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• Guillermo Berrios

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INSTALACIONES HIDRAULICAS EN EDIFICIOS

Ing. Joaquin Serrano Choto

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UNIDAD Nº IV I- SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA “Es el que suministra, alimenta y distribuye el agua potable a los diferentes sitios de uso dentro de la edificación”. Los sistemas de abastecimiento son variables y dependen de los siguientes factores:  Presión en la red publica de agua o fuente de abastecimiento.  Usos del edificio  Tipos de aparatos sanitarios a ser conectados  Forma y altura del los edificios Los sistemas de abastecimiento de agua para edificios se pueden clasificar en: 1) Directos 2) Indirectos 3) Mixto o combinados 1) SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DIRECTO “Es aquel en que la red pública tiene las condiciones necesarias (caudal y presión) para bastecer directamente todas las instalaciones internas”. Para que se pueda utilizar un sistema de alimentación directa, se requiere que los accesorios, aparatos o muebles sanitarios se encuentren en promedio a poca altura y que la red municipal tenga la presión suficiente (0.2 kgf/cm2) para que el agua llegue a los puntos de mayor elevación, considerando todas las pérdidas en el sistema. VENTAJAS  Menor peligro de contaminación del abastecimiento interno  Sistema mas económico  Posibilidad de medición de los caudales de consumo con mas exactitud DESVENTAJAS  No existe almacenamiento de agua en caso de paralización de suministro  Generalmente para abastecer solo edificios de poca altura (2 a 3 plantas)  Necesidad de grandes diámetros de tubería  Posibilidad de que las variaciones horarias de caudal afecten el abastecimiento en los puntos de mayor elevación.

Red publica Figura N° IV-1

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2) SISTEMA DE ABASTECIMIENTO INDIRECTO “Es aquel en que la red pública no tiene capacidad suficiente (Caudal o presión) para dar el servicio, siendo necesario colocar reservorios domiciliares (Cisternas o Tanques elevados) y de estos abastecer por bombeo o gravedad al sistema”. VENTAJAS  Existe reserva de agua en el caso de interrupción del servicio  Presión constante y adecuada en cualquier punto de la red interior  Elimina el sifonaje, por la separación de la red interna de la externa debida a la ubicación de reservorios domiciliarios DESVENTAJAS  Mayor probabilidad de contaminación del agua dentro del edificio  Generalmente para abastecer solo edificios de poca altura (2 a 3 plantas)  Requiere de equipos de bombeo  Mayor costo de construcción y mantenimiento. En este tipo de sistemas se pueden presentar los siguientes casos: 2.1) 2.2) 2.3)

Tanque elevado con alimentación directa y distribución por gravedad Cisterna, equipo de bombeo y tanque elevado para distribución por gravedad Cisterna y equipo de bombeo para distribución por presión

2.1) TANQUE ELEVADO CON ALIMENTACION DIRECTA Y DISTRIBUCION POR GRAVEDAD “Es aquel en que durante algunas horas del día o de la noche, la red cuenta con presión suficiente para llenar el depósito elevado del cual se abastece la red interior por gravedad”. La ventaja de este sistema es que no requiere sistema de bombeo ya que la acometida se conecta directamente al tanque alto. La desventaja es que el tanque elevado no alcance a llenarse por las variaciones de presión en la red publica o que la demanda de caudal sea mayor que la estimada y que el tanque se vacíe antes del tiempo estimado. Tanque Elevado

Red publica Figura N° IV-2

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2.2) CISTERNA, EQUIPO DE BOMBEO Y TANQUE ELEVADO PARA DISTRIBUCION POR GRAVEDAD “Es aquel en que el agua ingresa de la red publica a la cisterna, desde la cual se bombea el agua al tanque elevado que abastece la red interior por gravedad”. Tanque Elevado

Red publica Cisterna Figura N° IV-3 2.3) CISTERNA Y EQUIPO DE BOMBEO PARA DISTRIBUCIÓN POR PRESIÓN “Es aquel en que el agua ingresa de la red pública a la cisterna, desde la cual se bombea el agua para abastecer por presión la red interior”. Es muy utilizado en edificios multifamiliares, centros comerciales, oficinas e industrias. VENTAJAS  Fácil instalación  Presión constante y adecuada en todos los puntos de consumo  Sistema económico, ya que las tuberías son de menor longitud y diámetro DESVENTAJAS  

Depende de la energía eléctrica El servicio esta en función de la capacidad de la cisterna.

Red publica

Cisterna Figura N° IV-4

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3) SISTEMA DE ABASTECIMIENTO MIXTO O COMBINADO “Es aquel en que las presiones en la red pública solo permiten alimentar en forma directa los niveles inferiores, siendo necesario abastecer los niveles superiores en forma indirecta”. Este sistema tiene la ventaja de que se requieren capacidades menores en la cisterna y el tanque elevado, lo mismo que sistemas de bombeo de menor potencia. Tanque Elevado

VOLUMEN CISTERNA: 60% a 70% del consumo diario TANQUE ELEVADO: 30% a 40% del consumo diario

Red publica Cisterna

Figura N° IV-5

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II- DOTACION DE AGUA EN EDIFICIOS La dotación de agua es de suma importancia en las instalaciones hidráulicas de edificios, ya que permite determinar si la fuente de abastecimiento tiene capacidad suficiente o en caso contrario determinar los volúmenes de los tanques de almacenamiento (Cisternas y tanques elevados) de acuerdo con el sistema de distribución adoptado. Como en cualquier sistema de abastecimiento de agua las dotaciones para edificios es variable y depende de los siguientes factores:  Uso del edificio  Ubicación  Área  Sistema de distribución Utilizado  Uso de medidores  Necesidades profesionales Las unidades de la dotación dependerán del uso de la edificación, ejemplo: Edificios residenciales: Lts/persona/día Hoteles: Lts/dormitorio Como referencia se detallan a continuación las dotaciones de agua especificadas en el “Reglamento Nacional De Construcciones De Lima-Perú” (NORMAS PERUANAS) Capitulo X-III-3. 1) Las dotaciones de agua para residencias 2) Los edificios multifamiliares deben tener una unifamiliares se calcularan de acuerdo con dotación de acuerdo al numero de dormitorios de cada el área del lote, de acuerdo con la departamento de acuerdo a la siguiente tabla: siguiente tabla: TABLA IV-2 TABLA IV-1 DORMITORIOS DOTACION DIARIA AREA DEL LOTE (m2)

