Diseño de Una Linea de Impulsion en Una Vivienda

CAPÍTULO I1. TÍTULO DE LA MONOGRAFIA Pág.042. INTRODUCCIÓN Pág.043. OBJETIVOS Pág.05

CAPÍTULO II2.1. UBICACIÓN DEL PROYECTO Pág.062.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Pág.06

CAPÍTULO III3.1. EDIFICACIÓN MULTIFAMILIAR Pág.083.2. MÉTODO DE HUNTER Pág.083.3. MÉTODO PROBABILÍSTICO DE HUNTER Pág.093.4. DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO Pág.103.5. SISTEMA DE BOMBEO DE PRESIÓN CONSTANTE Y

VELOCIDAD VARIABLEPág.24

CAPÍTULO IV4.1. CÁLCULO DE LA DOTACIÓN DIARIA DE AGUA DEL

EDIFICIO GASTO PROMEDIO DIARIO

Pág.27

4.2. CÁLCULO DE LAS UNIDADES HUNTER DEL EDIFICO Pág.27

4.3. DISEÑO DE LA CISTERNA Pág.28

4.4. DISEÑO DEL TANQUE ELEVADO Pág.29

4.5. DISEÑO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACIÓN HACIA EL

EDIFICIO

Pág.30

4.6. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DEL EDIFICIO Pág.32

CONCLUSIONES Pág.35RECOMENDACIONES Pág.36BIBLIOGRAFIA Pág.37ANEXOS

1. UNIDADES DE GASTO PARA EL CÁLCULO DE LAS TUBERIAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN LOS EDIFICIOS (APARATOS DE USO PRIVADO)

2. GASTOS PROBABLES PARA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE HUNTER

3. DIÁMETROS DE LAS TUBERIAS DE IMPULSIÓN EN FUNCION DEL GASTO DE BOMBEO

4. UNIDADES DE DESCARGA PARA APARATOS NO ESPECIFICADOS

5. CURVA GENERAL DE DISEÑO DE HUNTER6. MONOGRAMA PARA EL CÁLCULO DE TUBERIAS POR

FORMULA DE HAZEN WILLIAMS7. PÉRDIDAS DE PRESION EN MEDIDOR8. FOTOS DEL DISEÑO CASERO DE LA LINEA DE IMPULSIÓN9. PLANOS

“DISEÑO DE LA LÍNEA DE IMPULSIÓN DEL

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

POTABLE PARA EL EDIFICIO MULTIFAMILIAR

– LOS DIAMANTES MZ. C LT. 1 – LOS OLIVOS”

Diseño de la línea de impulsión del sistema de abastecimiento de agua potable para el edificio multifamiliar – Los Diamantes Mz. C Lt. 1 – Los Olivos

CAPÍTULO I

1. TÍTULO DE LA MONOGRAFIA

El título de la Monografía es “DISEÑO DE LA LÍNEA DE IMPULSIÓN DEL

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE PARA EL EDIFICIO

MULTIFAMILIAR – LOS DIAMANTES MZ. C LT. 1 – LOS OLIVOS”

2. INTRODUCCIÓN

En la actualidad en la ciudad de Lima todos los edificios Multifamiliares destinados

para el hospedaje de personas, como es el caso de los departamentos, deben estar

diseñados para brindar seguridad y confort a las personas que en él se hospedan y

viven.

Dentro de los equipos o sistemas que brindan seguridad y confort en sus

departamentos, están el sistema de bombeo contra incendios, el sistema de bombeo de

presión constante para agua potable y el sistema de bombeo de desagüe. El sistema de

bombeo contra incendios proporciona seguridad a las personas en el caso de un

incendio, y el sistema de bombeo de presión constante brinda el caudal y presión de

agua necesaria para el uso diario en cada una de las habitaciones y el sistema de

bombeo de desagüe para la evacuación de aguas servidas.

Es por este motivo que la presente monografía desarrolla el diseño del sistema de

bombeo de presión constante de agua potable para el edificio Multifamiliar objeto de

estudio de este trabajo, el sistema de bombeo de desagüe y contra incendios no va a ser

materia de análisis en el presente estudio, solo será mencionado de manera referencial,

ya que es un tema amplio que daría a lugar a una nueva monografía.

El Proyecto Edificio Multifamiliar Coop. de Vivienda Huaytapallana se encuentra

ubicado en la zonificación R-4, ubicada en la Jirón Los Diamantes, Urbanización

Huaytapallana, Distrito de Los Olivos.

