2.4 Ls Hidrosanitario

CONTRATO Nº CDC-CEZ6-054-2014ESCUELA REPUBLICA DE CHILE_PROPUESTA

CONSULTORÍA DE ESTUDIOS PARA LA INTERVENCIÓN EN LA INFRAESTRUCTURA, MOBILIARIO, EQUIPAMIENTO Y ÁREA DE TERRENO DISPONIBLE, EXISTENTES EN LOS ESTABLECIMIENTOS EDUCATIVOS: 01H00037 JULIO MARÍA MATOVELLE, 01H00153 REPÚBLICA DE CHILE, DEL CANTÓN CUENCA DE LA PROVINCIA DEL AZUAY PERTENECIENTE LA COORDINACIÓN ZONAL 6.

2.4 PROPUESTA SISTEMA HIDROSANITARIO

CONTRATO Nº CDC-CEZ6-054-2014 ESCUELA REPUBLICA DE CHILE_PROPUESTA

99


2.4.1 ANTECEDENTES

2.4.1.1 INTRODUCCIÓN

El equipo consultor después de hacer un análisis técnico, determino que las instalaciones donde funciona la Escuela República de Chile no cumple con los requisitos que demanda los establecimientos de educación moderna, requiriendo demoler gran parte de las estructuras existente para implantar la nueva propuesta arquitectónica con los nuevos estándares que exige el Ministerio de Educación. Motivo por el cual se tiene que diseñar en su totalidad las redes de agua potable, alcantarillado Sanitario y Alcantarillado Pluvial, usando para este fin programas especializados con la finalidad que garanticen un adecuado funcionamiento hidrosanitario al momento de la construcción y funcionamiento.

2.4.1.2 PROPIETARIO DEL PREDIO

El predio se encuentra ubicado en la zona urbana de Cuenca en la calle del Cabogán; Parroquia el Vecino con Coordenadas de Ubicación UTM WGS 84: X= 723754 Y= 9681034.

2.4.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO, ESTRUCTURA Y PLANTAS

El proyecto para la escuela República de Chile contempla la construcción de varios módulos estandarizados según su utilización, y distribuida alrededor de dos patios. Los módulos que disponen de aparatos y que han sido considerados para el diseño Hidrosanitario se muestra en la siguiente tabla.


100


Uso Numero Nivel

Bar 1 1

Cocina 1 1

Laboratorio Química 1 1

Batería Sanitarias 3 1

Dispensario medico 1 2

Área administrativa 1 2

Batería Sanitarias 2 2

Laboratorio Física 2 2

Laboratorio CCNN 2 2

Aulas Jardín 2 2

Laboratorio CCNN 3 3

2.4.3 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGIA DE CÁLCULO DEL PROYECTO HIDROSANITARIO

Las redes de agua potable, alcantarillado sanitario y alcantarillado pluvias fueron modeladas hidráulicamente en el software CYPE.

Para la modelación Hidráulica se utilizó el software de computadora CYPE versión castellano, en el cual se establecen parámetros de ingreso, los cuales sirven como valores de regulación para que el programa con estos realice los cálculos. El programa maneja dos sistemas, uno en el cual calcula los diámetros requeridos y arroja los resultados que se adapten a las condiciones establecidas, y el segundo comprueba que los valores de diámetros de tubería que se han colocado cumplan con los valores especificados.

Para ambos casos mediante un sistema iterativo se calcula el factor de fricción y con ello las pérdidas que se generan en las tuberías. Con estos datos comprueba si la tubería instalada soporta el caudal si es el caso o calcula la tubería necesaria para trasportar el caudal.

2.4.3.1 AGUA POTABLE

Para la determinación del caudal de consumo de la red de distribución se considera el caudal de consumo de las baterías sanitarias tomando el caudal bruto de los aparatos de consumo, ya que existe una gran posibilidad que todos los aparatos funcionen a la vez especialmente en horas de recreo que los niños salen conjuntamente. Para el consumo de los laboratorios, área administrativa, cocina y aulas del jardín de niños se han considerado el caudal simultáneo el cual considera un factor de simultaneidad de 0,30, ya que estos aparatos de consumo no van a funcionar a la vez y en su gran mayoría no se utilizaran en horas de recreo.

El cálculo del caudal simultáneo está en función de la suma de los pesos de los accesorios de consumo cuya expresión es:

Q= 0,30*√P

Dónde:


101


Q : caudal máximo probableP : sumatoria de pesos correspondientes al tramo considerado.

Los consumos a ser considerados para este cálculo han sido extraídos de la base de diseño proporcionada por la empresa ETAPA de la ciudad de Cuenca, y del libro “Agua, desagües y gas para edificaciones” del autor Rafael Pérez, Quinta Edición, ECOE Ediciones; teniendo para estos casos, los siguientes:

Punto de Utilización Caudal (lt/s)

Peso

Inodoro (W) 0.10 0.30

Fregadero de cocina 0,25 0,7

Fregadero de laboratorio 0,1 0,5Lavatorio (L) 0.10 0.50

Urinario(descarga continua) 0,075 0,2

A. Abastecimiento y distribución de agua potable.

Dentro de las características que deberá tener el sistema de abastecimiento de agua potable están las de:

Abastecer en forma continua, en cantidad suficiente, con presión y velocidad adecuada.

Preservación de la calidad de agua para un correcto funcionamiento de las piezas sanitarias y el sistema de tuberías.

En el primer caso para garantizar un abastecimiento de agua potable continua y suficiente se la realizará mediante un sistema de hidroneumático con su respectivo tanque de cisterna de almacenamiento y también se calculará la capacidad de la bomba necesaria para el sistema hidroneumático.

