Unidad III Instalaciones Interiores 2016

UNIVERSIDAD ANDINA “NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ” FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INSTALACIONES INTERIORES UNIDAD DIDÁCTICA III DISEÑO DE LAS INSTALACIONES DE AGUA

ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES






























Diagrama 01. Pérdida de presión en medidores tipo disco







CUADRO 3.3 Longitudes equivalentes a pérdidas locales





Diagrama 02. Pérdida de carga en metros por 100 metros























2. Se determina el caudal en la tubería, en función del volumen a almacenar, sobre el tiempo de almacenamiento asumido.

= Donde:

Q = Caudal a impulsar V = Volumen a almacenar t = Tiempo de almacenamiento



3. Con el valor del caudal en la tubería se tantea el diámetro de acuerdo a valores prácticos recomendados en el Anexo Nº 5 de la Norma Técnica IS 010 del RNE.



4. Como condición de trabajo, se verifica que la velocidad de flujo se encuentre dentro de la mínima y máximas establecidas en el Ítem 2.3. Inc. f) de la Norma Técnica IS 010 del RNE



5. Se evalúa si el diámetro tanteado para la tubería se considera como “DIÁMETRO ECONÓMICO”, para lo cual debe cumplir con el requisito de que el valor de la pérdida de carga por fricción en toda la longitud de la tubería de impulsión sea menor o igual que el 15 % de la altura estática.

≤ 0.15



= Donde:

impulsión

2

Hf = Pérdida de carga por fricción H = Altura estática f = Coeficiente de fricción L = Longitud de la tubería de impulsión D = Diámetro de la tubería de g = Aceleración de la gravedad V = velocidad ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


El coeficiente de fricción (f) se determina con el diagrama de Moody, en función de la rugosidad relativa (ε/D) y el número de Reynolds (Re), o con el empleo de fórmulas para el cálculo por iteraciones



La rugosidad relativa está dada por: Donde:

⁄

ε = Rugosidad de la tubería (según el material)

D = Diámetro de la tubería, en cm. El número de Reynolds está dado por:

= Donde:

Re = Número de Reynolds V = Velocidad de flujo ν = Viscosidad del agua ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


En caso de que no se cumpla el requisito de que

= 0.15

Se debe cambiar el diámetro tanteado, al diámetro comercial inmediatamente superior al mismo y se repite el proceso de verificación y evaluación ya detallados, el número de veces que sea necesario hasta que se cumpla el requisito ya mencionado.



6. Una vez calculado y determinado el diámetro de la tubería de impulsión, se puede seguir el mismo procedimiento para la determinación del diámetro de la tubería de succión, sin embargo aproximadamente se puede adoptar el mismo diámetro que el de impulsión.



3.4.2 METODOLOGÍA DE CÁLCULO Y ADOPCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO 1. En principio debe determinarse la altura dinámica (Hd) que está dada por:

=

+

+

+

Donde:Hd = Altura dinámica total Hf = Pérdida de carga por fricción (en impulsión) Hs = Pérdida de carga por fricción (en succión) Hm = Sumatoria de pérdidas de carga locales (por accesorios) H = Altura estática (Presión estática) ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


2. Para la determinación de la Sumatoria de pérdidas de carga locales (por accesorios) Hm, se usa la siguiente expresión:

= Donde: para cada

2

κ = Sumatoria de los valores de las constantes “κ”

uno de los accesorios



El uso de la expresión anterior es el resultado de aplicar individualmente para cada accesorio la fórmula kV/2g, que expresa el valor de la pérdida de carga por cada accesorio. En algunos casos, la pérdida de carga por accesorios se calcula, haciendo este equivalente a una longitud de tubería para ser determinada en la forma de pérdida de carga por fricción. Se debe mencionar que en algunos casos el valor de (Hs), es despreciable, esto es cuando la longitud de la tubería de succión es corta. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


3. Determinado el valor de la altura dinámica total, se calcula la potencia de la Bomba con la siguiente fórmula:

= Donde:

75

!