DOTACION (Lts/día)

Hasta 200

1500

201 – 300 301 – 400

1700 1900

401 – 500

2100

501 – 600

2200

601 – 700 701 – 800 801 – 900 901 – 1000 1001 – 1200 1201 – 1400 1401 – 1700 1701 – 2000 2001 – 2500 2501 – 3000 Mayor a 3000

2300 2400 2500 2600 2800 3000 3400 3800 4500 5000 5000 mas 100 Lts/dia por cada 100 m2 adicional

Los valores dados incluyen consumo domestico y riego de jardines.

POR DEPTO.

(Lts/departamento)

1 2 3 4 5

500 850 1200 1350 1500

3) Las dotaciones de agua para hoteles, moteles, pensiones y hospedajes se calcularan así: TABLA IV-3 ESTABLECIMIENTO

DOTACION DIARIA

Hoteles y Moteles

500 Lts/dormitorio

Pensiones Hospedajes

350 Lts/dormitorio 25 Lts/m2 de área destinada a dormitorio

Las dotaciones para riego y otro tipo de servicios prestados por los establecimientos (Restaurante, lavandería, etc.) se calcularan por separado.

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4) Las dotaciones de agua para restaurantes se determinara en función del área de los locales. TABLA IV-4 2

AREA (m )

DOTACION DIARIA

Hasta 40 41 – 100 Mas de 100

2000 Litros 50 Lts/m2 40 Lts/m2

TABLA IV-8 PISCINAS DE FLUJO CONSTANTE CLASE Publicas

DOTACION DIARIA 125 Lts/hora por m3

Semi - públicas (Club, 83 Lts/hora por m3 hotel, colegio, etc.) Privadas o Residenciales 42 Lts/hora por m3

Las dotaciones requeridas para los aparatos A los restaurantes que elaboren alimentos para ser consumidos fuera del local, se les calculara una dotación sanitarios en los vestuarios y cuartos de aseo anexos a la piscina serán de 30 litros por m2 de complementaria de 8 litros por plato preparado. proyección horizontal de la piscina. 5) La dotación para edificios educacionales y residencias estudiantiles se determinara de acuerdo a la siguiente tabla: TABLA IV-5 PERMANENCIA

DOTACION DIARIA

Alumno Externo Alumno Interno Alumno Cuarto-Interno Personal Residente Personal no Residente

40 Lts/persona 200 Lts/persona 70 Lts/persona 200 Lts/persona 50 Lts/persona

6) Las dotaciones para edificios de espectáculos o centros de reunión se calculara de acuerdo con la siguiente tabla: TABLA IV-6 ESTABLECIMIENTO

DOTACION DIARIA

Cine, Teatro y Auditorio

3 Lts/por asiento 30 Lts/por m2 de área de Cabaret y Casino uso, publico Estadio, autódromo y similares 1 Lts/por espectador 1 Lts/por espectador mas Circos, hipódromo, y parques la dotación requerida para mantenimiento de animales

8) La dotación de agua para oficinas será de 6 Lts/día por m2 de área útil del local. 9) Las dotaciones de agua para depósitos de materiales y artículos manufacturados, será de 0.50 Lts/día por m2 de área útil del edificio y por cada turno de trabajo de 8 horas o fracción. Cuando la dotación de agua calculada sea menor de 500 Lts/día debe asignase esa cantidad como mínimo. La dotación para oficinas se calculara por separado. 10) La dotación para locales comerciales dedicados a venta de mercancías secas, bodegas, carnicerías, pescaderías supermercados, y similares será de 20 Lts/día por m2 de área del local, considerando una dotación mínima de 400 Lts/día. 11) La dotación de agua para mercados será de 20 Lts/día por m2 de área de local.

12) El agua para consumo industrial debe Las dotaciones para riego, aire, acondicionado y otros determinarse de acuerdo a la naturaleza de la usos se calculara por separado industria y su proceso de manufactura. En locales industriales la dotación para consumo 7) Las dotaciones de agua para piscinas se calcularan de humano en cualquier tipo de industria será de acuerdo a las siguientes condiciones: 80 Lts por trabajador, o empleado por cada turno TABLA IV-7 de 8 horas o fracción. PISCINAS DE RECIRCULACION

TIPO

DOTACION DIARIA

Con Recirculación de 10 Lts/día por m2 de las aguas de rebose proyección horizontal Sin Recirculación de 25 Lts/día por m2 de las aguas de rebose proyección horizontal

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13) La dotación de agua para plantas de producción e industrialización de leche y sus anexos se calculara de acuerdo con los siguientes actividades: TABLA IV-9 DEPARTAMENTO

DOTACION DIARIA

Estacionamiento de 1500 Lts por cada 1000 Lts recibo y enfriamiento de leche recibida por día 1500 Lts por cada 1000 Planta de pasteurización Lts de leche a pasteurizar por día Fabrica de mantequilla, 1500 Lts por cada 1000 Lts queso o leche en polvo. de leche a procesar por día

14) Las dotaciones para estaciones de servicio de bombas de gasolina, garajes, y patios de estacionamiento de vehículos se calculara de acuerdo a la siguiente tabla: TABLA IV-10 ACTIVIDAD

DOTACION DIARIA

Lavado Automático

12800 Lts/día por unidad de lavado

Lavado no Automático

800 Lts/día por unidad de lavado

Bombas de gasolina 300 Lts/día por bomba Garajes y patios de estacionamiento con área 2 Lts/día por m2 de área cubierta Oficina y venta de 6 Lts/día por m2 de área repuestos útil.

