/seg] 1,60 1,93 2,21 2,73 3,13

Q máx [lt/seg] 0,21 0,55 1,09 3,10 6,15

b) Asignación de velocidades.-

Q  Av

Ecuación de continuidad

Q v 2  D Q  4 v A

D

Donde:

Q [m3/s],

4Q  v

v[m/s],

D[m]

Se adopta la velocidad para cada tubería, es usual asignar la velocidad a 1 [m/s].

4.9. CÁLCULO DE ACOMETIDAS Es el tramo de tubería entre la red pública y el medidor: Su dimensionamiento se realiza a partir del consumo máximo diario considerando el tiempo de abastecimiento de acuerdo al tipo de distribución debiendo ser mayor a 6 [hr].

Tiempo de alimentación de volumen total t

Q

Vt t

Una vez determinado el caudal máximo, se designa un diámetro utilizando la tabla de pre dimensionamiento.

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4.10. MEDIDORES Llamados también hidrómetros. Se emplea para medir el volumen que ingresa a una vivienda y su unidad, de volumen es [m3].

CAPACIDAD [m3] 3 5 7 10

DIÁMETRO RANGODE CONSUMO TIEMPO DE USO Nº DE VIVIENDAS [pulg] [m3/mes] [años] 1/2 0 - 150