Parámetros de Diseño

Materiales

Las tuberías a utilizarse para el dimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario son lA tubería elastómera y la tubería roscable PP de plastigama este material posee un coeficiente de Manning: 0.015 según las especificaciones que se encuentran en los catálogos de las empresas distribuidoras de tuberías en el Ecuador.

Diámetro de tubería

Nominal (mm y pulg) Interno (mm)

DN110 101,6

DN90 83

DN63 58,2

DN50 46,2

11/2" 37,4


102


El diámetro a utilizar se calculará de forma que la velocidad en la conducción no exceda la velocidad máxima y supere la velocidad mínima establecidas para el cálculo.

Los parámetros que el programa necesita que se ingresen para cualquiera de los casos son los siguientes:

Las velocidades en las tuberías no deben encontrarse fuera de los rangos especificados a continuación:

Velocidad mínima: 0.5 m/s Velocidad máxima: 2.5 m/s

Coeficiente de mayoración para perdida de carga por accesorios: 1.2

Presión en la acometida: 28.0 m.c.a.Presión mínima en puntos de consumo: 30 m.c.a.Presión máxima en puntos de consumo: 40.0 m.c.a.Viscosidad de agua fría: 1.01 x10-6 m²/s

FormulaciónLa formulación utilizada se basa en la fórmula de Darcy-Weisbach y el factor de fricción según Colebrook-White:

hp= f∗L∗v2

D∗2∗g

ℜ= vDVS

fl=64ℜ

1

√ f=−2 log( ε

3.7D+2.51ℜ√ f )

Dónde:

- hp es la pérdida de altura de presión en m.c.a.- f es el factor de fricción- L es la longitud Longitud de la Tubería m- Q es el caudal en m3/s- g es la aceleración de la gravedad- D es el diámetro interno de la conducción en m- Re es el número de Reynolds, que determina el grado de

turbulencia en el flujo- v es la velocidad del fluido en m/s- vs es la viscosidad cinemática del fluido en m2/s- fl es el factor de fricción en régimen laminar (Re < 2500.0)- ft es el factor de fricción en régimen turbulento (Re >=

2500.0)- ε es la rugosidad absoluta de la conducción en m


103


En cada conducción se determina el factor de fricción en función del régimen del fluido en dicha conducción, adoptando fl o ft según sea necesario para calcular la caída de presión.

Se utiliza como umbral de turbulencia un Nº de Reynolds igual a 2500.0.

Pérdida de fricción por accesorios.Para el cálculo de las pérdidas por accesorios se utiliza la siguiente tabla de longitudes equivalentes (Le) para tuberías de PVC:

Cálculos red de agua potable:

Tramo

Caudal

Diámetro Velocidad

Tubería

Longitud Equivalente

TotalJunta

Nominal Conexión

(lt/s)(mm y pulg)

(m/s) (m) (m) (m)

SG-CS 1.02 1 ½” 0.93 6,8 7,8 14,6

CS-N7 7,04 DN110 0,87 1,2 0,0 1,2

N7-N9 4,31 DN90 0,8 9,25 8,2 17,5

N9-NC4 0,61 11/2" 0,56 15,25 7,3 22,6

N9-N4 3,70 DN90 0,68 1,2 8,2 9,4

N4-NC3 3,70 DN90 0,68 19,25 4,2 23,5

NC3-N3 3,40 DN90 0,63 1,45 2,6 4,1

N3-NC2 3,40 DN90 0,63 4,25 4,3 8,6

NC2-NC1 1,80 DN63 0,68 3,6 2,4 6,0

N7-N6 2,72 DN90 0,5 23,08 2,6 25,7

N6-N1 2,72 DN90 0,5 2,15 4,3 6,5

N1-N12 2,72 DN90 0,5 6,67 4,3 11,0

N12-NC8 1,52 DN63 0,57 24,15 15,2 39,4

NC8-NC7 1,10 DN50 0,66 15 2,3 17,3

N12-N11 1,20 DN50 0,72 13 2,3 15,3

N11-N2 1,20 DN50 0,72 12,6 3,4 16,0


104


N2-NC10 1,20 DN50 0,72 8,95 3,4 12,4

NC10-N5 0,60 11/2" 0,55 1,4 3,2 4,6

N5-NC5 0,60 11/2" 0,55 19,4 3,2 22,6

Continuación:

TramoPresión de acometida

(m.c.a)

Perdida de cargaPresió

n aguas arriba (m.c.a

)

Unitaria

por fricció

n tuberia (hp)

diferencia de

cota (z)

Medidor

Total

(m/m) (m) (m) (m) (m)

SG-CS 28 0,03 0,39 0 2.71 3.10 24.90

CS-N7 35,00 0,01 0,01 0 0,01 34,99

N7-N9 34,99 0,01 0,14 0 0,14 34,85

N9-NC4 34,85 0,01 0,25 0 0,25 34,60

N9-N4 34,85 0,01 0,05 0 0,05 34,80

N4-NC3 34,80 0,01 0,14 0 0,14 34,66

NC3-N3 34,66 0,00 0,02 0 0,02 34,64

N3-NC2 34,64 0,00 0,04 0 0,04 34,60

NC2-NC1 34,60 0,01 0,05 0 0,05 34,55

N7-N6 34,99 0,00 0,09 0 0,09 34,90

N6-N1 34,90 0,00 0,02 2,1 2,12 32,78

N1-N12 32,78 0,00 0,04 0 0,04 32,74

N12-NC8 32,74 0,01 0,26 1,5 1,76 30,98

NC8-NC7 30,98 0,01 0,20 0 0,20 30,78

N12-N11 32,74 0,01 0,20 0 0,20 32,54

N11-N2 32,54 0,01 0,21 0 0,21 32,33

N2-NC10 32,33 0,01 0,16 0 0,16 32,17

NC10-N5 32,17 0,01 0,05 0 0,05 32,12

N5-NC5 32,12 0,01 0,24 0 0,24 31,88

Medición

Descripción de los materiales empleados

A continuación se detallan las longitudes totales de los materiales utilizados en la instalación.