P = Potencia de la Bomba, en HP Q = Caudal a impulsar, en m3/seg. Hd = Altura dinámica total, en m. = Peso específico del agua, en Kg/m3. Nt = Constante de rendimiento de la

Bomba El valor de Nt según algunos textos, se considera entre 0.60 a 0.70, para zona de sierra ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


4. El valor de la Potencia de diseño “Pd” se determina afectando el valor calculado de “P” por un factor de seguridad de “1.5”.

= 1.5 P 5. Finalmente es recomendable adoptar el equipo de bombeo dividiendo la potencia de diseño en: 02 Bombas cuya suma de potencias comerciales sea inmediatamente superior al valor determinado de “Pd”. La Norma Técnica recomienda que en algunos casos el equipo adoptado sea el doble del calculado. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


3.5 REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA El diseño y cálculo de las redes de distribución de agua, comprende la adopción de los diámetros correspondientes de las tuberías de distribución, tanto de alimentadores como de ramales, considerando las características de los diferentes tipos de tuberías a adoptar, de acuerdo a lo establecido en el Ítem 2.3 de la Norma Técnica IS 010 del RNE. Existen diferentes tipos y clases de tuberías de distribución de agua, tales como: Fierro galvanizado Fierro fundido PVC SAP Cobre, entre otros. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


3.5.1 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO Y CÁLCULO DE LAS REDES

Para el diseño y cálculo de las redes debe conocerse la presión mínima de agua requerida en el aparato más crítico, para permitir al mismo un servicio óptimo, y la presión existente en la red pública en el punto de conexión domiciliaria. Según la Norma Técnica, la presión estática máxima en una instalación interior de agua no debe ser superior a 50 metros de columna de agua (0.49 Mpa); en caso de posible presencia de presiones mayores el sistema deberá dividirse por zonas o instalarse válvulas reductoras de presión en las redes. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


En el diseño o planteamiento de la red, deben tomarse en cuenta las siguientes consideraciones: 1) Se debe adoptar el número de válvulas necesario para dotar de absoluta independencia a determinados ambientes o aparatos sanitarios, según sea necesario. 2) Las tuberías horizontales deben ser tendidas, de preferencia en forma paralela a los muros y ocultos en el contrazócalo. 3) Cuanto se trata de edificaciónes de importancia significativa, pueden adoptarse varias conexiones domiciliarias de la red pública, a fin de dar independencia absoluta a determinados ambientes o bloques de la edificación. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


En los cálculos se debe tener en cuenta lo siguiente: 1) Cuando aumenta la altura estática (de un piso superior a otro inferior) aumenta también la presión y viceversa. 2) En los resultados obtenidos, la presión en el punto más crítico debe ser mayor que la presión mínima establecida por las normas, de lo contrario de deben reajustar los diámetros. 3) En la evaluación de los demás puntos de consumo, se considera que obteniendo la presión suficiente en el aparato más crítico, el resto de los puntos también cumplen con este requerimiento. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


3.5.2 ISOMETRÍA DE LA INSTALACIÓN La isometría de la instalación, denominada también, esquema isométrico o perspectiva isométrica, viene a ser un croquis en elevación que representa fielmente el diseño de los planos de planta de cada instalación. En este croquis, las líneas verticales representan tuberías verticales, mientras que las líneas horizontales, paralelas al plano y con una inclinación o encuentro a 30º aproximadamente, representan las tuberías horizontales. En este caso, el ángulo de 30º en el esquema isométrico equivale al de 90º en el plano de planta. En los croquis o planos isométricos, en el caso de edificaciones de varios pisos es conveniente desarrollar aparte de las isometrías de cada una de las redes o instalaciones en todos los pisos, una isometría del sistema de alimentación principal en la edificación ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


3.5.3 METODOLOGÍA DE CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS REDES Para el cálculo y determinación de los diámetros de las redes interiores de tuberías de agua en una edificación, ya sea que se suministre agua por el sistema directo o el indirecto, el Ítem 2.3. Inciso a) de la Norma Técnica, recomienda el uso del “Método de Hunter”.



El método de Hunter, práctico y de fácil aplicación, se basa en la determinación de caudales en las tuberías en función de las unidades de gasto adoptadas para cada aparato sanitario según las tablas de los Anexos 01, 02 y 03 de la Norma Técnica y considerando un incremento en la longitud real de la tubería (longitud equivalente), en compensación a la perdida de carga por accesorios.





Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente o agua fría más el gasto de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la primera columna. Para calcular diámetros de tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras indicadas en la segunda y tercera columna. (*) Debe asumirse este número de unidades de gasto por cada salida.





El principio de este cálculo se basa en la evaluación de la presión resultante, en el punto de servicio más crítico, dentro de la edificación. Estos cálculos se realizan de la siguiente manera: 1) Para cada tramo de tubería, se determina el caudal o gasto que conduce en función de la sumatoria de unidades de gasto de todos los aparatos a que sirve, determinadas con el uso de las tablas de los Anexos 01 y 02 de la Norma Técnica, el caudal se expresa en lt/seg., con el uso de la Tabla del Anexo 03 de la misma Norma. 2) Luego se determina las longitudes de cada tramo, tomando las medidas directamente sobre los planos y se cálcula una Longitud equivalente (Le) adicionando un 20 % de la Longitud Real (L) medida en el plano.

= 1.20



3) Se tantean los diámetros (D), empezando del menor diámetro (diámetro comercial), en el punto más alejado de la conexión o alimentación principal, verificando el cumplimiento de las condiciones de la velocidad de flujo, haciendo uso de la ecuación de continuidad, de donde se tiene:

Q= "*V entonces:

=

"

4 = $ ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


4) Para el siguiente tramo, se continua con el mismo diámetro en tanto cumpla con los rangos de velocidad de flujo permisibles (Vmáx), de lo contrario se pasa al diámetro mayor inmediato y así sucesivamente. 5) Con los valores del caudal y el diámetro adoptado, se determina la pendiente real (Sreal) en el tramo, con el uso del Abaco de Hazen – Williams, o con la aplicación de la siguiente fórmula:

/.01

%&

'(

= 10.62

Donde:

*+,

Q = m3/seg. D = metros ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

.-.


6) Se determina la pérdida de carga por fricción en el tramo (Hf), multiplicando el valor de la pendiente real por el de la longitud equivalente:

= %&

'(

∗

7) Se determina la presión final en cada tramo (Pf), restando de la presión inicial (Pi), la pérdida de carga por fricción en el tramo:

=

3

−



8) Se verifica que la presión final en el tramo, a la salida del aparato más crítico sea igual o mayor a la mínima establecida en la Norma Técnica.

9) En caso de no cumplir con la condición anterior deben tantearse de nuevo los diámetros, incrementándose su dimensión en algunos tramos según resulte necesario. Además, en algunos casos los diámetros adoptados pueden ser reajustados a criterio del proyectista, siempre que se cumplan los requerimientos antes señalados. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNA EDIFICACIÓN EDIFICIO HOTEL

I) TANQUES DE ALMACENAMIENTO 1) Determinación del Consumo total diario de agua (para consumo): Ítem 2.2 N.T. UNIDAD DE DOTACIÓN DOTACIÓN CANTIDAD CONSUMO DIARIA FINAL Semi sótano Playa de Estacionamiento lt/m2/día 2.00 225.00 450.00 1er. Piso Bar (Uso múltiple) lt/m2/día <=100:50,>100:40 152.25 7090.00 2do. Piso Restaurant lt/m2/día <=100:50,>100:40 135.75 6430.00 3er. Piso Hotel (habitaciones) lt/dorm/día 500.00 8.00 4000.00 4to. Piso Hotel (habitaciones) lt/dorm/día 500.00 9.00 4500.00 5to.Piso lt/dorm/día 500.00 9.00 4500.00 Hotel (habitaciones) CONSUMO TOTAL EN LA EDIFICACIÓN (lt/día) 26970.00 PLANTA

TIPO DE SERVICIO


EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNA EDIFICACIÓN


EDIFICIO HOTEL

I) TANQUES DE ALMACENAMIENTO 2) Volumen a almacenar: Ítem 2.4 Inc. e) a) Tanque cisterna:

3 = 6 789ó; <97=97 4

3 = 26970 4

= 20.23 ?.

b) Tanque elevado:

=

1 6 789ó; <97=97 3

=

1 26970 3


= 8.99 ?.



