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