Longitud de tuberíaDescripci

ónLongitud

(m)

DN110 1,2

DN90 67,25

DN63 74.15

DN50 78.56

11/2" 42.85

Volúmenes obtenidos:


105


Volumen de excavaciónDescripci

ónVolumen

(mᶟ)

Potable 92.421

Volumen de tuberíaDescripci

ónVolumen

(mᶟ)

DN110 0,01

DN90 0,43

DN63 0,23

DN50 0,15

11/2" 0,05

Volumen de relleno (mᶟ)Relleno 91.55

A. Dimensionamiento del tanque cisterna, sistema hidroneumático y acometida.

Tanque de cisterna

Respetando la norma técnica y estándares de infraestructura educativa establecida por el Ministerio de Educación se adopta el consumo per capital de 50 lt/hab/día. Mediante norma se establece que la institución servirá a 570 alumnos y 20 en el área administrativa, lo que da el siguiente resultado de dimensionamiento del tanque:

TIPO DE PREDIOescuela externado 50 lt/hab/diaestudiantes 570 habadministrativos 20 habPoblación total 590 habConsumo promedio diario 29500 lt/dia

Días de Reserva 1 diasCapacidad de la cisterna 29,5 mᶟVolumen contra incendios 13 mᶟ

Volumen total de la cisterna 42,5 mᶟ

Tiempo de llenado de la cisterna 8 hCaudal requerido para Acometida 1.02 L/S

DIMENSIONAMIENTO DE LA CISTERNA

Altura 3,35 m


106


Largo 3,80 m

Ancho 3,70 m

Volumen definitivo 42,88 Cumple

En la ciudad de Cuenca que se tiene un servicio constante y no existe cortes del suministro de agua, a excepción de casos fortuitos o mantenimiento se usara los 3/5 del almacenamiento del reservorio de acuerdo a la normativa de ETAPA EP y de acuerdo al Acuerdo Ministerial 483-12.

Tanque hidroneumático

El volumen se calculará mediante la fórmula de Galizzio:

Vt=30∗Q∗(Pm+1 )N∗( Pm−Pn )

(Con compresor de aire)

En donde:

Vt: volumen del tanque hidroneumático en litrosQ= caudal de diseño (máximo simultaneo) en L/minPm= Presión Máxima de desconexión en atmósferas. Pn= Presión de arranque en Atmosferas N = Número de arranques de la bomba por Hora. Se recomienda máximo diez (10).Para el cálculo del Volumen útil se empleará:

Vu = 0.8Vt (Pm−Pn )

( Pm+1 )

En donde:

Vu = Volumen útil en litros Vt = Volumen total en litros Pm = Presión máxima de desconexión en atmósferas Pn = Presión de arranque en Atmósferas Para el volumen de seguridad se considerará:Vr = 0.2 VtPara el volumen de aire se considerará:Vm = Vt -(Vu + Vr)Se instalarán como accesorios mínimos indispensables:

- Manómetro - Presostato - Válvula de seguridad

- Dispositivo para reposición de las condiciones mínimas de aire en el interior del reservorio.- Instalaciones electro-mecánicas automáticas de arranque y parada.

Volumen tanque hidroneumático

Vt=30∗Q∗Pm+1N∗(Pm−Pn)


107


Caudal de diseño Q 422,34 l/min

Presión de apagado Pm 4,5 atm

Presión de encendido Pn 3,5 atmNumero de arranques por hora N 10Volumen del hidroneumático Vt 6968,69 lt

6,97 mᶟ

Volumen útil Vu 1013,63 ltr

1,01 mᶟ

Volumen de seguridad Vr 1,39 mᶟ

Volumen de Aire Vm 4,56 mᶟ

Al requerir un tanque con volumen de almacenamiento que no existe en el mercado se recomienda utilizar el tanque de 119 galones, mientras que cuando se requiera el consumo máximo funcionara solo la bomba presurizando la red directamente

Potencia de las Bombas

La potencia será calculada por la siguiente ecuación:

Potencia = G.Q .H75n

En donde:

G = 1000 Kgf/m3 Q = Caudal m3/s H = altura (presión requerida) mts. n = rendimiento del conjunto motor-bomba Cv = Potencia

Para el cálculo de la potencia se consideran los siguientes rendimientos del conjunto motor-bomba:

TIPO DE BOMBA RENDIMIENTO RECOMENDADO------------------------------------------------------------------Muy pequeñas 40 %Pequeñas (menor 2 HP) 40 % - 60 %Medianas (2 HP - 5 HP) 70 % - 75 %Grandes 80 %-------------------------------------------------------------------

Vu=0.8∗Vt∗(Pm−Pn)

(Pm+1)


108


Se recomiendan los siguientes incrementos en la potencia calculada:

POTENCIA CALCULADA INCREMENTO-------------------------------------------------- Menor a 2 HP 50 % 2 HP - 5 HP 30 % 5 HP - 10 HP 20 % 10 HP - 20 HP 15 % Mayor a 20 HP 10 % ------------------------------------------------

La sumergencia mínima será fijada mayor a 2,5D+0.1 (D es el diámetro de la tubería de succión en m), y la altura desde el fondo del reservorio a la tubería de succión no será menor a 0,50 m en el caso de bombas pequeñas.