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” Pág. 3FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTEESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA




3. OBJETIVOS

3.1. Objetivo General

“Diseño de la línea de impulsión del sistema de abastecimiento de Agua Potable por

Sistema de bombeo por presión constante del Edificio Multifamiliar LOS

DIAMANTES MZ. C LT. 1 – LOS OLIVOS”.

3.2. Objetivos Específicos

a. Diseñar el Sistema de bombeo de Agua Potable y que opere en forma

ininterrumpida asegurando una presión constante en cada uno de sus puntos, así

como un caudal adecuado en su máxima demanda.

b. Seleccionar las Bombas Centrifugas adecuadas, que aseguren un volumen de agua

requerida en su demanda proyectada y que trabajen a una presión constante de

trabajo en cada punto requerido, así como un costo mínimo en operación y

mantenimiento.



CAPÍTULO II

UBICACIÓN Y DESCRIPCION DEL PROYECTO

2.1. UBICACIÓN DEL PROYECTO

DEPARTAMENTO: Lima

PROVINCIA: Lima

DISTRITO: Los Olivos

COORDENADAS UTM:

SUR: 11°58’13’’

NORTE: 77°04’26’’

El Distrito de los Olivos es uno de los 43 distritos que conforman la provincia de Lima, ubicada

en el Departamento de Lima Norte (Zona Norte de Lima Metropolitana). Limitada al norte con

el Distrito de Puente Piedra, al este con el Distrito de Comas y el Distrito de Independencia y al

sur y oeste con el Distrito de San Martin de Porres.

El Distrito de Los Olivos cuenta con una población de 318,140 habitantes, según datos del INEI

(Instituto Nacional de Estadística e Informática). De los 318 140 habitantes de Los Olivos,

164,177 son mujeres y 153,963 son hombres. Por lo tanto, el 48.39% por ciento de la población

son hombres y el 51.61% mujeres.

2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto, se basa en el diseño de una línea de impulsión del sistema de abastecimiento de

agua potable para el multifamiliar que se encuentra ubicada en el Departamento de Lima,

Provincia de Lima y Distrito de los Olivos, el barrio de los Diamantes Mz. C Lt. 1.,

La vivienda se encuentra ubicado en la intersección del pasaje Los Rubíes con la calle Los

Diamantes posee una dimensión de: 8.00 metros de ancho y 20 metros de largo teniendo un área

de 160 m2.



La vivienda posee 02 niveles, con una azotea y su distribución por nivel es de la siguiente

manera:

1er Nivel:

COCHERA: Posee espacio para estacionar un solo vehículo se encuentra al lado de la

cocina y colinda con el pasaje Los Rubíes.

TIENDA: Posee un área de 31.4115 m2, esta abastecerá de productos de primera

necesidad para la población que se encuentra al su alrededor.

DEPARTAMENTO: Es 01 departamento, que posee 01 sala de visitas, un comedor, 02

baños los cuales cuenta con servicios de agua fría y agua caliente, 01 cocina que cuenta

con servicio de agua fría y agua caliente y además cuenta con 02 dormitorios.

2do Nivel:

DEPARTAMENTO: Son 02 departamento, que posee 02 sala de visitas, un comedor,

02 baños los cuales cuenta con servicios de agua fría y agua caliente, 02 cocina que

cuenta con servicio de agua fría y agua caliente y además cuenta con 02 dormitorios por

departamento.



CAPITULO III

FUNDAMENTO TEÓRICO

3.1. EDIFICACIÓN MULTIFAMILIAR

Es toda construcción o edifico de departamentos o pisos que estén integrado por

unidades de vivienda que se encuentren afectadas al régimen de propiedad horizontal.

Además se considera como vivienda multifamiliar a un edificio que costa de varias

unidades de vivienda en una sola edificación y donde el terreno es de propiedad

común.

3.2. MÉTODO DE HUNTER

El método Hunter consiste en utilizar un porcentaje del resultado del gasto probable,

debido a que, en países de vías de desarrollo como los latinoamericanos, solamente

consumimos una parte. Precisamente el método debe su nombre a esa variación.

Las unidades de descarga o salida, no son los aparatos, son las unidades Hunter. A cada

tipo de aparato con sus salidas y con sus correspondientes unidades Hunter,

corresponde un gasto en litros por segundo. Nótese que existe USO PRIVADO y USO

PÚBLICO. A la sumatoria de la presión recomendada en metros columna de agua

(mca) o en kilogramos por centímetro cuadrado, corresponde una presión mínima en

mca.