I) TANQUES DE ALMACENAMIENTO 3) Dimensionamiento de los tanques: (Altura de nivel máximo de agua = H) Sección rectangular: según ubicación en la planta arquitectónica: a) Tanque cisterna:

6AB?C;
20.23 ?. ";8O6 = 5.00 ?

";8O6 = 4.046 ? ≅ 4.00 ?

"=C7
6AB?C;
II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 3) Verificación de las condiciones de trabajo: (Velocidad de flujo)

4 0.00125 = $ 0.03175

= 1.5788 ?⁄QC . ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

=

" 4 = $



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 4) Evaluación como diámetro económico de tubería:

Pérdida de carga por fricción

=

2 ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

≤ 0.15

EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNAEDIFICIO EDIFICACIÓN HOTEL


II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: H = 22.15 + 1.80

H = Altura estática L = Longitud de la tubería de impulsión

H = 23.95 m.

L = 9.20 + 0.50 + H L = 9.20 + 0.50 + 23.95 L = 33.65 m. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: Evaluación del diámetro tanteado

H = Altura estática = 23.95 m. ⇒ 0.15 H = 0.15 (23.95) = 3.59 m.




II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN:

=

4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.1) Determinación del Nº de Reynolds (Re): El número de Reynolds está dado por: Donde: Re = Número de Reynolds V = Velocidad de flujo = 1.5788 ?⁄QC . ν = Viscosidad del agua = 1.42 x 10-6 D = Diámetro de la tubería = 0.03175 m.


=

1.5788 0.03175 1.42 x 10−6

= 3.53 x 104



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.2) Determinación de la rugosidad relativa:

⁄

La rugosidad relativa está dada por: Donde: ε = Rugosidad de la tubería (tubería de fºgº) = 0.0152 D = Diámetro de la tubería, en cm. = 3.175 cm. ⁄ = 0.0152⁄3.175 =0.0048



EJEMPLO:

DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNA EDIFICACIÓN EDIFICIO HOTEL

II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.3) Determinación del Coeficiente de fricción: (f) Diagrama de Moody o ecuación de Colebrook-White


⁄ = 0.0048 = 3.53 x 104 = 0.032





=

2

4.3) Determinación de la pérdida de carga por fricción: 33.65 1.5788 = 0.0325 0.03175 2 9.8 = 4.38 m.

Hf = Pérdida de carga por fricción f = Coeficiente de fricción = 0.0325 L = Longitud de la tubería de impulsión = 33.65 m. D = Diámetro de la tubería de impulsión = 0.03175 m. g = Aceleración de la gravedad = 9.8 m/seg2 V = velocidad = 1.5788 ?⁄QC . ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES




Se evalúa si el diámetro tanteado para la tubería se considera como “DIÁMETRO ECONÓMICO”, para lo cual debe cumplir con el requisito de que el valor de la pérdida de carga por fricción en toda la longitud de la tubería de impulsión sea menor o igual que el 15 % de la altura estática.

≤ 0.15

= 4.38 = 23.95 m.

≤ 0.15 4.38 ≤ 0.15 23.95 4.38 ≤ 3.59


;6 8B?VAC



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 2) Tanteo del diámetro de tubería: Tabla Anexo 5

Hasta 3.0 Lt/seg. ⇒ D = 1 ½” D = 1 ½” = 3.81 cm. = 0.0381 m. r = 1.905 cm. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNA EDIFICACIÓN Q= "*V EDIFICIO HOTEL

II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 3) Verificación de las condiciones de trabajo: (Velocidad de flujo)

4 0.00125 = $ 0.0381

= 1.10 ?⁄QC . ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

=

" 4 = $




Pérdida de carga por fricción

=

2 ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

≤ 0.15

EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNAEDIFICIO EDIFICACIÓN HOTEL


II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: H = 22.15 + 1.80 H = 23.95 m. H = Altura estática L = Longitud de la tubería de impulsión

L = 9.20 + 0.50 + H L = 9.20 + 0.50 + 23.95 L = 33.65 m. ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: Evaluación del diámetro tanteado

H = Altura estática = 23.95 m. ⇒ 0.15 H = 0.15 (23.95) = 3.59 m.