La cantidad de bombas a instalar depende del caudal de bombeo y de sus variaciones, además, de la necesidad de contar de equipos de reserva para atender situaciones de emergencia. En situaciones donde se requiere solo un equipo de bombeo, es recomendable instalar uno idéntico de reserva.

potencia de la bomba

G 1000

kg/m3 Peso específico agua

Q 7,04

L/S Caudal de diseño

H 35 mts Altura máxima

n 0.75

rendimiento bomba

Pot=G∗Q∗H75∗n


109


incremento

0.2 cv incremento recomendado

Pot 5,3 HP

Teóricamente se requiere una Bomba de 5.3 HP, pero en el mercado no existe ese tipo de bomba comercialmente por lo cual se sugiere utilizar una bomba de 5 HP, solventando la presión y

caudal que se requiere de acuerdo al siguiente cuadro trabajando con una eficiencia del 75%.

2.4.3.2 RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO

Para el cálculo de las redes de alcantarillado Sanitario nos basamos en las Especificaciones Técnicas para Diseño Agua Potable y Alcantarillado de ETAPA

QAS=D∗Ca

Dónde:

QAS=Caudal de AguasResidualesD=Dotacion de agua por IndutriaCa=Coeficiente de Aporte de Aguas Residuales=0.8

Para el diseño hidráulico de los colectores, se adopta un factor de mayoración para estimar el caudal pico de aguas residuales, el cual se calcula mediante la fórmula de Harmon y es el siguiente:


110


M=18+√P4+√P

Dónde:

M=Factor de MayoraciondelCaudal SanitarioP=Poblacion de Aporte(miles de habitantes)

Para el dimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario se utilizó el software de computadora “CYPE”. El programa utiliza diferentes tipos de formulaciones para el cálculo, en nuestro caso y para los fines requeridos se utilizara la formulación de Manning – Strickler debido a que esta formulación es aceptada por ETAPA-EP.

La concepción del programa identifica las descargas sanitaria del tramo al pozo inicial del mismo, garantizando de esta manera la capacidad de conducción de las aguas residuales en el tramo.


Materiales

La tubería a utilizarse para el dimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario es novafort este material posee un coeficiente de Manning: 0.009 según las especificaciones que se encuentran en los catálogos de las empresas distribuidoras de tuberías en el Ecuador

Materiales a utilizarse en el diseñoFuente: Catálogos Plastigama tubería Novafort


Velocidades y Caudal

Las principales limitaciones a la hora de dimensionar una red de saneamiento son:

Calado. El agua debe circular por la conducción en lámina libre. Según las especificaciones Técnicas para el diseño agua potable y alcantarillado Calado Máximo d/D: 75%


111


Velocidad mínima. Se suele emplear como límite inferior de velocidad 0.6 m/s, a menos que exista una limitación de diámetro mínimo que impida el cumplimiento de esta velocidad en algunos tramos, ya que por debajo de 0.6 m/s tienen lugar procesos de sedimentación y estancamiento.Velocidad máxima. La velocidad máxima es de 7m/s, para evitar fenómenos de erosión y ruidos.

Formulación

Para el cálculo se considera a la tubería como un canal, es decir que debe trabajar a sección parcial. La fórmula de Manning para calcular la velocidad dentro de la tubería es la siguiente:

V=R23 ¿So

12

nDe esta fórmula se desprende:

Q=R23 ¿So

12∗A

nDónde:

V=Velocidad en laTuberiaR=Radio Hidraulicon=Coeficiente derugocidad deManningSo=Pendientede laConduccionA=Area de la Seccion

Calculo

Para los pozos se utilizó la siguiente nomenclatura:PS :Pozode saneamientoN :PozodeTransicionSM :Puntode Vertido

Cálculos Alcantarillado Sanitario:

TramoCaudal

acumulado

calado

Longitud

Diámetros

Pendiente

Caudal

Maximo

Calado

Maximo

Velocidad

Minima

Velocidad

Maxima

lt/s m m m % l/s mm m/s m/s

PS2-PS3 1.8927.37

2 13.1 0.110 2.42 10.36 74.40 1.09 1.67

PS3-PS4 1.8927.70

017.3 0.110 2.31 10.12 74.40 1.07 1.63

PS1-PS4 1.8925.80

8 13.1 0.110 3.05 11.63 74.40 1.18 1.87

PS4-PS53.78

44.763

13.05

0.110 1.53 8.24 74.401.12 1.32

PS5-PS12 3.78

33.613

18.3 0.110 4.38 13.94 74.40 1.64 2.24PS12-PS11 3.78

33.434 8.9 0.110 4.47 14.08 74.40 1.65 2.26

PS6-PS6 4.80 51.93 8.12 0.160 0.75 16.11 109.3 0.90 1.20


112


´ 0 5PS6´-PS11 7.47

66.130

18.55 0.160 0.75 16.11109.3

5 1.01 1.20PS11-PS10 13.18

81.850

24.6 0.160 1.14 19.86109.3

5 1.37 1.48

PS8-PS9 10.7058.50

2 8.85 0.200 1.69 43.48136.2

8 1.48 2.08PS9-PS10 11.64

67.118

19.35

0.200 1.19 36.49136.2

8 1.34 1.75PS10-PS13 24.82

114.300 9.25 0.200 0.87 31.11

136.28 1.43 1.49

PS13-SM1 24.82

114.300 2.86 0.200 0.88 31.39

136.28 1.45 1.50

PS6´´-PS6´ 2.66

16.900 7.1 0.160 21.00 85.22

109.35 2.46 6.34

Medición



PVC - Coeficiente de Manning: 0.00900

Longitud de tubería

DescripciónLongitud

(m)