16) La dotación de agua para mataderos públicos o privados se detallan en la siguiente tabla: TABLA IV-12 CLASE DE ANIMAL

DOTACION DIARIA

Bovinos

500 Lts/animal

Porcinos

300 Lts/animal

Ovinos y caprinos

250 Lts/animal 16 Lts por cada Kg. en vivo

Aves en general

17) Las dotaciones de agua para bares, fuentes de soda, cafeterías y similares se calcularan de acuerdo a la siguiente tabla: TABLA IV-13 AREA DE LOCAL (m2)

DOTACION DIARIA

Hasta 30

1500 litros

31 – 60 61 – 100 Mayor De 100

60 Lts/m2 50 Lts/m2 40 Lts/m2

18) La dotación de agua para edificios hospitalarios se calcularan de acuerdo a la siguiente tabla: TABLA IV-14 CLASE

DOTACION DIARIA

Hospitales y clínicas 600 Lts/día por cama de hospitalización Consultorios médicos 500 Lts/día por consultorio Clínicas dentales

1000 Lts/día por unidad dental

15) La dotación de agua para edificios utilizados para 19) La dotación de agua para lavanderías y similares alojamiento de animales (Establos, porquerizas, se calcularan de acuerdo a la siguiente tabla: granjas y similares) se detallan en la siguiente tabla: TABLA IV-15 TABLA IV-11 CLASE DE ANIMAL

DOTACION DIARIA

Ganado lechero

120 Lts/hora por animal

Bovinos

40 Lts/hora por animal

Ovinos Equinos

10 Lts/hora por animal 40 Lts/hora por animal

Pollos y gallinas, pavos Patos y gansos

20 Lts/hora por cada 100 aves

CLASE

Lavandería

DOTACION DIARIA

40 Lts/día por Kg. de ropa

Tintorerías, lavanderías 30 Lts/día por Kg. de ropa en seco y similares

20) La dotación de agua para áreas verdes será de 2 Lts/día por m2.

EJEMPLOS

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III- DISEÑO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION DE LA RED PÚBLICA A LA CISTERNA El diseño de la tubería se hace considerando que la cisterna se llena en horas de menor consumo en las que se obtiene la presión máxima y que corresponde a un periodo de 4 horas aproximadamente: (12 de la noche a 4 de la mañana). Para el diseño de la tubería se necesitan la siguiente información: 1) Presión del agua en la red publica, en el punto de conexión. 2) Altura estática entre la tubería de la red de distribución pública y el punto de entrega en el edificio. 3) Las pérdidas por fricción y accesorios en la línea de alimentación, desde la red publica hasta el medidor. 4) La pérdida de carga en el medidor, la que es recomendable que sea menor del 50 % de la carga disponible. 5) La perdida de carga en la línea de servicio interno hasta la cisterna. 6) Volumen de la cisterna. 7) Considerar una presión mínima de salida del agua en la cisterna igual a 2.00 m. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO Teniendo En cuenta la información anterior y los datos de presión en la red publica proporcionados por la empresa administradora del servicio de agua potable, el problema consiste en calcular el caudal de entrada y la carga disponible, seleccionado luego el medidor, considerando que la máxima perdida de carga que debe consumir el medidor debe ser el 50 % de la carga disponible. Obtenida la verdadera carga del medidor se obtendrá la nueva carga disponible, procediendo luego por medio de tanteos a seleccionar el diámetro más conveniente.

EJEMPLO

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PERDIDAS EN MEDIDORES

Figura N° IV-6

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PERDIDAS POR ACCESORIOS Longitudes Equivalentes expresadas en metros de tubería rectilínea

Figura N° IV-7

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Figura N° IV-8

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IV- DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO El abastecimiento de agua de un edificio o residencia se puede diseñar con conexión directa a la red pública, en cuyo caso no requiere de depósitos de almacenamiento, pero para esto se deben cumplir dos condiciones: 1) Que en el punto de conexión a la red exista presión suficiente para que el agua pueda llegar al aparato más desfavorable con la presión mínima de 5 lbs/pulg2. 2) Que la institución encargada de la red de abastecimiento pueda proporcionar la conexión domiciliar del diámetro requerido para la instalación. Cuando no se cumple alguna de las condiciones anteriores, se hace necesario diseñar sistemas de abastecimiento indirectos en los cuales se requieren depósitos de almacenamiento de agua, que pueden ser cisterna, tanque elevado o una combinación de ambos. A - CAPACIDAD REQUERIDA Existen dos métodos para determinar la capacidad de almacenamiento requerida: 1) Por medio de una curva de demanda (Método Grafico). 2) Por medio de la dotación. El primer método no es muy práctico, debido a que la curva de demanda solo se puede determinar en edificios construidos, por lo que solo se aplica para evaluación con el fin de realizar correcciones en las dotaciones. De acuerdo a investigaciones realizadas, cuando se utiliza un solo depósito de almacenamiento (Cisterna o Tanque elevado) se considera adecuado un volumen mínimo de almacenamiento igual al 100 % de la dotación diaria sin incluir reserva para incendio, aunque se recomienda un volumen igual al 125 % de la dotación. Cuando se utilice sistema combinado (Cisterna y Tanque elevado) su capacidad debe ser: 2 Cisterna = Dotación 3 1 Tanque elevado = Dotación 3 El reglamento de construcciones de Perú indica lo siguiente: 1) Cuando solo exista cisterna o tanque elevado su capacidad debe ser por lo menos igual a la dotación diaria requerida, con un mínimo absoluto de 1000 litros. 2) Cuando se utilice una combinación de cisterna, bomba y tanque elevado, la capacidad de la cisterna no será 1 menor que ¾ partes del consumo diario y la del tanque elevado no debe ser menor de de la dotación, cada 3 uno de ellos con un mínimo absoluto de 1000 litros. Esta recomendación hace que el almacenamiento de la cisterna y el tanque elevado sea aproximadamente igual a 108.33 % de la dotación diaria.