II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN:

=

4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.1) Determinación del Nº de Reynolds (Re): El número de Reynolds está dado por: Donde: Re = Número de Reynolds V = Velocidad de flujo = 1.10 ?⁄QC . ν = Viscosidad del agua = 1.42 x 10-6 D = Diámetro de la tubería = 0.0381 m.


=

1.10 0.0381 1.42 x 10−6

= 2.95 x 104



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.2) Determinación de la rugosidad relativa:

⁄

La rugosidad relativa está dada por: Donde: ε = Rugosidad de la tubería (tubería de fºgº) = 0.0152 D = Diámetro de la tubería, en cm. = 3.81 cm. ⁄ = 0.0152⁄3.81 = 0.0040 ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES



II) TUBERÍAS DE IMPULSIÓN Y DE SUCCIÓN: 4) Evaluación como diámetro económico de tubería: 4.3) Determinación del Coeficiente de fricción: (f) Diagrama de Moody o ecuación de Colebrook-White


⁄ = 0.0040 = 2.95 x 104 = 0.031





=

2

4.3) Determinación de la pérdida de carga por fricción: = 0.03171 = 1.73 m.

33.65 1.10 0.0381 2 9.8

Hf = Pérdida de carga por fricción f = Coeficiente de fricción = 0.03171 L = Longitud de la tubería de impulsión = 33.65 m. D = Diámetro de la tubería de impulsión = 0.0381 m. g = Aceleración de la gravedad = 9.8 m/seg2 V = velocidad = 1.10 ?⁄QC . ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES



EDIFICIO HOTEL


Se evalúa si el diámetro tanteado para la tubería se considera como “DIÁMETRO ECONÓMICO”, para lo cual debe cumplir con el requisito de que el valor de la pérdida de carga por fricción en toda la longitud de la tubería de impulsión sea menor o igual que el 15 % de la altura estática.

≤ 0.15 Entonces: D = 1 1/2" Asumimos D = 1 1/2"

≤ 0.15

= 1.73 = 23.95 m.

= =

3.81 cm 3.81 cm

1.73 ≤ 0.15 23.95

Impulsión, Succión


1.73 ≤ 3.59

Q9 8B?VAC



III) EQUIPO DE BOMBEO




















EDIFICIO HOTEL

III) EQUIPO DE BOMBEO a) Determinación de Hm: por cada accesorio

=


2



EDIFICIO HOTEL

III) EQUIPO DE BOMBEO a) Determinación de Hm: por cada accesorio


EJEMPLO: DISEÑO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO EN UNA EDIFICACIÓN Hs = Pérdida de carga por fricción,



EDIFICIO HOTEL


en tramo en succión, m (Caso: Aprox.= 0)




EDIFICIO HOTEL

=

2) Determinación del Equipo de Bombeo: a) Cálculo de la Potencia Requerida: (P)

75

Donde:P = Potencia de la Bomba, en HP Q = Caudal a impulsar, en m3/seg. Hd = Altura dinámica total, en m. = Peso específico del agua, en Kg/m3. Nt = Constante de rendimiento de la Bomba ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES

!




EDIFICIO HOTEL

=

2) Determinación del Equipo de Bombeo: a) Cálculo de la Potencia Requerida: (P)


75

!




= 1.5 P

2) Determinación del Equipo de Bombeo: b) Cálculo de la potencia de diseño: (Pd): Factor de seguridad = 1.5

P = Potencia de la Bomba = 0.67 HP = 1.5 0.67 = 1.0046

≅ 1.00





EDIFICIO HOTEL

2) Determinación del Equipo de Bombeo: c) Adopción del Equipo de Bombeo: Ítem 2.5 Inc. d), e)

Entonces: 2 Bombas de 1.00 HP cada una ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES


EJEMPLO: DISEÑO DE LAS REDES INTERIORES DE DISTRBUCIÓN DE AGUA EN UNA EDIFICACIÓN (casa(casa-departamento)









= 1.20 /.01

%&

'(

= 10.62


*+,

.-.



Unidad III Instalaciones Interiores 2016

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