DN200 40,31

DN160 58.32

DN110 97.64


Número de pozos por profundidades

Numero de pozos

Altura # Pozo

0-2 11

2-4 3

Toal pozos 14


Volumen de excavaciónDescripció

nVolumen

(mᶟ)

Sanitario 224.82

Volumen de tuberíaDescripci

ón Volumen (mᶟ)

DN200 1.27DN160 1.17


113


DN110 0.80

PVC110 0.13

Volumen de relleno (mᶟ)

Relleno 221.45

Calculo de Alcantarillado Pluvial

Para la determinación de caudal de aporte para el diseño del alcantarillado pluvial se siguió las Especificaciones Técnicas para Diseño Agua Potable y Alcantarillado de ETAPA-EP el cual establece lo siguiente:

El caudal de diseño para colectores Pluviales se calcula utilizando el método Racional

Q=C∗I∗A360

Donde :

Q :Caudalde Diseño (L/ s)C :Coeficiente de EscurrimientoI : Intemnsidad de Lluvia(mm/h)A :áreaTributaria(Ha)

Coeficiente de Escorrentía

Este coeficiente establece la relación que existe entre la cantidad total de lluvia que se precipita y la que escurre superficialmente; su valor dependerá de varios factores: permeabilidad del suelo, morfología de la cuenca, pendientes longitudinales y cobertura vegetal.

Coeficiente de Escorrentía para diferente tipo de superficieFUENTE: Código ecuatoriano para el diseño de la construcción de obras sanitarias.

Áreas de aporte

El sistema de alcantarillado Pluvial recolectara el agua procedente de la escorrentía superficial de las diferentes áreas que se


114


encuentra dentro de la institución, identificando dos áreas diferentes, estas son:

Áreas de aporte de las patios y Corredores Áreas de aporte de cubiertas

En función a la tabla mostrada anteriormente se estableció un coeficiente de escorrentía para las diferentes áreas de aporte.

Coeficiente de escorrentía

Áreas de aporte C

Áreas Cubiertas 0,85

Áreas patios 0,8

Coeficientes de escorrentía escogidos

Debido que las aguas procedentes de las áreas de aporte serán canalizadas mediante canales y drenes perimetrales, se considera un coeficiente de escorrentía de 0.82 para todo el cálculo.

Intensidad de Lluvia

La intensidad de lluvia se obtuvo de las Especificaciones Técnicas para Diseño Agua Potable y Alcantarillado de ETAPA-EP donde la intensidad de lluvia tiene como ecuación:

I=A

(t+C )B

Periodo de

retorno

Valores de las constantes

A B C

3 537,9 0,704 4,72

5 525,7 0,671 3,56

10 551,7 0,651 2,98

Según el código Ecuatoriano para el diseño de la Construcción de Obras Sanitarias en la octava parte, Capitulo 5, Sección 5.1 Periodos de Diseño, Subsección 5.1.5 Caudales de Diseño de Aguas Lluvia, se detalla lo siguiente:

5.1.5.5 Con propósito de selección de las frecuencias de las lluvias de diseño, se considerara el sistema de diseño como constituido por dos sistemas de drenaje diferentes. El sistema de drenaje inicial o de micro drenaje compuesto por pavimentos, cunetas, sumideros y colectores, y el macro drenaje, constituido por grandes colectores. (Canales, esteros y ríos).

5.1.5.6 El sistema de micro drenaje se dimensionara para el escurrimiento cuya ocurrencia tendrá un periodo de retorno entre 2 y 10 años, seleccionándose la frecuencia de diseño en función de la importancia del sector y de los daños y molestias que pueden ocasionar las inundaciones periódicas.

Tomando en cuenta estas especificaciones se consideró un periodo de retorno de 10 años para las precipitaciones.


115


El tiempo de concentración inicial para la ecuación de la intensidad de lluvia es de 10 min y el mismo se incrementara en función de la longitud del tramo y la velocidad del flujo de acuerdo con:

t= l60∗v

Dónde:

T: tiempo del flujoL: longitud del tramoV: velocidad del tramo

Para el cálculo del alcantarillado Pluvial se utilizó el software de computadora “CYPE” ”. El programa utiliza diferentes tipos de formulaciones para el cálculo, en nuestro caso y para los fines requeridos se utilizara la formulación de Manning – Strickler.

El programa funciona cargando el área de aporte al pozo inicial de tramo, así también se ingresa el coeficiente de escorrentía y la intensidad de lluvia.


Materiales

La tubería a utilizarse para el dimensionamiento del sistema de alcantarillado sanitario es de Policloruro de vinilo PVC este material posee un coeficiente de Manning: 0.009 según las especificaciones que se encuentran en los catálogos de las empresas distribuidoras de tuberías en el Ecuador.

PVC - Coeficiente de Manning: 0.00900

Diámetro de tubería

Diámetros Nominal

(mm y pulg)

Diámetros

Interno (mm)

DN160 145,8

DN200 181,7

DN250 227,3DN315 284,6

DN400 361,2

DN475 450

DN525 500

DN730 700

D790 750Materiales a utilizarse en el diseño

Fuente: Catálogos Plastigama tubería Novafort


Velocidades y Caudal


116


Las principales limitaciones a la hora de dimensionar una red de saneamiento son:

Calado. El agua debe circular por la conducción en lámina libre. Un tramo cuyo calado exceda la dimensión vertical máxima de la conducción entra en carga y, por tanto, los cálculos de velocidad no son válidos en él.

