Apuntes de instalaciones en Edificios, Apuntes de Instalaciones de Fluidos

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APUNTES DE

INSTALACIONES EN

CAP 1

SUMINISTRO DE AGUA

1. GENERALIDADES

Suministrar agua significa dar, dotar proporcionar o proveer de este líquido a un área construida determinada, ocupada por habitantes con el objetivo de satisfacer sus necesidades primordiales de consumo, limpieza aseo y otras necesidades secundarias. La calidad del agua cuando es para consumo afecta aspectos sociales y económicos que influyen en el desarrollo del país, por lo que se deben definir los valores aceptables de los parámetros químicos, organolépticos y microbiológicos de tal modo que se proteja la salud.

2. DEFINICION DE AGUA Y AGUA POTABLE Como sabemos el agua es el compuesto químico formado por la combinación de dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno El agua potable es la que esta apta para el consumo humano y debe cumplir los requisitos de la Norma Boliviana NB-512 y el reglamento nacional para el control de calidad del agua, la cual señala que el agua potable es apta para el consumo humano y tiene características físicas, químicas, radioactivas, organolépticas y microbiológicas. 3. OTRAS DEFINICIONES IMPORTANTES - ACIDEZ: Es la capacidad del agua para neutralizar las bases - ALCALINIDAD: Es la capacidad del agua para neutralizar ácidos - ANALISIS BACTERIOLOGICO: Es la aplicación de métodos analíticos de laboratorio que permiten determinar las características bacteriológicas del agua - ANALISIS FISICO-QUIMICO : Es la aplicación de métodos analíticos de laboratorio para determinar las características físico-químicas del agua en forma cualitativa y cuantitativa, incluyéndose las organolépticas como parte de las características físicas. - CARACTERISTICAS FISICAS: Estas miden las propiedades que influyen la calidad del agua: o Color o Turbiedad o Solidos totales o Solidos disueltos Resultantes de la presencia de un numero de constituyentes físicos

• PLANTA DE TRATAMIENTO DEL AGUA: Conjunto de obras civiles, instalaciones y equipos convenientemente dispuestos para llevar a cabo procesos y operaciones unitarias que permiten obtener aguas de calidad aptas para consumo y uso humanos
• RED DE DISTRIBUCION: Conjunto de tuberías, accesorios y dispositivos que permiten la entrega del agua a los consumidores en forma constante, con presión adecuada y en cantidad para satisfacer sus necesidades
• RIESGO EN SALUD: Es la probabilidad de ocasionar daño a la salud de los consumidores debido a una operación defectuosa o contaminación del agua
• SABOR: Sensación gustativa que producen las materias extrañas contenidas en el agua
• SISTEMA DE AGUA POTABLE: Conjunto de estructuras, equipos, accesorios que tienen por objeto transformar la calidad del agua y transportar desde la fuente de abastecimiento a los puntos de consumo en condiciones adecuadas de cantidad y presión
• SOLIDOS EN EL AGUA: Cantidad de materia solida presente en el agua expresada en mg/litro entre estos solidos tenemos: Solidos totales, son la cantidad de materia solida resultante después de evaporar el agua; entre estos tenemos los sólidos en suspensión fijos y volátiles y solidos disueltos también fijos y volátiles Además de los sólidos sedimentables que son la cantidad de materia depositada por efecto de la gravedad en el fondo del recipiente
• TANQUE DE ALAMACENAMIENTO: Es el depósito situado generalmente entre la captación y la red de distribución, destinado a almacenar agua y/o mantener presiones adecuadas en la red de distribución
• TURBIEDAD : Es la propiedad óptica de una muestra de agua que hace que los rayos luminosos se dispersen y absorban en lugar de transmitirse en línea recta
• USUARIO: Es el consumidor y toda persona jurídica publica o privada que utiliza uno de los servicios de agua potable o alcantarillado sanitario para sus actividades con propósitos mencionados en el reglamento nacional de calidad de agua para consumo humano
• VALOR MAXIMO ACEPTABLE: Valor máximo de la concentración permitido para los parámetros definidos en la NB-512 y el reglamento nacional respectivo
• VIGILANCIA DE LA CALIDAD DE AGUA: Es la actividad de monitoreo complementario al control de calidad del agua que implica la observación por muestreo de la seguridad de los sistemas de abastecimiento de agua desde el punto de vista de la salud publica
• ZONA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA: Comprende una de las partes de la red de distribución con características homogéneas de funcionamiento, calidad, cantidad, continuidad, y presión