EJEMPLO

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B - DIMENSIONAMIENTO Para el dimensionamiento de los depósitos de almacenamiento se deben considerar los siguientes factores: 1) capacidad requerida. 2) Espacio disponible 3) La distancia vertical entre el techo del depósito y el eje de la tubería de entrada del agua no debe ser menor a 20 cm. 4) La distancia vertical entre el techo del depósito y la superficie libre del agua debe ser entre 30 y 40 cm. 5) La distancia vertical entre los ejes de la tuberías de rebose y de entrada de agua no debe ser menor a 15 cm. 6) La distancia vertical entre el eje de la tubería de rebose y el máximo nivel de agua, nunca debe ser menor a 10 cm. La forma de los tanques almacenamiento puede ser circular o rectangular, con la condición que la altura de agua no deberá ser menor de 80 cm. El dimensionamiento depende mucho de los planos arquitectónicos del edificio. C - UBICACIÓN La ubicación de los depósitos de almacenamiento depende de las facilidades que proporcione el diseñador de los planos arquitectónicos. Es importante garantizar el fácil acceso al sistema en cualquier momento A continuación se indican algunas áreas recomendadas para su ubicación: CISTERNAS En el patio de servicio, alejada en lo posible de dormitorios u oficinas de trabajo. En la caja de la escalera, lo que permite ubicar el equipo de bombeo bajo la escalera Jardines Cocheras Cuartos especiales TANQUE ELEVADO Sobre la caja de escaleras Por razones estéticas lo mas alejado del frente del edificio De ser posible en la parte central de los servicios por atender Debe ubicarse a una altura adecuada sobre el nivel de la azotea, con el fin de garantizar una presión de 3.50 m (5 lbf/pulg2) en el aparato mas desfavorable. D – ASPECTOS CONSTRUCTIVOS Los depósitos de almacenamiento deben construirse preferentemente de concreto reforzado, se permite el uso de ladrillos de barro cocido revestidos con mortero de cemento en las paredes, siempre que la altura de agua no sea mayor de 1 m. No se recomendable la construcción de tanques con paredes echas con bloque de concreto o arcilla. El paso de tuberías a través de paredes o el fondo de los depósitos debe hacerse previamente al colado de los mismos mediante tuberías con extremo roscado que sobresalgan 10 cm de cada lado y que lleven soldado en la mitad de su largo con soldadura corrida una lamina metálica cuadrada de no menos de 1/8 de espesor y cuyo lado tenga como mínimo 10 cm mas que el diámetro del tubo.

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E – ASPECTOS SANITARIOS Existen algunas recomendaciones que deben tenerse en cuenta en el diseño y construcción de depósitos de almacenamiento con el fin de garantizar un servicio higiénico de los mismos, es de señalar que omitir alguna de estas recomendaciones a producido muchas veces epidemias de enfermedades de origen hídrico. Estas recomendaciones son: 1) TAPADERA La tapadera de la cisterna o tanque elevado de tener la forma indicada en la figura, para evitar que las aguas de limpieza de pisos o agua lluvia penetre en los depósitos. Cuando no se pueda hacer este tipo de tapadera debe hacerse un diseño que impida el ingreso de agua exterior para lo cual se elevaran los bordes sobre el nivel de la losa.

2) TUBERIA DE VENTILACION Es la tubería que permite la salida de aire caliente, y la expulsión o admisión de aire al tanque cuando entra o sale agua. Se construye en forma de “U” invertida con uno de sus lados mas largo que el otro, para atravesar la losa del tanque. El extremo que da al exterior debe protegerse con malle de alambre para evitar la entrad de insectos o animales pequeños. 2) TUBERIA DE REBOSE CISTERNA La tubería de rebose de las cisternas debe conectarse directamente al sistema de desagüe del edificio, es decir con descarga libre y protegida con malla de alambre para evitar que insectos o malos olores ingresen a la cisterna. TANQUE ELEVADO La tubería de rebose de tanque elevado debe conectarse a la bajante mas cercana mediante un interruptor de aire de 5 cm de altura como mínimo, para lo cual el tubo de rebose del tanque elevado se corta y a 5 cm se coloca un embudo de recepción del agua de rebose DIAMETROS DE LA TUBERIA DE REBOSE Los diámetros de la tubería de rebose deben estar de acuerdo con la siguiente tabla: TABLA IV-16 VOLUMEN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (litros)

DIAMETRO

Hasta 5,000 5,001 a 6,000

2

6001 a 12000 12,001 a 20,000 20,001 a 30,000 Mayor a 30,000

(pulgadas)

2

½

3 3

½

4 4

½

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VOLUMEN DE AGUA PARA INCENDIO Todo edificio de más de cuatro pisos de altura debe contar con un sistema de extinción para incendios, por lo que debe tener un almacenamiento de agua dedicado para esta actividad. Las alternativas de diseño indican que el volumen de agua para incendio puede estar en la cisterna o en el tanque elevado. De acuerdo al reglamento de construcción de Perú (Normas Peruanas), el volumen de agua para incendio depende también de la longitud de la manguera que se instalara en el gabinete de cada piso. TABLA IV-17 LARGO DE DIAMETRO DE DIAMETRO DE MANGUERA MANGUERA BOQUILLA (pulgadas) (pulgadas)

Menos de 20 m Entre 20 y 45 m

1½ 2

1 2 3 4

CAUDAL (Lts/seg)

3 4

El reglamento también recomienda que el volumen para incendio deberá garantizar el funcionamiento simultáneo de 2 mangueras durante media hora. De acuerdo al reglamento si se toma una longitud de manguera u otra, el almacenamiento será: 2 mangueras x 3 Lts/seg x 30 min x 60 seg = 10,800 litros = 10.80 m 3 2 mangueras x 4 Lts/seg x 30 min x 60 seg = 14,400 litros = 14.40 m 3 El volumen de agua para incendio debe ubicarse en la parte baja de la cisterna o tanque elevado según lo disponga el método utilizado en el diseño.

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Figura N° IV-9

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Figura N° IV-10

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Figura N° IV-11

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V- DISEÑO DE REDES INTERIORES DE DISTRIBUCION DE AGUA La red de distribución de agua de un edificio se debe diseñar para que todos los aparatos sanitarios funcionen eficientemente. 1) INFORMACION PRELIMINAR PRESION Se debe determinar la presión mínima disponible en el punto de conexión del edificio a la red de abastecimiento público en la zona de construcción, si es posible especificar la hora en que se presenta esta presión, lo cual permite definir el tipo de abastecimiento ya sea directo o indirecto. CAUDAL Debe conocerse el caudal de agua disponible en el punto de conexión para determinar si es suficiente para satisfacer la demanda del edificio, de lo contrario deben diseñarse depósitos de almacenamiento. 2) METODO DE CÁLCULO El método utilizado para diseñar las redes de distribución interior de agua en los edificios es el propuesto por el Dr. Roy B. Hunter, el cual aplica la teoría de las probabilidades al cálculo de los caudales en los sistemas de tuberías. El método consiste en asignar a cada aparato sanitario o grupo de aparatos un numero de “unidades de gasto o caudal” determinado experimentalmente. La unidad de gasto (U. H.) es la que corresponde a la descarga de un lavamanos ordinario con trampa sanitaria de 1 ¼ pulgadas de diámetro, equivalente a un caudal de 1 pie3/min o 0.47 Lts/seg. FORMULA

Q  0.3  U.H.

(Lts/seg)

El método considera el uso de aparatos sanitarios de forma intermitente y considera el hecho de que cuando mayor es el número, la frecuencia de uso simultáneo de los aparatos disminuye. Para estimar la máxima demanda de agua de un edificio debe tenerse en cuenta si el tipo de servicio es público o privado. SERVICIO PÚBLICO Cuando los aparatos sanitarios están en baños de servicio publico, es decir cuando varias personas pueden ingresar al baño y utilizar diferentes aparatos sanitarios, se considera separadamente a cada tipo de aparato, multiplicando el numero total por el “peso” correspondiente que se indica en la tabla para aparatos de uso publico, obteniendo el valor total de unidades de gasto, el cual se lleva a la tabla de gastos probables para obtener la máxima demanda simultanea en litros por segundo. SERVICIO PRIVADO Es aquel en que los baños son de uso privado o limitado, en este caso se considera cada tipo de aparato de uso y se multiplica por su factor de peso indicado en la tabla correspondiente, el total de unidades obtenidas se lleva a la tabla de gastos probables para obtener la máxima demanda simultanea en litros por segundo. Al aplicar el método se debe considerar si los aparatos son de tanque o válvula (Fluxómetro) ya que se obtienen diferentes resultados de acuerdo al tipo de aparato. Cuando existen instalaciones que requieren agua en forma continua y definida, el consumo de estas se obtiene sumando a la máxima demanda simultánea calculada, las de uso continuo tales como aire acondicionado, riego de jardines, etc.

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TABLA IV-18 UNIDADES DE CAUDAL PARA EL CÁLCULO DE TUBERIAS DE DISTRIBUCION EN EDIFICIOS USO PÚBLICO UNIDADES DE CAUDAL APARATO SANITARIO

TIPO

Tina Lavadero de ropa Ducha Inodoro

Con Tanque

Inodoro

Con válvula Semi - automática

Lavadero de cocina

Hotel, restaurante

Lavadero de repostería Bebedero

Simple

Bebedero

Múltiple

Lavamanos

Corriente

Lavamanos

Múltiple

Botadero Urinario

Con tanque

Urinario

Con válvula Semi - automática

TOTAL

AGUA FRIA

AGUA CALIENTE

4 8 4 5 8 4 3 1 1 (*) 2 2 (*) 3 3 5

3 4.5 3 5 8 3 2 1 1 (*) 1.5 1.5 2 3 5

3 4.5 3

3 2

1.5 1.5 2

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conducen solamente agua fría, o agua fría mas el caudal de agua a ser calentada, se usaran las cifras indicadas en la primera columna. Para calcular diámetros de tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usara las cifras indicadas en la segunda y tercera columna. ( )

*

Debe considerarse este número de unidades de caudal para cada salida

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TABLA IV-19 UNIDADES DE CAUDAL PARA EL CÁLCULO DE TUBERIAS DE DISTRIBUCION EN EDIFICIOS USO PRIVADO UNIDADES DE CAUDAL APARATO SANITARIO

TIPO

Tina Lavadora Bidet Ducha Inodoro

Con Tanque

Inodoro

Con válvula Semi - automática

Lavadero

Cocina

Lavadero

Repostero

Maquina Lavaplatos

Combinación

Lavamanos

Corriente

Lavadero de ropa

Mecánico

Urinario

Con Tanque

Urinario

Con válvula Semi - automática

Cuarto de baño completo Con válvula Semi - automática Cuarto de baño completo Con tanque Medio baño

Con válvula Semi - automática

Medio baño

Con tanque

TOTAL

AGUA FRIA

AGUA CALIENTE

2 3 1 2 3 6 3

1.5 2 0.75 1.5 3 6 2

1.5 2 0.75 1.5

3 3 1 4 3 5 8 6 6 4

2 2 0.75 3 3 5 6 5 6 4

2 2

2

0.75

3

2 2 0.75 0.75

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conducen solamente agua fría, o agua fría mas el caudal de agua a ser calentada, se usaran las cifras indicadas en la primera columna. Para calcular diámetros de tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usara las cifras indicadas en la segunda y tercera columna.