Según las especificaciones Técnicas para el diseño agua potable y alcantarillado Calado Máximo d/D: 9%

Velocidad mínima. Se suele emplear como límite inferior de velocidad 0.9 m/s, ya que por debajo de 0.9 m/s tienen lugar procesos de sedimentación y estancamiento.

Velocidad máxima. La velocidad máxima es de 7m/s, para evitar fenómenos de erosión y ruidos.

En el caso de alcantarillado pluvial, bajo estas condiciones deberán instalarse rejillas o construirse estructuras que eviten el ingreso de material rocoso de gran tamaño.

Formulación

Para el cálculo se considera a la tubería como un canal, es decir que debe trabajar a sección parcial. La fórmula de Manning para calcular la velocidad dentro de la tubería es la siguiente:

V=R23 ¿So

12

n

De esta fórmula se desprende:

Q=R23 ¿So

12∗A

nDónde:

V=Velocidad en laTuberiaR=Radio Hidraulicon=Coeficiente derugocidad deManningSo=Pendientede laConduccionA=Area de la Seccion

Cálculo

Para los pozos se utilizó la siguiente nomenclatura:

PS :Pozode saneamientoN :PozodeTransicionSM :Puntode Vertido


117


Cálculos Alcantarillado Sanitario:

TramoCaudal

acumuladoCalado Diámetros Longitud Pendiente

Caudal Maximo

Calado Maximo

Velocidad Minima

Velocidad Maxima

lt/s m m m % l/s mm m/s m/sPS1-PS17 3.39 32.001 0.160 12.15 2.47 34.16 131.22 1.25 2.16

PS15-PS17 8.57 60.505 0.160 22.05 1.36 25.35 131.22 1.31 1.60

PS17-PS18 15.96 72.638 0.160 16.1 2.48 34.23 131.22 1.92 2.16

PS16-PS18 6.50 45.534 0.160 22.05 2.27 32.75 131.22 1.46 2.07

PS18-PS20 25.55 99.602 0.200 14 1.43 46.75 163.53 1.76 1.90

PS19-PS20 4.29 41.929 0.160 22.05 1.36 25.35 131.22 1.08 1.60

PS20-PS21 31.19 103.571 0.200 10.65 1.88 53.60 163.53 2.04 2.18

PS3-PS21 4.14 29.830 0.160 28.3 4.88 48.02 131.22 1.68 3.03

PS21-PS22 36.82 95.640 0.200 5.89 3.39 71.98 163.53 2.66 2.93

PS22-PS11 40.08 92.150 0.200 12 4.55 83.39 163.53 3.04 3.39

PS11-PS10 48.37 124.400 0.250 22.75 1.56 88.71 204.57 2.13 2.31

PS4-PS6 4.35 38.470 0.160 5.11 1.96 30.43 131.22 1.24 1.92

PS5-PS6 5.94 49.280 0.160 6.86 1.40 25.72 131.22 1.20 1.62

PS6-PS8 14.33 80.880 0.160 12.4 1.40 25.72 131.22 1.51 1.62

PS7-PS8 4.68 45.019 0.160 12.55 1.23 24.11 131.22 1.07 1.52

PS8-PS9 21.59 132.410 0.160 10.2 0.98 21.52 131.22 1.36 1.36

PS9-PS10 25.05 106.830 0.200 13.65 1.10 41.00 163.53 1.58 1.67

PS10-PS14 73.41 165.134 0.315 12.24 0.90 122.65 256.14 1.92 2.03

PS12-PS14 5.39 44.204 0.160 29.36 1.75 28.75 131.22 1.26 1.82

PS13-PS14 3.24 33.842 0.160 11.03 1.81 29.24 131.22 1.10 1.85

PS14-SM1 82.05 139.410 0.315 2.36 1.96 181.09 256.14 2.65 3.00

Medición


A continuación se detallan las longitudes totales de los materiales utilizados en la instalación, sera PVC - Coeficiente de Manning: 0.00900.


DescripciónLongitud

(m)

DN315 210.21

DN250 56,19

DN200 22,75

DN160 14,6

PVC ∅110mm 145.65Características de las Tuberias Empleadas

Número de pozos por profundidades

Numero de pozos

Altura # Pozo


118


0-2 18

2-4 3

Total pozos 21


Volumen de excavación

Descripción Volumen (mᶟ)

Pluvial 484.74

Volumen de tubería

DescripciónVolumen

(mᶟ)

DN315 1.14DN250 1.12DN200 1.77DN160 4.23

PVC 110 2.93|


Relleno 473.56

CALCULO POZO TILL

POZO TILL

TramoCaudal

acumulado

CaladoDiámetr

osLongitu

dPendien

teCaudal Máximo

Calado Máximo

Velocidad Mínima

Velocidad Máxima

SM1(PLUVIAL) 82,04

139,410

0,3152,36

1,96 181,09 256,14 2,65 3,00

SM1 (SANITARI

O 22,15

106,010

0,200 2,86 0,8831,39 136,28 1,41 1,50

SM-PTILL 104,18 231,03 0,315 5,00 0,75 112,02 256,14 1,88 1,86

2.4.3.3 RED CONTRA INCENDIOS

A. Descripción del Sistema Contra Incendios

Al tratarse de una edificación destinada para uso educativo y al no tener en las calles cercanas un hidrante para combatir un incendio, se ha considerado que la instalación requiere una red muerta contra incendios, considerando que una de las normas al respecto dice: “Los edificios de 5 pisos en adelante y con más de 300m2 por planta deben poseer una red muerta para la extinción de incendios”. Además se exige la colocación de equipamiento interior contra incendios como:

Tanque de reserva, necesaria como almacenamiento del agua necesaria en caso de incendio.

Bomba para el abastecimiento a los gabinetes y alcanzar la presión mínima requerida.


119


Sistema de distribución redes de tubería de HG Toma siamesa de 2 ½” Gabinetes contra incendios (válvula de control, manguera,

hacha, extintor de 10lb.) Detectores de humo Lámparas de emergencia Extintores de 10 lb de CO2 Sistema de alarma contra incendios (pulsantes manuales,

bocina)

Memoria de cálculo

Red muerta contra incendiosPara el estudio contra incendios nos basamos en Especificaciones Técnicas para Diseño Agua Potable y Alcantarillado de ETAPA. Los edificios de acuerdo a la naturaleza de su ocupación son divididos en:

1 Habitación2 Comercio3 Bodegas4 Industrias5 Varios

Por lo tanto el grado de ocupación será 5 HabitaciónEl riesgo de incendios será:

a pequeñob medianoc grande

Se considera la instalación de riesgo bajo.

Con estos datos se implemente la red contra incendios que será construida en tubería de HG de 3# y 2 1/2”y, esta red será con material de HG la cual poseerá una válvula siamesa en la fachada y dos bocas de fuego en el interior como se presentan en los planos.En tablas se obtiene que el caudal requerido será de 120 lt/min y la presión mínima requerida será de 35 m.c.a. y el diámetro del pistón será de 1/2”. Las mangueras tendrán un diámetro nominal de 1 ½”. La longitud de la tubería es de 30 m y la longitud de alcance del chorro es de 13m.

La tubería a utilizarse para el dimensionamiento del sistema contraincendios es de hierro galvanizado este material posee un coeficiente de Manning: 0.06 según las especificaciones que se encuentran en los catálogos de las empresas distribuidoras de tuberías en el Ecuador

Diámetro de tuberíaNominal pulg

Interno mm

1 1/2 40,94

2 52,48

2 1/2 62,68

3 77,92

4 102,26Materiales a utilizarse en el diseño


120


Fuente: Catálogos tubería hierro dúctil

Una vez establecido el diámetro (2 ½” mínimo según normas) y caudal que circulan por las tuberías, se calculan las pérdidas en función de:

Pérdidas de carga

Obtenidos los diámetros calculamos las pérdidas de carga de modo que nos permita verificar presiones en el gabinete más desfavorable, en caso de que no se cumplan se deben modificar los diámetros de modo que tengamos una presión superior a 50 spi (35 mca).

Pérdida de carga por fricción en tuberías

Para el cálculo de las pérdidas se presión por fricción se utilizó las fórmulas de Darcy – Weisbach:

hp= f∗L∗v2

D∗2∗gSiendo:

hp: Pérdidas de carga debido a la fricción en (m.c.a)L: Longitud de la Tuberíav: velocidad mediag: Aceleración de la gravedadD: Diámetro interno de la Conducciónf: Factor de Fricción

El factor de fricción está en función del número de Reynolds (Re) que indica la transición entre el régimen laminar y el turbulento y la rugosidad relativa ( ԑ /D) la cual traduce las imperfecciones en la tubería, para el cálculo se utiliza la fórmula de Colebrook – White, que es un método iterativo de cálculo.

Con este método se obtiene un valor más exacto del factor de fricción, para esto se utiliza la siguiente fórmula:

1

√ f=−2 log( ε

3.7D+2.51ℜ√ f )

Pérdida de fricción por accesorios.

Para el cálculo de las pérdidas por accesorios se utiliza la siguiente tabla de longitudes equivalentes (Le) para tuberías de PVC:


121


Estas longitudes equivalentes se suman a los tramos de tubería considerados para el cálculo de las perdidas.

Por lo tanto la pérdida Total en un tramo considerado será:

Ht=

f∗(¿+L )D

∗v2

2∗g+hm+z+hc

Siendo z el desnivel de la tubería o diferencia de cota entre el nudo inicial y final de un tramo considerado.

Bomba para la red contra incendios

Se ha planificado que el sistema contra incendios para el proyecto, consta de una red de 2 ½” de tubería de HG (hierro galvanizado) que se abastecerá a través de una bomba y desde la misma cisterna diseñada para el consumo normal del Complejo y esta a su vez a los diferentes gabinetes que se ubicaran dentro de la edificación, mismos que se pueden apreciar en los planos respetivos. La bomba debe garantizar el servicio continuo de un volumen de 13 m3 para lo cual se realizaron el cálculo de bomba. La potencia será calculada por la siguiente ecuación: G.Q.H Potencia = _______ 75 . n

En donde:

G = 1000 Kgf/m3 Q = Caudal m3/s H = altura (presión requerida) mts. n = rendimiento del conjunto motor-bomba Cv. = Potencia

Para el cálculo de la potencia se consideran los siguientes rendimientos del conjunto motor-bomba:


122


TIPO DE BOMBA RENDIMIENTO RECOMENDADO------------------------------------------------------------------Muy pequeñas 40 %Pequeñas (menor 2 HP) 40 % - 60 %Medianas (2 HP - 5 HP) 70 % - 75 %Grandes 80 %-------------------------------------------------------------------

Se recomiendan los siguientes incrementos en la potencia calculada:

POTENCIA CALCULADA INCREMENTO-------------------------------------------------- Menor a 2 HP 50 % 2 HP - 5 HP 30 % 5 HP - 10 HP 20 % 10 HP - 20 HP 15 % Mayor a 20 HP 10 % ------------------------------------------------

La sumergencia mínima será fijada mayor a 2,5D+0.1 (D es el diámetro de la tubería de succión en m), y la altura desde el fondo del reservorio a la tubería de succión no será menor a 0,50 m en el caso de bombas pequeñas.

