Diseño y calculo de instalaciones hidrosanitarias

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Delineamiento de redes

Consiste en delinear el recorrido de las tuberías desde la conexión domiciliaria hasta cada uno de los ambientes que contienen servicios sanitarios. Para ello se debe considerar:
•Los tramos horizontales pueden ir por los muros o contrapisos de acuerdo a que los aparatos sanitarios descarguen por el muro o por el piso respectivamente.

•Al ir por los muros se hace economía en el recorrido de tuberías y accesorios, pero se tiene la desventaja que hay que picar las paredes y efectuar pases en los vanos de las puertas y pasadizos.
•El ir por el piso resulta ventajoso cuando se debe efectuar una reparación, pues es más económica y fácil cambiar las losetas del piso que las mayólicas de las paredes.
•Los tramos verticales deber ir preferentemente en ductos, con una separación mínima de 0.15 m de las tuberías de agua caliente y de 0.20 m de las montantes de aguas negras y de lluvia (distancia medida entre sus generatrices mas próximas).
•En lo posible debe evitarse cruzar elementos estructurales.
•Debe procurarse formar circuitos porque así se obtiene una mejor distribución de la presión y se pueden ubicar adecuadamente las válvulas de interrupción que permitan efectuar reparaciones sin paralizar todo el servicio.
•Al ingreso del predio es necesario colocar una válvula de interrupción después del medidor.
•Las tuberías de aducción e impulsión deben llevar una válvula de retención.
•En los tramos horizontales las tuberías de agua fría deben instalarse siempre debajo de las de agua caliente y encima de las de desagüe, a una distancia no menor de 0.10 m entre sus superficies externas.
•Al ingreso de cada ambiente debe instalarse en lo posible una válvula.
•Al delinearse las redes de desagüe exteriores en el primer piso de debe tener presente que las cajas de registro estén ubicadas en forma tal que puedan ser revisadas cómodamente, sin causar molestias ni dañar la estética.

Graficación de las redes de agua y desagüe

La graficación de redes se efectúa sobre un plano de planta a escala 1/50, donde se hará resaltar las redes de agua y desagüe, quedando en segundo plano la distribución arquitectónica; generalmente en este plano se obvian muchos detalles que aparecen en los planos arquitectónicos (puertas, mobiliario, etc.). El tamaño de la lámina depende del proyecto arquitectónico.

Las redes de agua se grafican de menor grosor que las de desagüe (generalmente a la mitad del grosor). Para el dibujo de cisternas y tanques elevados (cortes) se emplean escalas de 1/20 ó 1/25.

Dibujos isométricos
Una vez graficada la red de agua y desagüe se procede a dibujar su isometría (ángulo de 30º); a veces se sugiere dibujarlo a escala de 1/50.

 
SISTEMA DE DISTRIBUCION DIRECTO DE AGUA POTABLE
 
•Elementos del sistema

•Conexión domiciliaria
•Medidor
•Tuberías de alimentación
•Ramales de distribución
•Sub-ramales
•Cálculo de tuberías

Para el cálculo de tuberías es necesario considerar lo siguiente:
•Presión en la red publica en el punto de conexión del servicio, puede variar entre 20 y 30 lb/pulg2 pero en edificios de hasta 3 pisos la presión mas recomendable debe estar entre 30y 50 lb/pulg2.
•Altura estática entre la tubería de la red de distribución pública y el punto de entrega en el edificio.
•Pérdida de carga en tuberías y accesorios.
•Pérdida de carga en el medidor, depende del diámetro del medidor siendo recomendable que sea menor del 50% de la carga disponible.
•Presión de salida en el aparto: según el reglamento nacional de construcciones, se debe considerar un mínimo 3.5 m en la descarga del aparato de grifo o válvula normal y 7 m en los aparatos con válvula fluxométrica. Se exceptúan las instalaciones para edificaciones económicas de tipo mínimo o populares en las que se acepta una presión de 2 m con aparatos de grifo o válvula normal. Si se usan calentadores a gas, se recomienda que la presión mínima a la salida de la ducha sea de 5 m.
•Presión máxima en la tubería: se recomienda 50 m.
•Velocidad: para el cálculo del diámetro de las tuberías de distribución el reglamento nacional de construcciones establece una velocidad mínima de 0.0 m/s y una máxima que es dado en tablas de dicho reglamento




CÁLCULO DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA



El método más utilizado para el cálculo de las redes de distribución interior de agua es el método de Roy B. Hunter o de los gastos probables.