3.3. MÉTODO PROBABILISTICO DE HUNTER.

Una de las primeras aplicaciones de la teoría de la probabilidad para la determinación

de gastos de diseño en instalaciones hidráulicas y sanitarias para edificios, fue hecha

por el Dr. Roy B. Hunter de la oficina Nacional de Estándares de EEUU, Habiendo

aparecido la primera exposición del método en 1924 .Este es el más racional de los tres

métodos mencionados, ya que toma en cuenta factores que afectan el gasto de diseño y

que son ignorados por los otros métodos.

En la aplicación de la teoría de probabilidad al problema de determinar los gastos de

diseño, Hunter asumió que la operación de los principales muebles sanitarios que

constituyen el sistema de la instalación hidráulica , podrían considerarse como eventos

puramente aleatorios, Hunter determinó las frecuencias de uso de los principales

muebles y aparatos sanitarios que producen el gasto de la instalación hidráulica de un

edificio habitacional, basando sus valores de las frecuencias en registros obtenidos en

edificios de departamentos, durante el periodo de máximo consumo (periodo de punta).

También determinó valores característicos de los gastos promedio de uso de agua en

diferentes muebles sanitarios y el tiempo de una operación sencilla de cada uno de

ellos. (Hunter R., 1940)

El desarrollo teórico se aplica solo a grandes grupos de muebles y aparatos sanitarios,

tales como: edificios de departamentos, oficinas, etc. La razón de esto es que aunque el

gasto de diseño tiene cierta probabilidad de no ser excedido, no obstante puede

excederse en raras ocasiones. En un sistema que incluya solo unos cuantos accesorios,

si se ha diseñado de acuerdo con la teoría de la probabilidad, el gasto adicional

impuesto sobre el por un accesorio adicional que el dado por la teoría de probabilidad

podría sobrecargar el sistema lo suficiente para causar inconvenientes e incluso

interferir con la operación del sistema de drenaje. Por otra parte si se está tratando con

un sistema grande, una sobre carga de uno de los accesorios sería raro que se notara



3.4. DESCRIPCION TÉCNICA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO

3.4.1. Clasificación de Bombas Hidráulicas.

Las bombas se pueden clasificar de muchas maneras desde diferentes puntos de vista

pero en forma general podríamos considerar los siguientes: Por la posición de su eje

(vertical, horizontal), según su carcaza (voluta, difusor) según el modo de operación

(Desplazamiento positivo, roto dinámicas), por el tipo de rodete (abierto, semicerrado,

cerrado) etc; pero la manera más común de clasificarlo es según su modo de operación

los cuales se pueden definir.

3.4.2. Desplazamiento Positivo.

Son aquellas que confinan un volumen de fluido y lo trasladan a otro lugar, dentro de

este grupo se encuentran todas las bombas usadas en la oleo hidráulica y de uso

frecuente en los quirófanos, en el bombeo del petróleo de los pozos profundos y las

usadas en la industria pesada en general, bombeo del concreto, equipos pesados para

movimientos de tierras reguladores de velocidad etc.

Existen los siguientes tipos más comunes.

- RECIPROCANTES - ENGRANAJES

- PALETAS - LÓBULOS

- PULSATILES - TORNILLO

3.4.3. Desplazamiento no Positivo o Rotodinámicas.

Son aquellas en que la transferencia de la energía se produce en una superficie mojada

por el fluido en la que dicha superficie (alabe) recibe el movimiento debido a la energía

mecánica de rotación que recibe de un elemento motriz, de éstos existen los siguientes

tipos más importantes:

- CENTRÍFUGAS (radial, mixto y axial)

- PERIFERICAS (unipaso, multipaso)

- ELECTROMAGNÉTICA



Debemos mencionar también que las bombas centrífugas tienen mayor aplicación

práctica en la ingeniería.



3.4.4. Nomenclatura Típica de una Instalación de Bombeo.

Cualquier instalación de bombeo tiene 2 lados perfectamente identificados:

El lado de succión.- Que comprende la parte de la tubería entre la válvula antiretorno

y la boca de entrada de la bomba, en este lado no interviene la potencia de la bomba y

la operación de llenado con fluido de la cámara de la bomba es solo responsabilidad de

la presión atmosférica local.