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TABLA IV-20 GASTOS PROBABLES PARA APLICACIÓN DEL METODO DE HUNTER (Lts/Seg) NUMERO GASTO PROBABLE UNIDADES TANQUE VALVULA

NUMERO UNIDADES

GASTO PROBABLE TANQUE VALVULA

NUMERO UNIDADES

GASTO PROBABLE

3 4 5

0.12 0.18 0.23

0.91

120 130 140

1.83 1.91 1.98

2.72 2.80 2.85

1,100 1,200 1,300

8.27 8.70 9.15

6 7 8 9

0.25 0.28 0.29 0.32

0.94 0.97 1.00 1.05

150 160 170 180

2.06 2.14 2.22 2.29

2.95 3.04 3.12 3.20

1,400 1,500 1,600 1,700

9.56 9.90 10.42 10.85

10 12 14 16 18

0.34 0.38 0.42 0.46 0.50

1.06 1.12 1.17 1.22 1.27

190 200 210 220 230

2.37 2.45 2.53 2.60 2.65

3.25 3.36 3.44 3.51 3.58

1,800 1,900 2,000 2,100 2,200

11.25 11.71 12.14 12.57 13.00

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

0.54 0.58 0.61 0.67 0.71 0.75 0.79 0.82 0.85 0.88 0.91 0.95 1.00 1.03 1.09 1.13 1.19 1.25 1.31 1.36 1.41 1.45 1.50 1.56 1.62 1.67

1.33 1.37 1.42 1.45 1.51 1.55 1.59 1.63 1.67 1.70 1.74 1.78 1.82 1.84 1.92 1.97 2.04 2.11 2.17 2.23 2.29 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55

240 250 260 270 280 290 300 320 340 380 390 400 420 440 460 480 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

2.75 2.84 2.91 2.99 3.07 3.15 3.32 3.37 3.52 3.67 3.83 3.97 4.12 4.27 4.42 4.57 4.71 5.02 5.34 5.85 5.95 6.20 6.60 6.91 7.22 7.53

3.65 3.71 3.79 3.87 3.94 4.04 4.12 4.24 4.35 4.46 4.60 4.72 4.84 4.96 5.08 5.20 5.31 5.57 5.83 6.09 6.35 6.61 6.84 7.11 7.36 7.61

2,300 2,400 2,500 2,600 21,700 2,800 2,900 3,000 3,100 3,200 31,300 3,400 3,500 3,600 3,700 3,800 3,900 4,000

13.42 13.86 14.29 14.71 15.12 15.53 15.97 16.20 16.51 17.23 17.85 18.07 18.40 18.91 19.23 19.75 20.17 20.50

110

1.75

260

1000

7.84

7.85

Para el número de unidades de esta columna es indiferente que los aparatos sean de tanque o válvula.

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ISOMETRICO DE INSTALACION HIDRAULICA DE AGUA FRIA

Figura N° IV-12

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Figura N° IV-13

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DISEÑO DE REDES DE AGUA FRIA El diseño de redes de agua fría, esta sujeto a efectuar las conexiones a cada uno de los aparatos sanitarios ubicados dentro de los baños privados o colectivos a los que aisladamente se encuentran fuera de ellos. DISTRIBUCION DE LAS TUBERIAS La distribución depende de la ubicación de los aparatos sanitarios, según se encuentren a un solo lado de la pared o distribuidos en todo el área del baño. Generalmente existen dos criterios para la distribución de las tuberías en el interior de los baños: - Muros o paredes - Pisos En el primer caso por ser más directo que en ramificaciones laterales, resulta económico el recorrido de las tuberías y accesorios. En el segundo caso resulta mucho más económico cambiar las losetas del piso que la reparación de las paredes. Las conexiones de agua fría se ubican al lado derecho y las de agua caliente a la izquierda, mirando hacia el aparato sanitario, esto es para lavamanos, tinas y duchas, en los inodoros que no llevan agua caliente la instalación de agua fría se ira a la izquierda. CALCULO DE LAS REDES DE AGUA FRIA GENERALIDADES En el dimensionamiento de las redes de agua fría, en general existirán dos o más tipos de redes, por lo que es indispensable adoptar una definición o convenio de términos, con el fin de tener claridad en los cálculos, para lo cual se dan las siguientes definiciones: Sub - Ramales Pequeñas longitudes de tuberías que conectan los ramales a los aparatos sanitarios. Ramales Tuberías derivadas de la tubería de alimentación y que abastecen agua a un punto de consumo aislado, un baño o grupo de aparatos sanitarios. Tubería De Alimentación Tubería de distribución de agua que no es de impulsión ni de aducción, El dimensionamiento de las redes de agua empezara calculando los sub-ramales, luego los ramales y finalmente la tubería de alimentación. DIMENSIONAMIENTO DE LOS SUB - RAMALES Cada sub – ramal sirve a un aparato sanitario y es dimensionado siguiendo valores que han sido calculados después de numerosas experiencias con los diversos aparatos sanitarios. Los fabricantes de los aparatos sanitarios suministran en sus catálogos los diámetros de los sub-ramales, esta información es muy importante principalmente en casos de equipos especiales, tales como lavanderías, cocinas, laboratorios, etc.

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La tabla mostrada a continuación suministra valores para hacer una estimación preliminar de los diámetros de los sub-ramales, sujeta a una modificación que será determinada para cada caso particular. TABLA IV-21 DIÁMETROS DE SUB - RAMALES DIAMETRO DE SUB - RAMAL (Pulg) APARATO SANITARIO

Lavamanos Bidet Tina Ducha Grifo de cocina Inodoro de tanque Inodoro de válvula Urinario de tanque Urinario de válvula

Hasta 10 m

PRESION Mayor 10 m

Diámetro Mínimo

½ ½ ½-¾ ¾ ¾ ½ 1½ - 2 ½ 1½ - 2

½ ½ ¾ ½ ½ ½ 1½ ½ 1

½ ½ ½ ½ ½ ½ 1¼ ½ 1

DIMENSIONAMIENTO DE LOS RAMALES El dimensionamiento de un ramal podrá efectuarse en dos formas distintas analizando el suministro de agua. I- En función del consumo simultaneo máximo posible de todos los aparatos sanitarios. II- En función del consumo simultaneo máximo probable de los aparatos sanitarios I- CONSUMO SIMULTÁNEO MAXIMO POSIBLE Es el que permite que todos los aparatos servidos por el ramal sean utilizados simultáneamente, de tal forma que la descarga total en el extremo del ramal será la suma de las descargas en cada uno de los sub-ramales. Estas condiciones ocurren generalmente en los establecimientos en donde hay horarios específicos para la utilización de los servicios sanitarios, tales como escuelas, cuarteles, o en hoteles donde abra una hora en que todas las tuberías estarán abiertas existiendo un gran consumo de agua. La desventaja de este de este criterio es el aspecto económico, debido a que se necesitan diámetros mayores. Para la selección del diámetro se toma como base o unidad una tubería de ½ pulg refiriéndose las demás salidas a el, de tal manera que la sección del ramal en cada tramo sea equivalente hidráulicamente a la suma de las secciones de los sub-ramales por el alimentador.

La siguiente tabla muestra para cada diámetro, el numero de tuberías de ½ pulg necesarias para proporcionar la misma descarga, para una presión dada y las mismas condiciones de perdida de presión. TABLA IV-22

“½” EQUIVALENTES PARA CADA DIAMETRO

NUMERO DE TUBERIA DE DIAMETRO DE TUBERIA (Pulgadas)

NUMERO DE TUBERIAS DE

½

DIAMETRO DE NUMERO DE TUBERIA TUBERIAS DE (Pulgadas)

½ ¾

2.9

1

6.2

3

110.5

1¼

10.9

4

189

1½

17.4

6

527

1

2 2

½

½

DIAMETRO DE TUBERIA (Pulgadas)

NUMERO DE TUBERIAS DE

37.8

8

1250

65.5

10

2090

EJEMPLO

½

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Figura N° IV-14

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II- CONSUMO SIMULTÁNEO MAXIMO PROBABLE Considera poco probable el funcionamiento simultáneo de todos los aparatos de un mismo ramal y en la probabilidad de que con el aumento del número de aparatos, el funcionamiento simultaneo disminuye. El inconveniente de aplicar este método, esta en el echo de que es difícil obtener la información sobre la utilización de los aparatos sanitarios, por el diferente horario y uso que tienen de acuerdo al tipo de establecimientos ( viviendas, oficinas, hoteles, etc.), donde la probabilidad de uso es muy variada de acuerdo al tipo de aparato. Si se considera como ejemplo un baño compuesto de lavamanos, bidet, inodoro, ducha y tina, es lógico admitir que en ningún momento funcionaran todos a la vez. Se puede considerar el uso simultaneo de dos aparatos a la vez, por esta razón se ha propuesto una serie de valores con fundamento probabilístico y basado en numerosas experiencias que permiten asumir el numero de aparatos que estarán funcionando simultáneamente. El dimensionamiento de los ramales considerando el consumo máximo probable se realiza por un método basado en el cálculo de probabilidades. DIMENSIONAMIENTO POR EL CÁLCULO DE PROBABILIDADES La determinación del porcentaje de utilización de los aparatos es echa por medio de cálculos matemáticos de probabilidades que establecen una formula aproximada del porcentaje del numero de aparatos que se debe considerar funcionando simultáneamente, en función del numero total de ramales que sirve. Este método solo debe aplicarse a sistemas que tengan un elevado número de aparatos de uso frecuente, ya que para condiciones normales producirá diámetros exagerados, debido a esto la selección final de diámetro debe hacerse con un criterio lógico y para condiciones apegadas a la realidad. En base a las consideraciones anteriores, se recomienda usar como primera estimación, la tabla de probabilidades de uso de los aparatos sanitarios en condiciones normales, elaborada para el Código de Construcción del Departamento de Comercio de Estados Unidos, presentada a continuación. TABLA IV-23 TABLA DE PROBABILIDADES DE USO DE APARATOS SANITARIOS NUMERO DE APARATOS SANITARIOS