Este método se basa en la aplicación de la teoría de las probabilidades para el cálculo de los gastos. Específicamente consiste en asegurar a cada aparato sanitario un número de “unidades de gasto” determinadas experimentalmente.
La “unidad de gasto” es la que corresponde a la descarga de un lavatorio común que tiene una capacidad de 1 pie3, el cual descarga en un minuto; es un valor adimensional.
Este método considera que cuanto mayor es el número de aparatos sanitarios, la proporción de uso simultáneo disminuye, por lo que cualquier gasto adicional que sobrecargue el sistema rara vez se notara; mientras que si se trata de sistemas con muy pocos aparatos sanitarios, la sobrecarga puede producir condiciones inconvenientes de funcionamiento.
Para estimar la máxima demanda de agua en un edificio debe tenerse en cuenta si el tipo de servicio que van a prestar los aparatos es publico o privado.
◦Aparatos de uso privado: cuando los baños son de uso privado existen menores posibilidades de uso simultáneo, para estimar sus unidades de gasto se puede recurrir ciertos valores mostrados en tablas del Reglamento Nacional de Construcción.
◦Aparatos de uso público: cuando se encuentran ubicados en baños de servicio público, es decir que varios aparatos pueden ser utilizados por diferentes personas simultáneamente; unidades de gasto en tablas del Reglamento Nacional de Construcción.

Al aplicarse el método debe tomarse en cuenta si los aparatos son de tanque o de válvula, pues tienen diferentes unidades de gasto.
Una vez calculada el total de unidades de gasto, se podrán determinar “los gastos probable” para la aplicación del Método Hunter.


Criterios para el cálculo de las redes de distribución


◦Los diámetros de las tuberías de distribución se calcularán con los gastos probables obtenidos según el número de unidades de gasto de los aparatos sanitarios para servir.

◦La presión mínima en la salida de los aparatos sanitarios será de 3.5 m, salvo aquellos equipados con válvulas semi-automáticas o equipos especiales en los que la presión estará dada por las recomendaciones de los fabricantes, aproximadamente entre 7 y 10.5 m.
◦Para el cálculo de las tuberías de distribución, la velocidad mínima será de 0.6 m/s, y la velocidad máxima según tablas.
◦La presión estática no será superior a 35 m para evitar los ruidos molestos y el deterioro de la red.

Procedimiento de cálculo
•Efectuar un isométrico de la red de agua identificando cada punto de entrega a un aparato o grupo de aparatos sanitarios.
•Ubicar el punto mas desfavorable que debe tener presión mínima; siendo este el mas alejado horizontalmente y el mas elevado con respecto a la cota de la red publica.
•Ubicar el tramo mas desfavorable y calcular para el las unidades de gasto (unidades Hunter) sumando progresivamente de arriba hacia abajo hasta el punto inicial del tramo.
•Determinar el o los gastos probables para el tramo.
•Calcular la pérdida de carga disponible para el punto más desfavorable.
•Asumir diámetros y con los gastos respectivos obtener las perdidas de carga parciales.
•Verificar que la suma de perdidas de carga parciales sea menor que la perdida de carga disponible para aceptar los diámetros asumidos.


◦Para el cálculo de las redes de distribución se utilizó el Método de Hunter, de “gastos probables”, ya detallado anteriormente, se realizó la isometría de la vivienda (planos adjuntos), y se consideraron las siguientes unidades de gasto (UG) para cada aparato sanitario:



SERVICIO DE AGUA CALIENTE

Los sistemas de abastecimiento de agua caliente están constituidos por un calentador con o sin tanque acumulador, una canalización que transporta el agua hasta la toma mas alejada y a continuación una canalización de retorno que devuelve al calentado el agua no utilizada (esta tubería no es requerida en pequeñas instalaciones).

De esta manera se mantiene una circulación constante y el agua caliente sale enseguida por el artefacto, sin necesidad de dar primero salida al agua enfriada que habría permanecido en la conducción si no existiera el escape del conducto de retorno.
Los tubos de cobre son los mas aconsejables en las instalaciones de agua caliente, aunque los mas usados son los de plástico CPVC.


REDES DE DESAGUE Y VENTILACION
El sistema integral de desagüe deberá ser diseñado y construido en forma tal que las aguas servidas sean evacuadas rápidamente desde todo aparato sanitario, sumidero u otro punto de colección hasta el lugar de descarga, con velocidades que permitan el arrastre de las materias en suspensión, evitando obstrucciones y depósitos de materiales fácilmente putrescibles.

El sistema deberá prever diferentes puntos de ventilación, distribuidos de tal forma que impidan la formación de vacíos o alzas de presión que pudieran hacer descargar las trampas o introducir malos olores a la edificación.

Las edificaciones situadas donde exista un colector público de desagüe, deberán tener obligatoriamente conectadas sus instalaciones domiciliarias de desagüe a dicho colector.

Esta conexión de desagüe a la red pública se realiza mediante caja de albañilería o buzón de dimensiones y de profundidad apropiada.
El diámetro del colector principal de desagüe de una edificación debe calcularse para las condiciones de máxima descarga.

METODOLOGIA Y CONSIDERACIONES
◦Para el cálculo de las redes de distribución se utilizó el Método de Hunter, de “gastos probables”, ya detallado anteriormente, se realizó la isometría de la vivienda (planos adjuntos), y se consideraron las siguientes unidades de gasto (UG) para cada aparato sanitario:

UG
Medio baño       4

1 lavadero         1

1 inodoro          3


Baño completo          6

1 lavadero                  1

1 inodoro                   3

1 ducha                      2

Lavadero de cocina    3

Lavadero de ropa       3

Grifo de riego             1

◦En cuanto a la presión de la red pública asumida, se tomó un valor que estuviera dentro del rango de presiones al que se encuentra la ciudad de Lima, que es entre 14 m y 18 m.
◦Se consideró una dotación diaria de 200 litros/persona, con un promedio de 5 personas en la vivienda estudiada.
◦La vivienda tiene una altura entre el piso terminado inferior y el superior (del segundo piso) de 3 metros (20 cm. de espesor de losa aligerada). La ducha se colocó a 2 metros de altura, el inodoro se consideró con tanque.
◦Para el agua caliente se colocó una terma de 30 litros por cada baño completo, ubicadas dentro de ellos.
◦Se asumió también para la vivienda un sistema de distribución de agua indirecto representado por un tanque elevado de 1 m3 (1000 litros), alimentado directamente de la red pública en la noche, y que sirve para abastecer de agua a los baños de las segunda planta por gravedad, en caso de paralización del sistema directo.
◦Debido al tanque instalado, se ubicó a la entrada de agua de la red, después del medidor, una válvula de retención o check, para evitar el reflujo de agua y pérdidas.


CALCULOS Y RESULTADOS

Presión de la red = 16.5 m
Presión mínima de salida = 3.5 m
Altura total = Ht = 5 m

•Determinación del punto y tramo más desfavorable de la red

De acuerdo al isométrico presentado el punto más desfavorable es el punto X, en consecuencia el tramo más desfavorable es el comprendido entre los siguientes puntos: Med-A, A-B, B-C, C-D, D-X.
•Cálculo de la pérdida de carga disponible (hfd)

hf = Pred - Psalida - Ht
hf = 16.5 - 3.5 - 5 = 8 m

•Determinación de las unidades de gastos y gastos probables por tramos (Tabla Nº 9)

Tramo                                   Unidades de gasto                                   Gasto Probable (l/s)                  Med-A                                             23                                                            0.595

A-B                                                  22                                                              0.58

B-C                                                  18                                                              0. 50

C-D                                                  12                                                              0.38

D-X                                                  6                                                                0.25


•Cálculo de la pérdida de carga por tramos

Tramo Med-A
Q = 0.595 l/s
Ø = ¾ “ V = 1.973 (0.595) = 2.087 m/s < V max 2.2 m/s
(0.75)2 > V min 0.6 m/s
s = ( 0.595 )1.85 = 0.286 m
(2.492 x 0.752.63)1.85

Accesorios
1 válvula de compuerta x ¾” 0.1
1 válvula de retención x ¾” 1.6
2 válvulas de paso x ¾” 0.2
1.9 m
hf = 0.286 x (2 + 1.9) = 1.115 m

Tramo A-B
Q = 0.58 l/s
Ø = ¾ “ V = 1.973 (0.58) = 2.034 m/s < V max 2.2 m/s
(0.75)2 > V min 0.6 m/s
s = ( 0.58 )1.85 = 0.273 m
(2.492 x 0.752.63)1.85

Accesorios
1 Tee de salida lateral x ¾” 1.4
2 Codos 90º x ¾” 1.2
2.6 m
hf = 0.273 x (2.85 + 2.6) = 1.488 m

Tramo B-C
Q = 0.50 l/s
Ø = ¾ “ V = 1.973 (0.50) = 1.753 m/s < V max 2.2 m/s
(0.75)2 > V min 0.6 m/s
s = ( 0.50 )1.85 = 0.207 m
(2.492 x 0.752.63)1.85

Accesorios
1 Tee de salida lateral x ¾” 1.4
1.4 m
hf = 0.207 x (5.60 + 1.4) = 1.449 m

Tramo C-D
Q = 0.38 l/s
Ø = ¾ “ V = 1.973 (0.38) = 1.33 m/s < V max 2.2 m/s
(0.75)2 > V min 0.6 m/s
s = ( 0.38 )1.85 = 0.125 m
(2.492 x 0.752.63)1.85

Accesorios
1 Tee de salida bilateral x ¾” 1.4
3 Codos 90º x ¾” 1.8
3.2 m
hf = 0.125 x (6.05 + 3.2) = 1.156 m

Tramo D-X
Q = 0.25 l/s
Ø = ½” V = 1.973 (0.25) = 1.973 m/s > V max 1.9 m/s
(0.50)2 > V min 0.6 m/s
Q = 0.25 l/s
Ø = ¾ “ V = 1.973 (0.25) = 0.877 m/s < V max 2.2 m/s
(0.75)2 > V min 0.6 m/s
s = ( 0.25 )1.85 = 0.057 m
(2.492 x 0.752.63)1.85

Accesorios
1 Tee de salida lateral x ¾” 1.4
1 válvula de compuerta x ½” 0.1
1 Codo 90º x ¾” 0.6
2.1 m
hf = 0.057 x (3 + 1 + 2.1) = 0.347 m

Sumatoria de pérdidas de carga por tramos:
hf = 1.115 + 1.488 + 1.449 + 1.156 + 0.347 = 5.56 m < 8 m disponible
•Cálculo de las presiones de salida

PA = Pred -- hf Med-A = 16.50 - 1.115 = 15.385 m
PB = PA -- hf A-B = 15.385 - 1.488 = 13.897 m
PC = PB -- hf B-C = 13.897 - 1.449 = 12.448 m
PD = PC -- hf C-D = 12.448 - 1.156 = 11.292 m
PX = PD -- hf D-X -- H = 11.292 - 0.347 - 2 = 8.945 m
PX = 8.945 m > Psalida mínima = 3.5 m

Frank Lloyd Wright

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Nació en Richland Center, (Wisconsin) en el seno de una humilde familia. La infancia de Wright fue tormentosa, pues las desavenencias entre su madre, Anna Lloyd-Jones y su padre, William Carey Wright eran constantes.
Su padre se marchó de casa y Frank no se lo perdonaría jamás, llegando a cambiar los apellidos. Durante tres años estudió ingeniería en la Universidad de Wisconsin y trabajó al mismo tiempo en un despacho de arquitectura como delineante, algo que él consideraba demasiado poco para sus aspiraciones. En 1888 se incorporó al prestigioso estudio de Dankmar Adler y Louis Sullivan, donde diseñó principalmente edificios de viviendas, que pronto realizó con plena independencia. Al año siguiente se instaló en Oak Park, un barrio periférico de Chicago, para continuar allí su trabajo.

En 1893 Wright se asoció con otro arquitecto por unos pocos años, hasta que en 1896 abrió su propio despacho de arquitectura. En estos años diseñó la Casa Winslow, en River Forest, Illinois, la primera de la famosa serie de viviendas de pradera. Se trata de casas unifamiliares, fuertemente integradas en su entorno. Las cubiertas sobresalen considerablemente de las fachadas y las ventanas forman una secuencia continua horizontal. El núcleo central de las viviendas lo constituye una gran chimenea, alrededor de la cual se disponen las estancias. Otras casas diseñadas en este estilo fueron, por ejemplo, la de Willitts, en Highland Park, Illinois, y la D. Martin, en Buffalo, Nueva York.

Wright creó un nuevo concepto respecto a los espacios interiores de los edificios, que aplicó en sus casas de pradera, pero también en sus demás obras. Wright rechaza el criterio existente hasta entonces de los espacios interiores como estancias cerradas y aisladas de las demás, y diseña espacios en los que cada habitación o sala se abre a las demás, con lo que consigue una gran transparencia visual, una profusión de luz y una sensación de amplitud y abertura. Para diferenciar una zona de la otra, recurre a divisiones de material ligero o a techos de altura diferente, evitando los cerramientos sólidos innecesarios. Con todo ello, Wright estableció por primera vez la diferencia entre "espacios definidos" y "espacios cerrados".