El lado de la “impulsión”.- Que comprende entre la salida de la bomba y la salida del

agua por la parte distal de la instalación, el flujo en este lado es exclusivamente con la

potencia de la bomba.

Fig. 1. Esquema de Succión e Impulsión Típico

Fuente: Elaboración propia.



En la fig. 2, se muestran las diferentes alturas que existen en toda instalación de

bombeo.

Fuente: Elaboración propia



3.4.5. Selección de Bombas Centrifugas.

En nuestro medio hoy en día se podría afirmar que no existe actividad humana en la

que no estén presentes las bombas, un ejemplo de ello es en el sector Industrial,

hospitales, centros de producción de energía, la industria agropecuaria, la actividad

minera, la industria de la construcción, servicios de Abastecimientos de Agua, sistemas

de alcantarillado, etc.

Dado entonces la gran diversidad de usos de tipos de fluidos a movilizar, existen

numerosos grupos de modelos que se adecuan en forma conveniente a cada aplicación

particular, en este panorama tan amplio, la selección correcta del tipo de bomba

adecuado, asegurará una larga y satisfactoria operación que se traducirá en una

economía funcional de largo plazo en cualquier instalación de bombeo.

Independientemente del tipo de bomba elegido, los elementos de la instalación de un

sistema de bombeo tales como la carga dinámica, la capacidad, el tipo de fluido, las

tuberías, los motores, los controles, los accesorios, tienen prácticamente los mismo

problemas de operación, mantenimiento y servicios, por esto los problemas relativos a

la succión, la impulsión, las pérdidas y otros que son comunes a todos los tipos de

bombeo, se pueden estudiar en forma general sin necesidad de referirse a un tipo en

particular.

3.4.6. Punto de Operación de las Bombas Hidráulicas.

Las curvas características que rigen el comportamiento de las bombas y la

correspondiente a las pérdidas hidráulicas en el lado de la impulsión, cuya intersección

permite obtener un punto característico denominado “Punto de Operación” que sirve

para la selección de la bomba y estudiar así, sus implicancias cuando este punto varía

en un plano Altura con Caudal (H vs Q) y las ventajas cuando es posible instalar en un

sistema de bombeo más de una bomba, ya sea en serie o en paralelo, y la determinación

de los rendimientos totales.

Los parámetros que gobiernan el funcionamiento de una bomba son:

Altura de succión.

Altura de impulsión.

Caudal y las pérdidas originadas en la conducción.



Para aplicar la ecuación de la energía es necesario tener presente el siguiente arreglo:



Donde:

EM: Energía Mecánica. B: Bomba Hidráulica.

EH: Energía Hidráulica. HB: Altura de Bombeo.

Los sub. índices 1 y 2 para la succión y para la impulsión respectivamente, o en otras

palabras las energías a la entrada y salida de la bomba. Una bomba es entonces una

máquina que sirve para producir una ganancia en carga estática de un fluido a una

energía mecánica puesto en el eje proveniente de un motor.

Esta energía estática generalmente está expresada en términos de la velocidad que es lo

que permite el traslado de fluido de un punto a otro en un mismo nivel o a otros niveles

distintos, la presión solo es el resultado de la resistencia ofrecida al libre flujo del

fluido.

3.4.7. Pérdida de Carga en Tuberías.

3.4.7.1. Pérdida de Carga por fricción.

Hemos visto que la altura dinámica (Hd) de bombeo está dada por:

Hd = Hg + hp = Hg + (hps + hpi) (1)

Donde:

Hg: Altura geométrica o Altura Estática.

hp: Pérdidas de carga por fricción.

hps: Pérdidas de carga por fricción en la succión.

hpi: Pérdidas de carga por fricción en la impulsión.

Considerando solo las pérdidas por fricción tenemos:



Darcy – Weishbach (2)


hp=fL∗v2

D∗2∗g=f

LD

∗( 4∗Qπ∗D2 )

2

2∗g


Donde:

hp = pérdida de carga debida a la fricción. (m)

f; = factor de fricción de Darcy. (Adimensional)

L = longitud de la tubería. (m)

D = diámetro de la tubería. (m)

V = velocidad media del fluido. (m/s)

g = aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s².

Ordenando

(3)

Reemplazando:

Darcy - Weisbach (4)

También:

Hazen - Williams (5)

En este caso el valor de r° es:

(6)

Dónde: C: Variable que depende del material y de los años a utilizar.

D: Diámetro de la Tubería.

L: Longitud de la Tubería.

