DISEÑO DE UN SISTEMA INDIRECTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE PARA UN EDIFICIO DE 3 PISOS I.
INTRODUCCIÓN
Desde tiempos antiguos el hombre ha venido desarrollando capacidades, por el cual le ha permitido cada vez saciar sus necesidades, desde ya el hombre siempre ha buscado soluciones a los problemas que siempre se le ha presentado, y de manera inteligente ha sabido solucionar; una de tantas problemas ha sido el consumo de agua.
La necesidad de consumir agua, le ha dado que el hombre diseñe formas de cómo llevar el agua de un lugar lejano hasta su habitad. Pero eso no ha sido todo, una vez ya llevada el agua a su domicilio se han presentado varios factores de cómo distribuir el agua en el domicilio y como almacenar agua para todo el día, esto debido a que el diseño de agua potable siempre ha sido pocas horas y también la población (esto generalmente se da en ciudades Grandes), pero el hombre ha buscado soluciones para poder almacenar agua en dicho domicilio.
Una de las muchas soluciones es diseñar un sistema indirecto de abastecimiento de agua potable para los domicilios y así poder tener el recurso agua para los diferentes usos que se le da en dicho domicilio, durante las horas que no hay el servicio.
Este sistema es indirecto ya que el agua proveniente de la red pública no llega directamente a los equipos, sino llegan indirectamente por medio de una cisterna y una bomba que eleva el agua al Tanque Elevado, en este caso cuando la presión de la red pública no es suficiente para abastecer a los pisos altos requerirá este sistema.
II.
OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL
2.2.
III.
Abastecer, almacenar de agua potable en el edificio y elevar la presión disponible en la red interior del edificio, instalando una bomba entre la acometida de la red pública del edificio.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Diseñar un sistema indirecto de abastecimiento de agua potable
REVISION BIBLIOGRAFICA 3.1. INSTALACIÓN DOMICILIARIA DE AGUA POTABLE Las obras necesarias para dotar de este servicio a un inmueble desde la salida de la llave de paso colocada a continuación del medidor o de los sistemas propios de abastecimiento de agua potable, hasta los artefactos. Conjunto de conducciones e instalaciones diseñadas, construidas y autorizadas para abastecer de agua potable a la propiedad, que comprende el arranque domiciliario conectado a la matriz de la red pública y la instalación interior de agua potable. Fuente: Reglamento de instalaciones domiciliarias de agua potable y alcantarillado (RIDAA).
3.2.
TIPOS DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA DE LAS EDIFICACIONES EN LAS INSTALACIONES SANITARIAS INTERIORES Quisiera compartir esta información de estos conceptos básicos de instalaciones Sanitarias en edificaciones. que de hecho son muy importantes. En este caso hablaré de los sistemas en las instalaciones Sanitarias, todo proyectista debe primero saber qué sistema usar para así proyectar de una manera coherente.
3.2.1. SISTEMA DIRECTO DE AGUA Este sistema se abastece directamente de la red Pública, es decir que el agua proveniente de las redes exteriores, ingresa directamente a los servicios Sanitarios, sin ningún equipo de Almacenamiento, sea cisterna o Tanque Elevado.
LO BUENO
Es Ecológica, ya que no depende de Una Bomba centrifuga que consume electricidad (KW/H). Es más económico, ya que se ahorra en comprar tanques de polietileno y hacer una cisterna subterránea y/o tanque elevado de concreto.
LO MALO
Depende mucho de la presión disponible de la Red Pública, que en lima generalmente es de 15PSI. Si se presenta algún Corte por mantenimiento de Tuberías exteriores de Agua por Parte de la Empresa Concesionaria, en este caso Sedapal, el suministro de Agua se corta, perjudicando a los usuarios que optaron por este sistema. No es recomendable para edificios de 3 pisos ya que los últimos niveles posiblemente no cuente con presión suficiente por las variaciones horarias de presión.
CONCLUSIÓN
Este sistema Directo es poco recomendable a nivel general en edificaciones.
3.2.2. SISTEMA INDIRECTO DE AGUA Se dice indirecto ya que el agua proveniente de la red pública no llega directamente a los equipos, sino llegan indirectamente por medio de una cisterna y una bomba que eleva el agua al Tanque Elevado, en este caso cuando la presión de la red pública no es suficiente para abastecer a los pisos altos requerirá este sistema con su variantes acá explicadas en casos:
CASO 1 CISTERNA-BOMBA CENTRIFUGA-TANQUE ELEVADO En este Caso el agua ingresa de la red pública a la cisterna, esta por medio de una bomba centrifuga eleva el agua al tanque elevado, y este por medio de la gravedad abastece a todos los puntos de agua.
- Vivienda Unifamiliar de 2 Pisos - Cisterna Bomba Centrifuga-Tanque Elevado Es recomendable que el proyectista visite el terreno y se averigüe a presión disponible del predio ( Sedapal te lo da), para así hacer cálculos más precisos.
LO BUENO
Sistema usado mayoritariamente, en viviendas unifamiliares y edificios multifamiliares a nivel Nacional. Se puede remplazar en vez de un tanque de Concreto con tanque de polietileno de 1.5m3 o de 2.5m3 depende de la dotación diaria. Es un sistema abastecedor doble en casos de corte de agua, ya que se tiene reserva en la Cisterna y el Tanque Elevado. Buenas Presiones Internas.
LO MALO
Que se debe hacer cada año una limpieza a la Cisterna y al Tanque Elevado. Tiene Consumo eléctrico (KW/H), por lo tanto el funcionamiento de la Bomba será registrada y facturada. Es Antiestético por la Presencia de el Tanque Elevado que "ensucia" la Fachada si es que se propone a la vista del peatón a nivel vereda.
CASO 2 CISTERNA-BOMBAS CENTRIFUGAS (3 BOMBAS)-TANQUE ELEVADO Es lo mismo que el anterior caso sólo que va necesitar unas 3 bombas ( 2 en funcionamiento y una en Stand By) de un caballaje mayor para así vencer la altura dinámica total, así poder elevar el agua al tanque elevado y este por medio de la gravedad abastece los departamentos internos. Como verán en el dibujo los departamentos interiores cuentan con sus respectivos medidores internos de Agua.
LO BUENO
Sistema Muy Eficiente usado en muchos Edificios multifamiliares. Es un sistema abastecedor en casos de corte de agua, el tanque elevado seguirá abasteciendo a los diferentes puntos por gravedad ya que se tiene reserva.
LO MALO
Que se debe hacer cada año una limpieza del Tanque Elevado La bomba tiene gran caballaje y por lo tanto tiene Consumo eléctrico (KW/H) que será elevado por la cantidad de agua.
Las dimensiones de la Cisterna son Enormes, ya que además como pide el Reglamento Nacional de Edificaciones para edificios de 15 metros de altura, deberá tener como mínimo 25m3 sólo de agua contra incendios, aparte de la dotación diaria que estimada será unos 30 m3, por lo tanto será una cisterna muy cara de hacer y dar mantenimiento de Limpieza.
Los pisos inferiores tendrán una sobrepresión por diferencias de alturas Estáticas (concepto de Vasos Comunicantes) aunque eso se resuelve proponiendo "Válvulas Reductoras de Presión" que son caras.
CASO 3 CON EQUIPO HIDRONEUMÁTICO En este caso se utiliza un equipo hidroneumático que es un dispositivo que trabaja la presión del Airé, se basa al principio de Elasticidad del aire cuando es sometido a presión dentro de la Cámara, este sistema es muy bueno para viviendas unifamiliares, pero OJO, no para edificios, los fabricantes ( como hidrostal) te dirán que sí es posible, y es verdad, pero el sistema se hace caro por el hecho de que el hidroneumático trabajará mucho más para elevar el agua a los pisos superiores haciendo el sistema caro por el consumo eléctrico de la bomba que inyecta el agua cada ciclo que se vacía dentro de la membrana del Hidroneumático, además del mantenimiento que se le hará.
LO BUENO
Se evita el tanque elevado que tanto nos disgusta a los Arquitectos, por obvias cuestiones estéticas.
Buena Presión de agua en todos los puntos de agua en la vivienda
LO MALO Cuando se corta el fluido eléctrico la bomba deja de inyectar agua al tanque hidroneumático y este trabaja poco tiempo, es por es que es fundamental que haya fluido eléctrico para su funcionamiento.
Es un sistema que ya no se está usando mucho ya que ocupa espacio, ahora el sistema de Bombas de VV y PC son las que las están opacando a este sistema.
No se recomienda usar en edificios de más de 4 pisos ya que el sistema es muy costoso, más que todo por mantenimiento del equipo, por el enorme tamaño del tanque Hidroneumático que ocupará en el cuarto de máquinas (véase catálogos) y por el consumo de KW/h que facturará.
CASO 4 CON BOMBAS DE VELOCIDAD VARIABLE Y PRESIÓN CONSTANTE Este sistema es uno de los mejores que hay, su uso se está generalizando en el mercado, hay bombas de 3/4 hp para viviendas unifamiliares como bombas de mayor caballaje, su uso es para edificios de más de 8 pisos como de viviendas unifamiliares. Su funcionamiento se basa a que se ajusta automáticamente a la demanda, de la misma bomba eleva el agua a todos los puntos de agua con una excelente presión sin necesidad de usar un tanque elevado.
LO BUENO
Evita el tanque elevado, excelente opción estética. Extraordinaria presión en todos los puntos de agua, ya que la bomba se adaptará a cada artefacto sanitario.
LO MALO
Al igual que el hidroneumático, al haber corte de fluido eléctrico el sistema queda paralizado en ese lapso de tiempo. Se debe hacer mantenimiento periódicamente, ya que el equipo está en funcionamiento cada vez que se use un aparata sanitario. Es un poco costoso y más si es un Edificio Multifamiliar
3.2.3. Sistema Mixto Este Sistema es usado cuando la presión de la red pública es lo suficientemente potente para poder abastecer a los primeros niveles de un edificio, mientras que los pisos superiores se alimenten por gravedad por medio del Tanque Elevado.
IV.
DISEÑOS A REALIZAR 4.1. DISEÑO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION Y MEDIDOR 4.1.1. INFORMACION BASICA Población del edificio 30 personas Dotación 200 lt/persona/día
4.1.2. CALCULO DEL VOLUMEN DE COSUMO DIARIO (VCD) ⁄
4.1.3. DISEÑO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION Y MEDIDOR Para el diseño de la tubería de alimentación consideramos los siguientes datos: Presión de la red pública (PM) Pasión de salida mínima (PS) Desnivel entre la red pública y la cisterna (HT) Longitud de la línea de servicio (L) Tiempo de llenado de la cisterna (T) Accesorios a utilizar: - 1 válvula de paso - 1 válvula de compuerta - 2 codos de 90º - 1 codo de 45º -
4.1.4. VOLUMEN DE LA CISTERNA Según el RNC: el volumen de la cisterna es:
M
Formula general
= 25 lb/pulg2 =1.5 m = 1m = 17 m = 3 horas
4.1.4.1.
CALCULO DE GASTO DE ENTRADA
Reemplazando en:
4.1.4.2.
CALCULO DE LA CARGA DISPONIBLE [ ] ⁄
4.1.4.3.
SELECCIÓN DEL MEDIDOR ⁄
4.1.4.4.
SELECCIÓN DE LA TUBERÍA DE ENTRADA EN LA CISTERNA Asumimos:
Longitud equivalente (Le) 1 válvula de compuerta =0.20 m
1 válvula de paso
=0.20 m
2 codos de 90º
=1.40 m
1 codo de 45º
=0.40 m
Le=0.2+0.2+1.4+0.4=2.2 m LT= Longitud de tubería + perdida por accesorios:
LT= 17+2.2=19.2 m
Perdida de carga en tubería (Hf 1)
4.1.4.5.
DISEÑO DE LA CISTERNA (VC)
4.1.4.6.
DISEÑO DEL TANQUE ELEVADO (VTE)
4.1.4.7.
VOLUMEN DE ALAMCENAMIENTO (VA)
4.1.4.8.
PREDIMENCIONAMIENTO DE LA CISTERNA Consideremos:
Ahora: Consideramos:
Reemplazando en:
Como:
Consideremos:
0.6x0.6
HL=0.6 m
Hu =2 m
L =4.5 m
A =3 m
4.1.5. CALCULO DE LA TUBERÍA DE IMPULSIÓN Y TUBERÍA DE SUCCION
Donde: VTE=Volumen del Tanque Elevado = 2 m Qb =Cantidad de agua a bombearse T = Tiempo de llenado del TE Reemplazando datos:
⁄ ⁄
= 3 horas
TABLA Nº1
Fuente: Reglamento Nacional de construcción
Según la tabla Nº 1: el diámetro de la tubería de impulsión será:
Ǿ i=1” =Tubería de impulsión
Ǿ s=1 ¼” =Tubería de Succión
Válvula de Aire
4.1.6. CALCULO DE POTENCIA DE LA ELECTROBOMBA Datos: VTE = 2 m Qb
= 0.67 lt /seg.
N
= 70% (consideramos)
HT = 15.9 m = 52.15 pies Hs = 3 m = 9.84 pies
4.1.6.1.
CALCULO DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (H DT)
Donde: HDT
= Altura Dinámica Total
HT
= Altura Total
Hs = Altura de Succión Hf = Perdida de carga en la Tub. Sección más pedida de carga en Tub. De impulsión. Pero:
PÈRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS DE SUCCION (Hf s) Para: Qb
= 0.67 lt/seg
Ǿ
= 1 ¼”
S
= 4%
3.3 es igual a la longitud de la Tubería de Succión más un porcentaje de 10 % por longitud equivalente de tubo recto en metros por válvulas y accesorios.
PÈRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS DE SUCCION (Hf i) Para: Qb
= 0.67 lt/seg
Ǿ
= 1”
S
= 18 %
20 es igual a la longitud de la Tubería de impulsión más un porcentaje de 25 % por longitud equivalente de tubo recto en metros por válvulas y accesorios. Reemplazamos en:
4.1.6.2.
CALCULO DE LA POTENCIA DE LA BOMBA
4.1.7. DISEÑO DEL TANQUE ELEVADO Datos: Sección cuadrada VTE =2 m3
4.1.7.1. PREDIMENSIONADO
TIRANTE DE AGUA
Pero:
Consideramos: Nivel de agua Max=0.45 m
4.1.8. CALCULO DE LA TUBERIA DE DISTRIBUCION DENTRO DEL EDIFICIO
Fi ura 1 A 4.0 m C
B
D
2.7 m E
G
F
H 2.7 m
I
L
K
J
3.5 m M
4.6 m
4.3 m
4.2 m
Del grafico anterior se puede ver que el punto más desfavorable es “H”.
4.1.8.1.
CALCULO DE LA GRADIENTE HIDRAULICA:
Donde:
Entonces:
CALCULO DEL TRAMO “AH” TRAMO AC
Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto:
TRAMO CD Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto:
TRAMO DG Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto:
TRAMO GH Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto: CALCULO DE LAS PRESIONES DEL PUNTO “H”
TRAMO HL Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto:
TRAMO GK Asumimos:
Entonces:
Por lo tanto:
CUADRO FINAL L (m)
Le (m)
Sreal (m)
Hfreal (m)
Presión (m)
AC
4
4.8
1.5
0.18
1
0.1
0.48
3.52
CD
4.3 5.16
0.75
0.18
1
0.08
0.4228
3.8872
DG
2.7 3.24
0.75
0.18
1
0.08
0.2592
2.4408
GH
4.2 5.04
0.65
0.18
1
0.13
0.6552
3.5448
HL
2.7 3.24
0.4
0.18
¾
0.075
0.243
6.002
GK
2.7
0.35
0.18
¾
0.075
0.243
4.8978
3.24
UH
Q (l/s)
Smax Ǿ (m/m) (Pulg)
Tramo