4. USOS Y APLICACIONES DEL AGUA

Dentro de los usos y aplicaciones del agua tenemos: Consumo humano Consumo animal Preparación de alimentos Aseo de la vivienda, calles, avenidas, etc. Lavado de ropa, objetos, vehículos, etc. Para lugares de recreación (piscinas, parques) Lugares públicos, tales como mercados, hoteles, instituciones Para desagües sanitarios

5. SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE 5.1 SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AGUA FRIA: Este sistema comprende redes de tuberías y elementos que conducen el agua potable desde un ramal de alimentación domiciliario, un tanque cisterna o desde un tanque elevado hasta los puntos de consumo o artefactos sanitario. Está conformado por ramales primario, secundario y montantes de agua De acuerdo con el tipo de red de alimentación a los puntos de consumo, los sistemas de distribución podrán ser del tipo ramificado con distribución múltiple o mixto adecuado a las condiciones especificas a) SISTEMA RAMIFICADO: Este sistema consiste en una sola red de tuberías interconectadas unas con otras partiendo de un ramal principal el cual puede estar conectado a una tubería de alimentación domiciliaria o a un montante de agua Del ramal principal se derivan a los ramales secundarios que abastecen un conjunto de puntos de consumo b) SISTEMA CON DISTRIUIDOR MULTIPLE: Consiste en una red paralela de tuberías que nacen de un distribuidor múltiple llamado MANIFOLT, el cual comprende una tubería principal y laterales, donde cada punto de consumo tiene una tubería de alimentación exclusiva En este sistema todos los puntos de consumo son abastecidos desde el distribuidor múltiple. Por la menor perdida de carga que generan se emplean para mejorar……………………… y caudales de salida en los artefactos sanitarios reduciendo los diámetros de las líneas de distribución y uniformando las presiones en condiciones de operación simultanea de los artefactos sanitarios, empleándose también como reguladores de caudal y en instalaciones especiales donde se requiere minimizar los riesgos de interrupción de servicio (caudal, presión)

Se recomienda la instalación de distribuidores múltiples con válvula tipo bola o esfera y con tuberías individualizadas para cada artefacto Para la estimación del consumo máximo probable se deben aplicar las condiciones estándar utilizando las unidades de gasto para artefactos Para determinar pérdidas de carga se deben tomar en cuenta las condiciones de flujo con una temperatura media de 60 °C

6. SISTEMAS DOMICILIARIOS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Toda instalación de agua potable comprende el siguiente sistema: La conexión domiciliaria o ramal externo El ramal de conexión domiciliario El almacenamiento si corresponde Y la red de distribución hacia a los puntos de consumo o de uso. El sistema de abastecimiento de agua potable podrá ser directo, indirecto o mixto. a) SISTEMA DIRECTO. - Este sistema está conectado directamente a los puntos de uso o artefactos sanitarios

Para la selección de este sistema se deben cumplir los siguientes requisitos:

1. Presión de servicio y caudal suficientes en la red pública para satisfacer la demanda de los caudales máximo-probables de los diferentes puntos de consumo
2. Continuidad y confiabilidad de la distribución del agua ........
3. Que las interrupciones eventuales y programadas de la red pública cumplan o se encuentren en el rango admisible por la autoridad de regulación
4. Contar con dispositivo o válvula antirretorno como medida de protección contra los riesgos de contaminación de la red pública b) SISTEMA INDIRECTO. - Es aquel en el cual los puntos o artefactos sanitarios de utilización están abastecidos por una red de distribución alimentada por un sistema de almacenamiento de agua y/o sistemas hidroneumáticos Se aplican cuando la presión y o caudal de la red pública no es suficiente para abastecer en forma directa a los diferentes puntos de consumo de un inmueble o cuando el servicio es discontinuo en condiciones de caudal y presión Se puede tener un sistema indirecto sin bombeo, con bombeo, hidroneumático o del tipo combinado o mixto SISTEMA INDIRECTO SIN BOMBEO. - Consta de un tanque elevado que es abastecido directamente por la red pública de agua potable. La red de distribución es alimentada por gravedad desde este tanque y se aplica cuando las condiciones de presión o caudal de la red pública son discontinuos e insuficientes para abastecer a los diferentes puntos de consumo del inmueble. Para la selección de este sistema se deben cumplir los siguientes requisitos:

c) SISTEMA MIXTO. - Es una combinación del sistema directo y el indirecto en el cual algunos puntos de consumo son alimentados por un sistema de abastecimiento directo y otros por un sistema indirecto. El sistema de distribución puede ser alimentado directamente desde la red pública o por gravedad desde un tanque elevado Para elegir este sistema se debe tener en la red pública una presión y caudal suficientes para satisfacer la demanda diaria requerida por el sistema de almacenamiento y la demanda de los puntos de consumo o uso considerados en el proyecto

7. DOTACION La dotación es el volumen de agua por habitante o por área que se considera en forma diaria., en la siguiente tabla podemos ver las dotaciones diaria por habitante según el tipo de lugar: Altiplano, valle, llano. Tabla 1.1. Dotaciones per cápita para vivienda urbana Ciudades menores de 2000 a 10000 hab Ciudades intermedias de 10000 a 100000 hab Ciudades mayores de 100000 a 500000 Metropolitanas mayor a 500000 Menores Intermedias Mayores Metropolitanas Altiplano 3600 4000 402 11 70- Valles 600 3600 496 16 Llanos 100 500 1167 27.5 100-120 100- Precipitacion media anual (mm) Region Altitud media (msnm) 80- Tamaño de localidad Dotacion lit/habdia 70- 80-100 80- Temperatura media (°C)

EJEMPLO. - 1

Determinar el tipo de tanque y su capacidad para un edificio de cuatro plantas, previéndose 10 habitantes por planta y un sistema indirecto sin bombeo. El edificio se encuentra en la ciudad de Sucre. Prever a sí mismo un volumen de agua para incendios igual al 5% del consumo diario. La edificación no tendrá ningún tipo de aire acondicionado ni otro sistema. Datos: 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 100

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎 ℎ𝑎𝑏 = 10 ∗ 4 = 40 𝐶𝑐𝑖 = 0. 05 𝐶𝐷 a) Volumen necesario: 𝑽𝒏𝒆𝒄 = 𝑫𝒐𝒕 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝑉𝑛𝑒𝑐 = 100

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎

𝑑í𝑎 b) Consumos:

• Consumo diario: 𝑪𝑫 = 𝑽𝒏𝒆𝒄 ∗ 𝟏 𝒅í𝒂 𝐶𝐷 = 4000

𝑑í𝑎 ∗ 1 𝑑í𝑎 𝐶𝐷 = 4000 𝑙𝑖𝑡

• Consumo contra incendio: 𝑪𝒄𝒊 = 𝟎. 𝟎𝟓𝑪𝑫 𝐶𝑐𝑖 = 0. 05 ∗ 4000 𝑙𝑖𝑡 𝐶𝑐𝑖 = 200 𝑙𝑖𝑡

b) Consumos:

• Consumo diario: 𝑪𝑫 = 𝑽𝒏𝒆𝒄 ∗ 𝟏 𝒅í𝒂 𝐶𝐷 = 24000

𝑑í𝑎 ∗ 1 𝑑í𝑎 𝐶𝐷 = 24000 𝑙𝑖𝑡

• Consumo contra incendio: 𝑪𝒄𝒊 = 𝟎. 𝟏𝑪𝑫 𝐶𝑐𝑖 = 0. 1 ∗ 24000 𝑙𝑖𝑡 𝐶𝑐𝑖 = 2400 𝑙𝑖𝑡
• Consumo de aire acondicionado: 𝑪𝒐𝒖 = 𝟎. 𝟎𝟓𝑪𝑫 𝐶𝑜𝑢 = 0. 05 ∗ 24000 𝑙𝑖𝑡 𝐶𝑜𝑢 = 1200 𝑙𝑖𝑡 c) Volumen de tanque elevado: 𝑽𝑻 = 𝑪𝑫 + 𝑪𝒄𝒊 + 𝑪𝒐𝒐 𝑉𝑇 = 24000 𝑙𝑖𝑡 + 2400 + 1200 𝑉𝑇 = 27600 𝑙𝑖𝑡 De catálogo: 𝑼𝒔𝒂𝒓 𝟒 𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆𝒔 𝒎𝒂𝒓𝒄𝒂 𝑻𝑨𝑵𝑲 − 𝑩𝑼𝑹𝑮 𝒅𝒆: ∗ 𝟕𝟓𝟎𝟎 𝒍𝒊𝒕, 𝒂𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂 𝟐, 𝟐𝟏𝟓𝒎 𝒚 𝒅𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝟐, 𝟑𝟐 𝒎 En caso se diseñe un sistema con tanque cisterna, usar las siguientes fórmulas: Volumen del tanque elevado: 𝑉𝑇 =

Volumen de la cisterna 𝑉𝐶 =

EJEMPLO 3.-

Determinar la capacidad del tanque cisterna y del tanque elevado para un edificio de 5 plantas habiéndose estimado que en cada planta habitarán 12 personas y que la construcción debe estar en la ciudad de Potosí, disponiéndose 10% del Volumen de Consumo Diario como Volumen Contra Incendios y por cuestiones de riego del jardín y lavado de la azotea 5% del Consumo Diario. Datos 𝑫𝒆 𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂𝒔: 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 90

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎 ℎ𝑎𝑏 = 5 ∗ 12 = 60 𝐶𝑐𝑖 = 0. 1 𝐶𝐷 ; 𝐶𝑜𝑜 = 0. 05 𝐶𝐷 a) Volumen necesario: 𝑽𝒏𝒆𝒄 = 𝑫𝒐𝒕 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝑉𝑛𝑒𝑐 = 90

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎

𝑙𝑖𝑡 𝑑í𝑎 b) Consumos:

• Consumo diario: 𝑪𝑫 = 𝑽𝒏𝒆𝒄 ∗ 𝟏 𝒅í𝒂 𝐶𝐷 = 5400

𝑑í𝑎 ∗ 1 𝑑í𝑎 𝐶𝐷 = 5400 𝑙𝑖𝑡

• Consumo contra incendio: 𝑪𝒄𝒊 = 𝟎. 𝟏𝑪𝑫 𝐶𝑐𝑖 = 0. 1 ∗ 5400 𝑙𝑖𝑡

En los casos de los servicios de agua que no sean continuos, se debe utilizar las siguientes fórmulas Donde: 𝑵: 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑁 ≤ 2 𝑑í𝑎𝑠 Volumen de tanques: 𝑉𝑇 =

EJEMPLO 4 .-

Se desea determinar los tipos de tanque tanto elevado como cisterna para una vivienda de tres plantas, cuya zona se está urbanizando recién por lo cual el servicio de agua es interrumpido, evaluándose que la zona esta sin servicio 18 horas, esta vivienda está situada en la ciudad de Tarija, debiéndose tomar en cuenta como volumen contra incendios un 10% del consumo diario y un 4% para otros usos y la cantidad de habitantes será de 10 personas por planta Datos 𝑫𝒆 𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂𝒔: 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 90

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎 ℎ𝑎𝑏 = 10 ∗ 3 = 30ℎ𝑎𝑏 𝐶𝑐𝑖 = 0. 1 𝐶𝐷 ; 𝐶𝑜𝑢 = 0. 04 𝐶𝐷 a) Volumen necesario: 𝑽𝒏𝒆𝒄 = 𝑫𝒐𝒕 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝑉𝑛𝑒𝑐 = 90

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎

𝑑í𝑎 b) Consumos:

• Consumo diario: 𝑪𝑫 = 𝑽𝒏𝒆𝒄 ∗ 𝟏 𝒅í𝒂

𝑑í𝑎 ∗ 1 𝑑í𝑎 𝐶𝐷 = 2700 𝑙𝑖𝑡

• Consumo contra incendio: 𝑪𝒄𝒊 = 𝟎. 𝟏𝑪𝑫 𝐶𝑐𝑖 = 0. 1 ∗ 270 𝑙𝑖𝑡 𝐶𝑐𝑖 = 270 𝑙𝑖𝑡
• Consumo para otros usos: 𝑪𝒐𝒖 = 𝟎. 𝟎𝟒𝑪𝑫 𝐶𝑜𝑢 = 0. 04 ∗ 2700 𝑙𝑖𝑡 𝐶𝑜𝑢 = 108 𝑙𝑖𝑡 c) Cálculo de horas sin servicio “N”: 𝑁 = 18ℎ𝑟𝑠 ∗ 1 𝑑í𝑎 24ℎ𝑟𝑠

d) Volumen de los tanques:

• Tanque elevado: 𝑽𝑻 =

De catálogo: 𝑼𝒔𝒂𝒓 𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 𝒎𝒂𝒓𝒄𝒂 𝑻𝑨𝑵𝑲 − 𝑩𝑼𝑹𝑮 𝒅𝒆: ∗ 𝟏𝟐𝟎𝟎 𝒍𝒊𝒕, 𝒂𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂 𝟏, 𝟑𝟎𝟓 𝒎 𝒚 𝒅𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝟏, 𝟏𝟗𝟓 𝒎

9. SUMINISTRO DE CONSUMO DIARIO

Caudal de Diseño: 𝑄𝐷 =

El tiempo de llenado del tanque en horas debe ser en todo caso menor o igual a 6 hrs. El diseño de la tubería de alimentación desde el abastecimiento público hasta el tanque elevado se hará mediante el cálculo del caudal de diseño que está en función al consumo diario y cuya expresión es: Donde: 𝑸𝑫: 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 (𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠𝑒𝑔) 𝑪𝑫: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 (𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠) 𝑻: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑜 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 6 ℎ𝑟𝑠 El diámetro de la tubería se debe calcular con este caudal de diseño y tiene que considerar la carga hidráulica disponible en la red pública garantizando un gradiente hidráulico que permita una salida en la válvula del tanque de mínimo 1 m de columna de agua y una velocidad de flujo en la tubería comprendida entre 0. m/s y 1m/s, es decir:

1. 6 ≤ 𝑣 ≤ 1

10. PERDIDAS DE CARGA En todo diseño se debe considerar las pérdidas de carga tomándose en general dos clases de perdida: 10.1. Perdidas de carga por fricción. - Se debe al rozamiento del líquido con la superficie interna del material de la tubería, estas se pueden evaluar mediante la siguiente expresión: Fórmula de Darcy – Weisbach: ℎ𝑓 = 𝑓 ∗

𝐿 ∗ 𝑣^2

𝒇: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑳: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝑫: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝒗: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝒈: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 ( 9 , 81 𝑚/𝑠^2 ) 2 ≤ 𝑇 ≤ 6

También se puede usar la fórmula de Hazen-Williams: ℎ𝑓 = 10 , 674 ∗

𝐿 ∗ 𝑄^1 ,^852

𝐶^1 ,^852 ∗ 𝐷^4.^871

10.2. Perdidas de cargas locales. – Estas pérdidas se deben a la colocación de accesorios en los tramos de la tubería: válvulas de retención, medidores de agua, codos u otros ℎ𝐿 = 𝑘 ∗

𝑣^2

DIÁMETRO (Pulg.) COEFICIENTE DE FRICCIÓN (f) 1/2 0, 3/4 0, 1 0, 1 1/4 0, 1 1/2 0, 2 0, 2 1/2 0, 3 0, 4 0, 𝒌: 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜 𝑸: 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝒄: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐻𝑎𝑧𝑒𝑛 − 𝑊𝑖𝑙𝑙𝑖𝑎𝑚𝑠 𝑐 = 140 (𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑃𝑉𝐶) 𝑐 = 120 (𝑃𝑎𝑟𝑎 𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝐺𝑎𝑙𝑣𝑎𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜)