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MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS INSTALACIONES HIDRAULICAS 1. SISTEMA DE AGUA AGUA POTABLE POTABLE EN FUENTE DE PLAZA PLAZA PRINCIPAL. PRINCIPAL. 1.1. CÁLCULO DEL GASTO. Para el cálculo de las dotaciones se ha considerado los parámetros que fija el Reglamento Nacional de Edificaciones IS .010 en el ítem 2.2 Dotaciones diarias mínimas de agua para uso doméstico, comercial, industrial, riego de jardines u otros fines. Para el cálculo del gasto total se ha realizado el cuadro de gastos por cada boquilla utilizada en el sistema de presión de la fuente de la plaza principal de Espinar, para lo cual se ha recurrido a los manuales técnicos de las boquillas a utilizar, comparado dichos valores según dotaciones del R.N.E. de acuerdo al uso de cada una de las áreas, encontrando finalmente la demanda total en (L/min). Tabla. Calculo de los gastos de boquillas en fuente de la Plaza Principal de Espinar.
TABLA RESUMEN DE CALCULO DE DOTACIONES EN FUENTE DE PLAZA PRINCIPAL ITEM
AMBIENTES
CANTIDAD
TOTAL PARCIAL (L/min) L/mi n 90.00 L/mi n 440.00
G ASTO
1
BOQUILLA PARA FUENTE DE AGUA TIPO CORONA ESPECIAL
1
Und
90
2
BOQUILLA PARA FUENTE DE AGUA DE CHORRO TIPO LA NZA - I
16
Und
27.5
TOTAL
530.00
Tabla. Calculo de los gastos de riego en áreas verdes de la Plaza Principal de Espinar. TABLA RESUMEN RESUMEN DE CALCULO DE DOTACIONES EN FU ENTE DE PLAZA PRINCIPAL
ITEM
AMBIENTES
AREA
G ASTO
1
AREA V ERDE 01
496.68
m2
2
L/di a/m2
2
AREA V ERDE 02
269.68
m2
2
L/di a/m2
3
AREA V ERDE 03
134.67
m2
2
L/di a/m2
4
AREA V ERDE 04
261.52
m2
2
L/di a/m2
5
AREA V ERDE 05
353.39
m2
2
L/di a/m2
6
AREA V ERDE 06
15.66
m2
2
L/di a/m2
TOTAL
TOTAL PARCIAL (L/dia) 993.36 539.36 269.34 523.04 706.78 31.32
3,063.20
1.2. CÁLCULO DE ALMACENAMIENTO. ALMACENAMIENTO. Para el cálculo del volumen de almacenamiento, se ha considerado solamente el volumen necesario para la fuente de agua, por lo que el volumen de riego no se considera para el almacenamiento en vista que este sistema será abastecido directamente de la red de agua. Se ha considerado como cisterna el volumen de la base de la fuente de la Plaza Principal así como una cisterna de apoyo ubicado en la misma cota, para poder contar con la cantidad de agua solicitada
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por el sistema de boquillas propuesto. El sistema de Bombeo se realizara a través de una bomba de superficie por carga, para la elección de la bomba, se tomara como referencia una ficha técnica para seleccionar la bomba centrifuga considerando la curvas de Altura Dinámica Total vs Caudal.
Cisterna: La capacidad o volumen del cisterna para la carga de agua (Vc) será la misma que la demanda Total, tomando en consideración que el sistema necesita 5 min para ir del último punto de la fuente y recorrer todo el tramo para llegar a la bomba nuevamente en un sistema cerrado y continuo por lo cual, el volumen será la multiplicación del gasto total por los 5 minutos que demora el recorrido del sistema:
Vc = 2.65 m3 (Gasto para consumo de Boquillas) Dicha capacidad solicitada por el sistema será dividido en dos cisternas, uno conformado por la misma fuente y el otro adicional para un trabajo en paralelo y así abastecer en conjunto toda el agua que requiere el sistema para un trabajo optimo, por lo cual el volumen a considerar en el sistema será el gasto calculado por el consumo de las boquillas.
1.3. CÁLCULO DE REDES PARA EL SISTEMA DE LA FUENTE. El sistema de abastecimiento será indirecto, de la red pública de la Calle A, donde se ubica una red de agua potable de 4.00” de donde se tomara la conexión domiciliaria de Ø 1 ” para el abastecimiento del cisterna y las redes del sistema de riego, la línea de aducción (del medidor hasta la Cisterna) será de Ø 1” y del medidor a las redes de riego será de 3/4” el medidor general será de Ø 3/4”. Considerando la presión mínima en la zona como 10 metros, se procedió a realizar los cálculos. Cálculo de la linea de aducción
Volumen de cisterna (Lt) Tiempo de llenado (h) Caudal (Lt/s)
2650 1 0.74
Diametro 1"=0.0254m Velocidad(m/s) Longitud fisica(m) Longitud equivalente (m) Perdida de carga en el medidor (m)
0.0254 1.45 42.17 3.58 2.5
C Presión inicial S(m/m)
140 10 0.11
L total (m) hf (m)
45.75 4.89
Presión de entrada a cisterna
Con respecto a la línea de aducción = 1 ”
Pérdida en la acometida = 0.51 m.
Pérdida en el medidor = 2.50 m.
La presión de entrada calculada a la cisterna es de:
2.61
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P = 2.61 metros. 1.4. CALCULO DEL SISTEMA POR BOMBEO De acuerdo a los diseños previos el volumen del tanque cisterna es de: 2 650L. Para el sistema proyectado en el diseño de la fuente de agua del proyecto se consideró el sistema de impulsión por bomba hasta tener la presión necesaria en la boquilla (Corona Especial) que se encuentra sobre la fuente así como las boquillas (tipo lanza I) que se encuentran distribuidas en forma circular en la fuente de agua. El sistema estará conformado por un sistema de tuberías que se encuentran sobre la fuente donde se ha instalado las boquillas tipo lanza y la boquilla tipo corona, el agua que es llenada en la fuente también se llenara en el cisterna que se encuentra en paralelo, una vez lleno el sistema, esta pasara a través de tubería SCH40 de 3” de diámetro a las bombas que se encuentran en el cuarto especial diseñado para ello, las bombas trabajan en conjunto e impulsaran el agua a través de las tuberías de SCH40 de 1.5 ” y 2.5” a las boquillas que se encuentran instaladas en la fuente y proporcionar la presión necesaria para que el agua salga en dirección vertical generando el efecto deseado.
Para este procedimiento se buscara la altura dinámica total (ADT) más crítica del sistema con lo cual podremos calcular la potencia de la bomba; para determinada la altura dinámica total más crítica, se utilizara el método de Hunter; para ello primero determinaremos según los cuadros siguientes los gastos más probables de todos los aparatos que comprenden el sistema de la fuente. COMPONENTE: FUENTE CIRCULAR TIPO LANZA I
PISO AMBIENTE 1
FUENTE
EQUIPO Boquilla de Chorro Tipo Lanza I
APARATOS DE USO EN FUENTE UNIDAD DE UNIDADES DE Nº DE GASTO SEGÚN GASTO PARCIAL APARATOS EN FUENTE FICHA TECNICA 16.0
90.0
1440.00
DE AGUA
TOTAL U.H. GASTO PARCIAL (L/s)
1440.00 7.36
COMPONENTE: FUENTE TIPO CORONA ESPECIAL
PISO AMBIENTE 1
FUENTE
EQUIPO Boquilla de Chorro Tipo Corona Especial
APARATOS DE USO EN FUENTE UNIDAD DE UNIDADES DE Nº DE GASTO SEGÚN GASTO PARCIAL APARATOS EN FUENTE FICHA TECNICA 1.0
27.5
27.50
DE AGUA
TOTAL U.H. GASTO PARCIAL (L/s)
27.50 1.50
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Se determinó el gasto más probable en base a las Unidades de gasto de cada una de los accesorios según su manual técnico. (Método indicado en el RNE IS 0.10), aparatos de uso público por ser una infraestructura Publica (Anexo N°2 del RNE IS 0.10)
1.4.2 CALCULO DE LAS LINEAS DE ALIMENTACIÓN Una vez calculado los gastos más probables del sistema, en base a los datos técnicos de los accesorios se procede a realizar el cálculo previo de todos los diámetros en las redes de succión e impulsión, para el cálculo previo de los diámetros, estos estarán en función de los caudales, de las U.H. y del tipo de aparato sanitario escogido, los resultados de los diámetros previos en las redes son los siguientes: CALCULO DE LAS DIAMETROS EN FUNCION DE LAS U.H. Y LOS CAU DALES
COMPONENTE COMPONENTE TIPO LANZA COMPONENTE TIPO CORONA
UNIDADES HUNTER 1440.00 27.50
CAUDAL (L/s)
ø (pulg) Designado
ø (mm) Interior
Velocidad (m/s)
Verificación Velocidad
7.36
2 1/2
1.50
67 40
2.09
1 1/2
OK OK
1.19
En base a los caudales determinados se diseñó los diámetros de los alimentadores a los componentes en función a los rangos de velocidad que recomienda el RNE IS 010 donde la velocidad mínima será 0.60 y la velocidad máxima según la siguiente tabla:
El cálculo previo de los diámetros servirá para la verificación de los puntos más críticos del sistema, controlando las presiones y las velocidades según los diámetros elegidos.
1.4.3 CALCULO DEL PUNTO MÁS DESFAVORABLE. El punto más desfavorable del sistema se encuentra en el último punto de la fuente, donde se encuentra ubicado la boquilla tipo corona especial, el punto de salida de agua está a un nivel de + 5.40 NPT.
El cálculo del punto más desfavorable se realizó tomando en cuenta las pérdidas de carga del sistema, en función de la longitud equivalente, las unidades Hunter, los caudales y los diámetros asumidos. Se determinó las pérdidas de carga para cada uno de los subsistemas tanto para la Boquilla Tipo Lanza como Para la boquilla Tipo Corona Especial.
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Se presenta a continuación los cálculos para la Boquilla tipo Corona, de acuerdo a los cuadros siguientes: CALCULO PUNTO MAS DESFAVORABLE RED EN LA BOQUILLA TIPO CORONA
Longitud Tramo
Bomba-A
Gasto
tramo
equivalente
[m]
[m]
Di áme tro
QP
U.H.
Ve locida d
Pérdidas Fricción
Accesorios
[l/s]
(in)
[mm]
[m/s]
[m.c.a.]
[m.c.a.] 0.05
1.00
1.4
30.00
1.50
1 1/2
40
1.19
0.04
A-B
12.00
1.4
30.00
1.50
1 1/2
40
1.19
0.46
0.05
B-C
1.50
1.1
30.00
1.50
1 1/2
40
1.19
0.06
0.04
C-D
4.00
2.5
30.00
1.50
1 1/2
40
1.19
0.15
0.10
PARCIAL
0.71
0.25
TOTAL
0.96
Para el cálculo de la longitud equivalente del sistema se tomó en cuenta los valores de los diferentes accesorios que comprenden el recorrido de la tubería hasta llegar al punto deseado, posteriormente se calculó su valor como longitud de tubería de acuerdo al cuadro de comparación, encontrado los diferentes valores ya sea para codos, tees, válvulas y los diferentes accesorios que comprende el recorrido, encontrando los siguientes valores: LONGITUD EQUIVALENTE
Diámetro Tramo
Longitud equivalente
Longitud equivalente unitario
valvula com .
(in)
[m]
N°
codo
N°
tee
N°
Bomba-A
1 1/2
1.4
1
1.1
0
0.9
1
0.3
A-B
1 1/2
1.4
1
1.1
0
0.9
1
0.3
B-C
1 1/2
1.1
1
1.1
0
0.9
0
0.3
C-D
1 1/2
2.5
2
1.1
0
0.9
1
0.3
Se presenta a continuación los cálculos para la Boquilla tipo Lanza I, de acuerdo a los cuadros siguientes: CALCULO PUNTO MAS DESFAVORABLE REDES DE AGUA POTABLE
Longitud Tramo
Gasto
tramo
equivalente
[m]
[m]
Bomba-A
1
4.7
1440
7.36
A-B
10.00
2.1
1440
7.36
B-C
3.50
4.2
1440
C-D
3.50
4.2
D-E
3.50
4.2
U.H.
Diá me tro
QP [l/s]
(in)
Ve locida d
Pérdidas Fricción
Accesorios
[mm]
[m/s]
[m.c.a.]
[m.c.a.]
3
82
1.39
0.02
0.10
3
82
1.39
0.22
0.05
7.36
3
82
1.39
0.08
0.09
1440
7.36
3
82
1.39
0.08
0.09
1440
7.36
3
82
1.39
0.08
0.09
PARCIAL
0.48
0.43
TOTAL
0.90
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LONGITUD EQUIVALENTE Diámetro Tramo (in)
Longitud equivalente
Longitud equivalente unitario
[m]
N°
codo
N°
tee
N°
valvula comp.
Bomba-A
3
4.7
2
2.1
0
1.6
1
0.5
A-B
3
2.1
1
2.1
0
1.6
0
0.5
B-C
3
4.2
2
2.1
0
1.6
0
0.5
C-D
3
4.2
2
2.1
0
1.6
0
0.5
D-E
3
4.2
2
2.1
0
1.6
0
0.5
1.4.4 Calculo de la Altura Dinámica Total Para el sistema tipo Corona (ADT) Para el cálculo de la altura dinámica total, se utilizó la siguiente expresión:
ADT = Hf + Hs + Ha + Hg
Dónde: Hf : perdidas
de carga por fricción en las tuberías, Se halla usando la fórmula de Hazen y
Willians a ello se le agrega la pérdida de carga en la Bomba que es de 5 m.c.a. dónde:
= 10.67 ∗
.8 ∗ .8 ∗4.3
Hf = 5.96 m.c.a.
Hs : presión
de salida en el punto más desfavorable, en este caso para el sistema de agua a
presión propuesto, será: Hs = 3.60 m.c.a.
Ha : altura de aspiración o distancia entre la bomba y el nivel de agua, en este caso se tomara en cuenta el corte de perfil de la cisterna, siendo este:
Ha = 2.00 m.c.a.
Hg : diferencia de cotas entre la bomba y el punto más desfavorable: Hg = 5.00 m.c.a.
Reemplazando los datos se tiene lo siguiente: ADT = 5.96 + 3.60 + 2.00 + 5.00
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ADT = 16.56 m.c.a. 1.4.5 CALCULO DE LAS BOMBAS PARA EL SISTEMA TIPO CORONA: Con los datos:
Caudal
= 1.50 l/s
Altura Dinámica Total
= 16.56 m
Eficiencia de motor y bomba de N = 65%
Caudal al 100%
= 1.50 l/s
Para el cálculo de la bomba se usara la siguiente formula:
=
Reemplazando se tiene:
()() 75
Potencia: 0.58 HP
Se usara una bomba de: Potencia =
1.0 HP
1.4.4 Calculo de la Altura Dinámica Total Para el sistema tipo Lanza I (ADT) Para el cálculo de la altura dinámica total, se utilizó la siguiente expresión:
ADT = Hf + Hs + Ha + Hg
Dónde: Hf : perdidas
de carga por fricción en las tuberías, Se halla usando la fórmula de Hazen y
Willians a ello se le agrega la pérdida de carga en la Bomba que es de 5 m.c.a. dónde:
= 10.67 ∗
.8 ∗ .8 ∗4.3
Hf = 5.90 m.c.a.
Hs : presión
de salida en el punto más desfavorable, en este caso para el sistema de agua a
presión propuesto, será:
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Hs = 3.50 m.c.a.
Ha : altura de aspiración o distancia entre la bomba y el nivel de agua, en este caso se tomara en cuenta el corte de perfil de la cisterna, siendo este:
Ha = 2.00 m.c.a.
Hg : diferencia de cotas entre la bomba y el punto más desfavorable: Hg = 3.00 m.c.a.
Reemplazando los datos se tiene lo siguiente: ADT = 5.90 + 3.50 + 2.00 + 3.00
ADT = 14.40 m.c.a. 1.4.5 CALCULO DE LAS BOMBAS PARA EL SISTEMA TIPO LANZA-I: Con los datos:
Caudal
= 7.36 l/s
Altura Dinámica Total
= 14.40 m
Eficiencia de motor y bomba de N = 65%
Caudal al 100%
= 7.36 l/s
Para el cálculo de la bomba se usara la siguiente formula:
=
Reemplazando se tiene:
()()
Potencia: 2.17 HP
Se usara una bomba de: Potencia =
2.5 HP
75