También:

(7)

Donde:


hp=( 8∗f∗L

π2∗g∗D5 )∗Q2=r Q2

Hd=Hg+rQ 2

Hd=Hg+r0Q 1.85

r0=(0.27853 )−1.85C−1.85 D−4.87 L

h f=10.643∗L∗(QC )1.85

∗D−4.87


hf: pérdida de carga o de energía (m)



Q: caudal (m3/s)

C: coeficiente de rugosidad (adimensional)

D: diámetro interno de la tubería (m)

L: longitud de la tubería (m)

Se recomienda el uso de este método para calcular pérdidas en tuberías con diámetros

superiores a 2” y velocidades menores a 3m/s. entre otras ventajas, esta fórmula puede

ser aplicada tanto para tuberías forzadas como para conductos libres. Actualmente es la

expresión más usada.

Con la ayuda de cualquiera de las 2 ecuaciones tanto de Darcy o de Hazen- Williams,

trazamos la curva de fricción del sistema de bombeo llamada curva característica y el

punto de intersección con la curva de operación de bomba, proporcionado por el

fabricante nos da el “Punto de Operación de la Bomba”.

A modo de ejemplo se presenta la tendencia de algunas curvas de pérdidas típicas de

mayor importancia en el medio:

Fig. 3. Sin carga Geométrica donde la altura Dinámica es nula.




Fig. 4. Carga positiva altura Dinámica por encima de la Bomba


Fig. 05. Tuberías acopladas en serie.


Fig. 06. Tuberías acopladas en paralelo.




3.4.8. Pérdidas de Carga Locales.

También se presentan en todo sistema de abastecimiento de aguas las pérdidas de carga

denominadas locales, producto del paso del flujo a través de los accesorios instalados

en las líneas o debido a los cambios de dirección o secciones en sus tramos

respectivamente.

Para esta evaluación se utiliza el teorema de Borde-Belanger.

(8)

Donde:

k: Depende del accesorio por donde transita el flujo (codos, válvula, entradas, salidas,

reducciones, tees, yees, uniones, etc.).

V: Velocidad del flujo.

g : Aceleración de la gravedad (m/seg2)

3.4.9. Cavitación en Bombas Hidráulicas.

Es un fenómeno transitorio que consiste en la formación de burbujas de aire

generalmente en el plano de entrada de la bomba debido a que en esta zona la presión

es inferior a la atmosférica, si las burbujas son de una magnitud tal que ocupan toda la

entrada, entonces se interrumpe la circulación del agua.

Cuando una burbuja es arrastrado a zonas de mayor presión las burbujas vuelven a

disolverse generando un fenómeno denominado implosión originando a su vez el

“Golpe de Ariete”, que consiste en la aparición de un ruido molesto como martilleo

cuando el fluido es agua y un rechinar metálico seco cuando el fluido es aceite que

causa deterioro de la carcasa y del impulsor.

La cavitación actúa como factor limitante de la altura de succión cuyo valor máximo

ocurre cuando: P2 = P vapor = P v

Donde:

(9)UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” Pág. 23FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTEESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

H L=∑ k∗v2

2g

H S máx≤P1

γ−( P2

γ+v2

2−v12

2g+hp+∆h p)


Siendo:

Δ hp: Las pérdidas en la bomba, el cual es función del tipo de bomba y de la geometría

del alabeado.

La pérdida Δ hp, puede estimarse con el coeficiente de cavitación de Thomas σ que

mide la sensibilidad de la bomba a la cavitación.

Hg = Altura geométrica de la instalación de bombeo.

El valor de σ dado por Stepanoff es:

Donde:

nq = Número específico de caudal

N = RPM del impulsor

Q = Caudal en m3/seg

H = Altura de bombeo en metros

Reemplazando estos dos términos en la condición Δ hp, tenemos:

(10)

3.4.10. La Carga Neta Positiva de Succión (NPSH).

Este término tiene su equivalente en ingles que se escribe NPSH (Net Positive Suction

Head), viene a ser la presión estática a que debe ser sometido un líquido para que

pueda fluir por si misma a través de las tuberías de succión y llegar finalmente hasta

inundar los alabes en el orificio de entrada del impulsor. La ecuación (4.10), puede

rescribirse de la siguiente forma.UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” Pág. 24FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTEESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

∆ hp=σ∗Hg

σ=0.0012nq4 /3

nq= N √QH3/4

∆ hp=0.0012(N √Q )4 /3∗H g

H d


(11)

En esta expresión tenemos que el primer miembro está conformado por magnitudes

que dependen de las condiciones locales de la instalación, el segundo miembro

representa las condiciones particulares de la bomba.