Le Corbusier

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Nació en La Chaux-de-Fonds, en francófona suiza, con el nombre de Charles Edouard Jeanneret-Gris. A los 29 años se trasladó a París donde adoptó el seudónimo "Le Corbusier", el apellido de su abuelo materno. Su padre se dedicaba a lacar cajas de relojes para la industria relojera de su ciudad natal, y su madre fue pianista y profesora de música.

En 1900 Le Corbusier comenzó su aprendizaje como grabador y cincelador en la escuela de arte de La Chaux-de-Fonds, en Suiza. Uno de sus profesores, Charles L'Eplattenier, le orientó hacia la pintura y después hacia la arquitectura. En 1905 diseñó su primer edificio, una casa unifamiliar para un miembro de la Escuela de Arte la Villa Vallet. En los próximos diez años hizo numerosos edificios, que no obstante todavía no llevan su sello característico posterior, y que él mismo no incluyó en el registro de sus obras.

Ya en París, trabajó durante 15 meses en el estudio de Auguste Perret, arquitecto pionero en la técnica de construcción hormigón armado. A continuación viajó a Alemania para estudiar las tendencias arquitectónicas de ese país. Allí conoció a Ludwig Mies van der Rohe y Walter Gropius. Visitó también Berlín, donde se familiarizó con la obra de Frank Lloyd Wright, que por aquel entonces comenzaba a ser apreciada en Europa. El año 1911 lo dedicó por completo a viajar. Desde Viena fue a Rumanía, Turquía, Grecia e Italia y a su regreso fue profesor durante dos años en el departamento de arquitectura y decoración de la Escuela de Arte de París.

En 1922 Le Corbusier abrió un despacho de arquitectura con su primo Pierre Jeanneret, con el cual mantuvo su asociación hasta 1940. Inicialmente los dos diseñan casi exclusivamente edificios residenciales. Uno de sus grandes proyectos de estos años, en este caso como urbanista, es su diseño conceptual de una ciudad de tres millones de habitantes, la Ville Contemporaine.

En octubre de 1929 Le Corbusier dicta en Buenos Aires un ciclo de diez conferencias, invitado por la Asociación Amigos del Arte. En este viaje también visita Río de Janeiro y Asunción.

Le Corbusier fue un trabajador incansable. Realizó innumerables proyectos, muchos de los cuales nunca llegaron a realizarse, pero que marcaron a generaciones posteriores de arquitectos.

Alvar Aalto

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Alvar Aalto, Arquitecto y diseñador finlandés, es uno de los más destacados del siglo XX; logró dotar al racionalismo puro, tanto en sus edificios como en sus muebles, de un encanto y calidez poco comunes.


Aalto nació el 3 de febrero de 1898 en Kuortane, y se graduó en la Escuela Politécnica de Helsinki.
Sus primeros edificios famosos son las oficinas e imprenta de un periódico en Turku (1927-1930), célebre por las columnas afiladas que sostienen el techo de la sala de prensa; la biblioteca de Viipuri, que se ha convertido en ejemplo de este tipo de edificios para la arquitectura moderna; y el sanatorio antituberculoso de Paimio (1929-1933), donde, además de los avances tecnológicos, los pacientes disfrutan de elementos arquitectónicos como los soleados balcones, abiertos hacia unas magníficas vistas. Para éste y para otros muchos edificios, Aalto y su primera mujer, Aino Marsio, diseñaron la decoración y los muebles, casi siempre de madera laminada.

En 1935 fundaron la empresa Artek, que todavía hoy produce un mobiliario innovador. La reputación internacional de Aalto creció con una serie de edificios anteriores a la II Guerra Mundial, todos ellos realizados con estructuras de madera, como el Pabellón de Finlandia de la Exposición Internacional de París de 1937 o la Villa Mairea (1938-1939), construida para un cliente acomodado, en donde además consigue, siguiendo los principios de la arquitectura racionalista, una sensación de lujo hasta entonces nunca lograda.

Llegó a los Estados Unidos en 1940 como profesor invitado por el Massachusetts Institute of Technology (MIT), y allí permaneció ocho años, durante los cuales proyectó la Baker House (1947), una sorprendente residencia cuya planta serpentea junto al río Charles.

Aalto regresó a Finlandia en 1948 para dirigir la Oficina de Reconstrucción de este país, después de la devastación producida por la II Guerra Mundial. Ideó para Säynätsalo, una villa isleña, el Ayuntamiento (1950-1952), de ladrillo y madera, elevado sobre un podium. De los edificios de Aalto en Helsinki, el más impresionante es la Casa de la Cultura (1967-1975), situada a la orilla del lago.

Aalto murió el 11 de mayo de 1976, en Helsinki.