Bajo ningún concepto se usará para el abastecimiento doméstico del edificio el volumen de reserva para incendios por ello se sugiere instalar un swicht de nivel que desconectará automáticamente la bomba del sistema de agua del edificio, al momento de llegar a la reserva del sistema contra incendios del proyecto.

B. Red hídrica a instalarse

Equipamiento exterior

En la parte exterior de la edificación se ha contemplado la colocación de una toma siamesa de 2 ½”, misma que estará colocada en la parte frontal de la edificación, este estará conectado directamente desde el tanque cisterna ubicada en la parte interior.

La red hídrica de servicio contra incendios dispondrá de una derivación hacia la fachada principal del edificio mismo que tiene acceso vehicular para los bomberos y terminará en una toma siamesa en bronce bruñido con rosca NST, ubicada a una altura mínima de noventa centímetros (90 cm.) del piso terminado hasta el eje de la siamesa; tales salidas serán de 3 y 2 ½ pulgadas de


123


diámetro cada una y la derivación en hierro galvanizado del mismo diámetro de la cañería.

La boca de impulsión o siamesa estará colocada con las respectivas tapas de protección señalizando el elemento conveniente con la leyenda <USO EXCLUSIVO DE BOMBEROS> o su equivalente; se dispondrá de la válvula check incorporada o en línea a fin de evitar el retroceso del agua.

Equipamiento interior

A parte de la red hídrica, se ha contemplado un sistema de alarma contra incendios el mismo que constara de pulsantes manuales que se colocaran al lado de los gabinetes contra incendios, y en el área administrativa. En la parte exterior de la edificación se tiene planificado la colocación de dos bocinas, adicional se colocaran diferentes elementos del sistema contra incendios, mismos que se describen a continuación. Se instalarán 2 gabinetes en la edificación, las cajas contra incendios estarán colocadas al alcance de la mano y a una altura del piso de 1.5 m., en un lugar de fácil acceso, la colocación de las tuberías y gabinetes se pueden apreciar en los planos que se adjuntan al presente estudio.

Extintores

Los extintores a colocar en cada vivienda son de PQS (Polvo Químico Seco) de 10lbr ya que este gas no corre peligro con la presencia de objetos de origen eléctricos y deberán ir colocados en lugares de fácil acceso.

Luces de Emergencia:

La iluminación de emergencia es aquella que debe permitir, en caso de corte de energía eléctrica, la evacuación segura y fácil del público hacia el exterior; para la evacuación en caso de siniestros. Para esto se prevé la colocación de lámparas de emergencia bifocales de batería recargable que dispondrán de un botón de prueba, en halls de circulación y escaleras que conduzcan hacia las salidas

Detectores de Incendio:

Estos deberán ser de humo e irán ubicados en dirección a las vías de evacuación en todas las oficinas, salas, etc. Los detectores deben ubicarse lejos de fuentes de calor como lámparas, equipos de bombeo y cocinas. Estos detectores deberán estar conectados a un panel de alarma contra incendios que activaran un difusor de sonido automáticamente.

Señalización

Es necesario se rotule todos los elementos del sistema considerado para prevención de incendios, para que se ubique el equipo instalado de una forma rápida, con información completamente visible que permita a los habitantes del conjunto conocer: donde están, forma de empleo, características, vigencia del mismo, y su empleo sea eficiente, indicando la ubicación, dirección de salidas de escape, planos de evacuación, números telefónico de bomberos,


124


anuncios de peligro en caso de presencia de combustibles, elementos eléctricos, materiales peligrosos o explosivos en tamaños adecuados conforme lo estipula la norma 439 del INEN.Adjunto al presente se encuentran los planos con la ubicación de todos los elementos requeridos.

Calculo para la red contra incendios

Calculo para la red muerta contra incendios

Tramo

Caudal

DiámetroVelocida

dTuber

ía

Longitud Equivale

nteTota

lPresión

de acometida (m.c.a)

Perdida de cargaPresió

n aguas arriba (m.c.a

)

JuntaUnitari

a

por fricció

n tubería (hp)

diferencia de cota

(z)

TotalInterno

Nominal Conexión

(lt/s) (mm) pulg (m/s) (m) (m) (m) (m/m) (m) (m) (m)

N3-N4 4,00 77,92 3 0,84 44,57 22,2 66,8 42,00 0,01 0,58 7,3 7,88 34,12N4-N1 2,00 62,68 2 1/2 0,65 32,06 11,5 43,6 34,12 0,01 0,33 -2,05 -1,72 35,84N4-N2 2,00 62,68 2 1/2 0,65 30,86 9,8 40,7 34,12 0,01 0,31 -3,55 -3,24 37,36

Medición



HG - Coeficiente de Manning: 0.06


Descripción Longitud (m)

2 1/2 62,92

3 44,57

DN110 8,91


Volumen de excavación

DescripciónVolumen

(mᶟ)

Potable 1,30

Volumen de tubería

DescripciónVolumen

(mᶟ)

2 1/2 0,20

3 0,20

DN110 0,08



125


Relleno 1,21

Cálculo de la bomba para la red contra incendios

Potencia de la bomba

G 1000 kg/m3 Peso específico agua

Q 4,00 L/S Caudal de diseño

H 42 mts Altura máxima

n 0,75 rendimiento bomba

incremento 0,3 cv incremento recomendado

Pot 3,9 HP

Al no existir bombas eléctricas de 3.9 HP se recomienda utilizar una bomba da 5HP que sería la inmediata superior que trabajaría con un rendimiento de 50%.

Pot=G∗Q∗H75∗n


126


Ms. Ing. Victor M. Chacón CedeñoCONSULTOR

2.4 Ls Hidrosanitario

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