Al primer miembro se le denomina NPSH disponible en la instalación, dado por la

suma algebraica de todas las magnitudes que facilitan (+) y que dificultan (-) la succión

de la bomba y representa la carga residual disponible en la instalación para la succión

del fluido.

El segundo miembro es denominado NPSH requerido y representa la carga exigida por

la bomba para aspirar el fluido y es dado por el fabricante.

Una bomba no cavitará con cualquier elevación si es que se tiene:

(12)

3.4.11. POTENCIA DE LA BOMBA ( P ):

Potencia entregada por el motor al eje de la bomba.

(13)

Donde:

P: Potencia (HP)

Q: Caudal (l/s)

H: Altura (m)

S: Gravedad específica (1 para agua limpia) (kg/l)

n: Eficiencia (%)


P1

γ−(H S+

pv

γ+hp)> v2

2−v12

2 g+∆hp

NPSH d>NPSHr

P= γ∗Q∗H76∗n


3.4.12. Sistema de Suministro de la Línea de Impulsión.

3.4.12.1. Selección de la Tubería de Impulsión.

Las líneas de Impulsión deben considerar una variedad de parámetros como son el tipo

de fluido a transportar, caudal, longitud, punto de carga y descarga para la mejor

elección según la condición a la cual será sometida, partiremos en la elección de:

a) Material de la Tubería:

Este será escogido teniendo en cuenta factores económicos, características de

resistencia y disponibilidad de accesorios enumeraremos las características de los más

usados son:

Tuberías de Acero.- Generalmente son usadas por excelencia para medianas y grandes

alturas, y además como tubería de presión en centrales hidroeléctricas.

Tuberías de PVC.- Para redes de distribución de agua potable, sistemas de redes

domiciliarias, ampliaciones entre otras, cuenta con una variedad de espesores que

resisten de 5 hasta 15 Bares de presión el cual se debe determinar según la altura de

impulsión según sea el caso.

b) Diámetro de la Tubería:

Para toda elección de diámetro se tiene que considerar un análisis técnico económico;

de aquí el nombre del “Diámetro Económico”.

c) Criterio Técnico:

La tubería que soportará la presión sometida debida al golpe de ariete, pérdidas por

fricción o por carga externa si es enterrada, deberá ser determinada según la operación

a la cual será sometida la red o redes de tuberías a trabajar.

Este criterio es muy importante ya que solo así se determinara una operación segura y

eficiente de todos los sistemas a instalar y reducirá posibles mantenimientos por fallas

lo que nos reducirá los costos, para nuestro problema tomaremos los datos técnicos que

nos proporciona los tubos de PVC, cuyas propiedades físico mecánicas las podemos

ver en anexos, el diámetro nominal (DN) de estas tuberías de PVC, las podemos





encontrar en el orden de ½” a 12” y obedecen a las normas ISO 9001 y 2000, lo que

dan un alto grado de confiabilidad para su trabajo.

3.4.12.2. Estudio del Diámetro Económico.

El diseño de la línea de impulsión requiere de varias alternativas básicamente en la

selección del diámetro de la tubería, así como de su calidad y resistencia, lo que nos

determina una optimización en los costos, la selección de la tubería depende mucho de

la aplicación como un factor a considerar en un buen sistema de bombeo.

El bombeo a bajas velocidades requiere de mayores diámetros de tubería que encarece

la instalación, si se bombea a grandes velocidades, disminuye notablemente el diámetro

de tubería rebajando el costo de la instalación pero también aumenta las pérdidas de

energía debido a que éstas varían directamente con la velocidad.

Llamado e1 al costo promedio del conjunto de bombeo incluyendo los gastos de

operación y mantenimiento por unidad de potencia instalada y c2 el costo promedio de

la unidad de longitud de la tubería, incluyendo los gastos de transporte, instalación,

mantenimiento, etc. el precio total será:

El costo unitario total será:

(14)

De la altura dinámica Hd y considerando solo la pérdida por fricción en el lado de la

impulsión hpf:

Donde:


C2:Costo de latubería de lalongitud unitaria.

C1 γQ H d

76 n:Costode la potencia paralongitud unitaria .

C=C1 γQ H d

76 n+C2D

Hd=Hg+ (Hps+Hpi )=hg+hpf

hpf =fLV 2

D2 g=f

LD

( 4Qπ D2 )

2

2g= 16 fL

2 gπ2

Q2

D5


Sustituyendo en la expresión del costo se tiene:

El costo óptimo se tiene cuando:

De aquí se obtiene:

De acuerdo a la fórmula de Bresse:

(15)

Por la ecuación de la continuidad se tiene para cualquier punto de instalación.

(16)

Sustituyendo en la fórmula de Bresse obtenemos:

(17)

Despejando la velocidad:

(18)

A partir de esta ecuación preparamos la siguiente tabla:

V(m/s) 2.26 1.99 1.76 1.57 1.27 1.05 0.88 0.75 0.65

K 0.75 0.80 0.85 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40


C=C1γQ76n (Hg+ 16 fL

2 gπ 2

Q2

D5 )+C2D

dCdD

=0 D5=C1

C2

40 fLγ76n π2g

Q3

D=0.419¿¿

D=K Q1 /2

Q=Vπ D2

4

D=K (V π D2

4 )1/2

V= π D2

4




Las velocidades medias más usadas están en el siguiente rango.

Cuando el sistema de bombeo solo trabaja “n” horas en 24 horas, el diámetro se puede

calcular por:

Efectuando queda:

(19)

Aquí:

n = Número de horas de funcionamiento al día

Q = Caudal fluente en m3/seg.

El diámetro de la tubería de succión se diseñó eligiendo el tamaño comercial superior

más próximo.

3.5. SISTEMA DE BOMBEO DE PRESIÓN CONSTANTE Y VELOCIDAD

VARIABLE.

3.5.1. Concepto:

Este sistema se basa en un controlador a presión constante, variador de frecuencia y un

sensor de presión. El objetivo es controlar la presión del agua en forma constante

regulando la velocidad de los motores de las bombas.

Este sistema puede ser utilizado para controlar a presión constante, control a caudal

constante o control de nivel constante, según el tipo de sensor conectado al controlador

y dependiendo de la aplicación del cliente.

La presión constante del agua en la tubería de abastecimiento es una de las principales

exigencias de los clientes en hoteles, condominios y fábricas que requieren agua en sus

procesos. Los sistemas de control de presión por presostato NO pueden garantizar la


0.6m / s≤V ≤2.40m /s

D=1.3 ( N24 )1 /4

Q1 /2

D=0.587 (N )0.25Q 0.5




presión constante del líquido y presentan desgaste en los motores de las bombas y altas

facturas eléctricas por los continuos arranques y paros.

El variador de frecuencia incorpora una función de arranque “suave” que consume

menos corriente de la red eléctrica y permite fluctuaciones en el nivel de voltaje de

alimentación. El arranque suave y controlado del variador de frecuencia disminuye el

estrés mecánico al que se ven expuestas las cajas reductoras, los acoplamientos y las

bombas de agua, esto incide directamente en la disminución de los costos por

mantenimiento. El sistema de control con variador de frecuencia no requiere que los

motores estén continuamente arrancando y parando.

Los sistemas de control de presión constante de dos o más bombas han sido diseñados

para satisfacer las necesidades de presión constante a variaciones de caudal en las más

modernas instalaciones incorporando además ventajas tan excepcionales como un

importante AHORRO ENERGÉTICO y un comportamiento SILENCIOSO.

Principalmente aptos para suministro de agua a presión constante a edificios, hoteles,

industrias, sistemas de riego, etc.

3.5.2. Funcionamiento:

Para empezar a trabajar sólo debemos programar la presión de trabajo que deseamos en

la tubería, para lo cual pulsamos dos teclas y la definimos en la interface del

controlador. Cuando la presión de trabajo desciende a causa de un consumo de agua la

primera bomba entra en funcionamiento automáticamente manteniendo la presión

constante en la tubería, a medida que se aumenta la demanda de agua el controlador va

aumentando la frecuencia de la bomba hasta hacerla llegar a su velocidad máxima, en

este punto si continúa el aumento de demanda de agua entrará en funcionamiento la

segunda bomba (auxiliar) para seguir manteniendo la presión constante. El sistema de

control y las bombas pararán automáticamente en el momento que se supere el valor de

presión de trabajo programado, en una secuencia igual pero inversa a la descrita para su

arranque.

En caso de falta de agua en la succión de la bomba, el variador de frecuencia lo detecta

inmediatamente y detiene la bomba automáticamente para evitar daños.