FACTOR DE USO APARATOS APARATOS COMUNES DE VALVULA

NUMERO DE FACTOR DE USO APARATOS APARATOS APARATOS SANITARIOS COMUNES DE VALVULA

2 3 4 5 6 7 8

100 % 80 % 68 % 62 % 58 % 56 % 53 %

100 % 65 % 50 % 42 % 38 % 35 % 31 %

60 70 80 90 100 200 300

35 % 34 % 33 % 32 % 31 % 30 % 29.1 %

7% 6.1 % 5.3 % 4.6% 4.2 % 3.1 % 1.9 %

9

51 %

29 %

500

27.5 %

1.5 %

50 42 38 37 36

27 % 16 % 12 % 9% 8%

800 1000

25.8 % 25 %

1.2 % 1%

10 20 30 40 50

% % % % %

EJEMPLO

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DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS DE ALIMENTACION Para el dimensionamiento de las tuberías de alimentación, ya sea que suministran agua de arriba hacia abajo o viceversa, puede aplicarse el método de las probabilidades, pero resulta complicado y poco practico, por lo que se utiliza el “Método de Hunter”, el cual consiste en asignar un “Peso” a cada tipo de aparato o grupo de baños, según sea de uso publico o privado. PROCEDIMIENTO PARA DIMENSIONAR LAS TUBERIAS DE ALIMENTACION DE UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE ARRIBA HACIA ABAJO. 1- Dibujar un esquema vertical de las tuberías considerando que cada alimentador debe abastecer con el menor recorrido a los diferentes servicios sanitarios. Generalmente en los edificios los baños o grupos de baños se ubican en el mismo plano vertical. 2- Dimensionar los esquemas con ayuda de los planos. 3- Para cada tubería de alimentación calcular las unidades de gasto (UH) y los gastos acumulados, desde abajo hacia arriba, anotando el gasto total a nivel del plano de azotea. 4- Ubicar todas las tuberías de alimentación en el nivel de plano de azotea. 5- De acuerdo a la ubicación de cada una de las tuberías de alimentación, proyectar las posibles salidas del tanque elevado que las abastecerá ya sea de forma independiente o en grupo, en el primer caso se tendrá un gran número de salidas por lo que es recomendable agruparlos para tener una distribución racional de agua. 6- Determinar el punto de consumo más desfavorable, teniendo en cuenta que es el que corresponde al más alejado horizontalmente desde el tanque elevado y que tiene menor altura estática con respecto al nivel mínimo del tanque elevado. 7- Calcular la presión en el punto de consumo más desfavorable. Procedimiento a seguir: a) Determinar el máximo gradiente hidráulico disponible (S max) considerando la tubería de distribución que abastece el punto de consumo más desfavorable. Altura di sponi ble Smax  Longi tud equi valente La altura disponible es el resultado obtenido al restar la presión mínima requerida de la altura estática entre el punto de consumo más desfavorable y el nivel mínimo de agua en el tanque elevado. La longitud equivalente comprende la longitud real de la tubería más un porcentaje de perdida de carga por accesorios estimado inicialmente en un 20%. b) Obtener con Smax el gasto correspondiente y con “C” (Hazen) los diámetros para cada tramo, estos diámetros son teóricos, por lo que deben usarse diámetros comerciales. c) Con los diámetros comerciales y gastos respectivos calcular el gradiente hidráulico real (S Real) para cada tramo. d) Calcular la perdida de carga real (H Real) multiplicando la longitud equivalente (Le) por el gradiente hidráulico real (SReal). Hreal = (SReal) (Le). e) Calcular la presión en el punto de consumo mas desfavorable restando a la altura estática local ( Diferencia de nivel entre la tubería de alimentación y el nivel mínimo de agua en el tanque elevado) las pérdidas de carga en todos los tramos.

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f) Tener en consideración que cuando aumenta la altura estática a un piso inferior, también aumenta la presión, debiendo cumplirse cualquiera de las siguientes condiciones: f.1- Presión en un punto “X” en nivel de piso inferior = Altura estática al punto “X” el punto “X”.

- suma de perdidas hasta

f.2- Presión en un punto “X” en nivel de piso inferior = Presión en el punto mas bajo + altura entre pisos + perdidas de carga. g) Verificar que la altura obtenida en el punto mas desfavorable sea mayor que la presión mínima requerida, de lo contrario será necesario reajustar los diámetros obtenidos. 8- calculo de las presiones en los otros puntos de consumo. Se considera que obteniendo la presión mínima en el punto más desfavorable, el resto de tramos requerirá de diámetros menores, siempre que cumplan con las condiciones limites de velocidad y caudal a conducir. RECOMENDACIONES 8.1- Partiendo del punto más desfavorable se determina el nuevo gradiente hidráulico, por medio de alguno de los siguientes procedimientos. a.1) La altura disponible será la que se obtenga de restar a la altura estática que existe entre el nivel de agua inferior en el tanque elevado y el nuevo punto de consumo, la presión de salida requerida y la perdida de carga hasta el final del tramo por calcular, es decir:

Altura disponible al punto “X” (Hd) = Altura estática en el punto “X” – Presión de salida – perdida de carga hasta el punto “X”. a.2) La altura disponible será la que se obtenga al sumar a la presión obtenida en el punto mas bajo la altura entre pisos restando a este resultado la presión de salida requerida es decir:

Altura disponible al punto “X” (Hd) = (Presión en el punto mas bajo + Altura entre pisos) – Presión de salida. En ambos casos la longitud equivalente será la que corresponda al tramo, con el máximo gradiente hidráulico se continua el calculo tal como se explica en el literal Nº 7. b) Al repetir el proceso de calculo anterior en los tramos subsiguientes, se nota que a medida que aumenta la carga estática disponible la velocidad de flujo se incrementa hasta alcanzar valores superiores al máximo recomendado (3 m/seg), por lo que los diámetros se elegirán en función de la velocidad máxima y el caudal deseado. TABLA IV-24 DIAMETROS (Pulgadas)

½ ¾ 1 1¼ 1½

VELOCIDAD MAXIMA (m/seg)

1.9 2.2 2.48 2.85 3.05

9- Elaborar una hoja de cálculo con el fin de ir verificando los resultados.

EJEMPLO

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DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA FRIA En el dimensionamiento de las redes de agua fría se realiza de acuerdo a cada tipo de suministro por separado. SISTEMA DIRECTO Se requiere la siguiente información básica: - Presión en la red publica. - presión mínima requerida en el punto mas desfavorable. - Altura estática del edificio. - Tipo y características del medidor. - Calidad de la tubería a utilizar. PROCEDIMIENTO 1) Dibujar un esquema en planta y elevación de las diferentes líneas de abastecimiento de los diferentes aparatos sanitarios seleccionando o diferenciando la línea principal de alimentación. 2) Ubicar el punto más desfavorable que debe tener la presión mínima, siendo este el más alejado horizontalmente y el más elevado con respecto a la cota de la red publica. 3) Calcular las unidades de caudal (UH) y los caudales acumulados, desde arriba hacia abajo, en cada uno de los tramos de abastecimiento. 4) Determinar la máxima demanda simultanea. 5) Restar todas las perdidas de carga posibles para obtener la presión disponible. 6) Asumir diámetros y con los caudales respectivos determinar las perdidas de carga parciales. 7) Verificar que la sumatoria de perdidas de carga obtenida en el literal Nº 6 sea menor que la presión disponible obtenida en el literal Nº 5. 8) Si se cumple lo anterior los diámetros asumidos serán los definitivos; de lo contrario habrá que aumentar las secciones.

EJEMPLO