3.5.3. Ventajas del Sistema por Bombeo de Presión Constante

Los sistemas de control de presión constante con variador de frecuencia tienen ventajas

sobre otros sistemas. Estas son:

1. Inversión menor al compararse con soluciones con tanques elevados.

2. Mejor calidad de servicio. Presión constante.

3. Ocupa menos espacio que los sistemas hidroneumáticos.

4. Menor costo de mantenimiento.

5. Menor consumo de energía.

6. Características de control avanzadas.



CAPITULO IV

DISEÑO HIDRAÚLICO DEL SISTEMA DE PRESIÓN CONSTANTE:

4.7. CÁLCULO DE LA DOTACIÓN DIARIA DE AGUA DEL EDIFICIO

GASTO PROMEDIO DIARIO

Agua Potable

Considerando las dotaciones de acuerdo a la Normas IS.010 del Reglamento Nacional

de Edificaciones, se tendrá el siguiente Gasto Promedio Diario:

Dotación:

Dotaciones según el reglamento nacional de edificaciones - OS 010

K1=1.30 K2=2

Tipo de

Vivienda

Nivel de

Piso

Tipo de

DotaciónCantidad

Nº de hab.

o Área

Dotación

Norma

Dotación

Parcial

l/s

Dotación

Total l/d

Dotación

Total l/s

Qm-d

l/s

Qm-h

l/s

Multifa.1er niv

Departam 1 2 hab 850 l/d*hab 850

3050.00 0.0353 0.0459 0.0706Comercio 1 23.17 m2 6 l/d*m2 500

2do niv Departam 2 2 hab 850 l/d*hab 1700

4.8. CÁLCULO DE LAS UNIDADES HUNTER DEL EDIFICIO

4.8.1. Cálculo de las unidades hunter

Las unidades Hunter se calculan de acuerdo al aparato sanitario (Anexo 1)

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UH/APARATO UH/PARCIAL

1er Piso

Inodoro 2 3.00 UH 6.00 UHBidé 1 0.75 UH 0.75 UHLavatorio 2 0.75 UH 1.50 UHDucha 1 1.50 UH 1.50 UHLavadero Cocina AF/AC 1 3.00 UH 3.00 UHLavadero de Ropa AF/AC 1 3.00 UH 3.00 UH

UH/TOTAL - 1 15.75 UH




2do Piso

Inodoro 2 3.00 UH 6.00 UHBidé 1 0.75 UH 0.75 UHLavatorio 2 0.75 UH 1.50 UHDucha 2 1.50 UH 3.00 UHLavadero Cocina AF/AC 2 3.00 UH 6.00 UHLavadero de Ropa AF/AC 1 3.00 UH 3.00 UH



3er Piso

Inodoro 1 3.00 UH 3.00 UHBidé 1 0.75 UH 0.75 UHLavatorio 1 0.75 UH 0.75 UHLavadero de Ropa AF/AC 1 3.00 UH 3.00 UH


UH/TOTAL 43.50 UH

4.8.2. Cálculo del gasto probable por unidades hunter

El gasto probable se obtiene de acuerdo a la tabla de los gastos probables para

aplicación del método de Hunter (Anexo 2)

UH/TOTAL 44.00 UH

<> 1.00 l/s

4.9. DISEÑO DE LA CISTERNA

4.9.1. Cálculo de las dimensiones de la cisterna

Dotación: Dot = 3050.00 litros

Volumen de Cisterna: Vc = 2287.50 litros

Vc = 2.29 m3

Según el RNE se considera un volumen de 25 m3 de agua contra incendio


Vc=34∗Dotación


Pero a este caso no se considerara ya que no cumple con los 15 metros de altura y se

considera que no hay mucho riesgo

Vc total = 2.29 m3


Teniendo la disponibilidad de terreno dentro de la edificación calculamos las

dimensiones de la cisterna considerando la relación de L=2B:

VOLUMEN SIN A.C.I.Altura de agua Hagua = 1.00 m

Ancho útil Bútil= 1.07 mLargo útil Lútil = 2.14 m

Distancia vertical entre el techo y la tubería de ingreso de agua = 0.40 m

Distancia vertical entre ejes de las tubería de ingreso y rebose = 0.15 m

Distancia vertical entre el máx. nivel de agua y el eje de la tub. de rebose = 0.10 m

Espesor de las paredes, techo y base de la cisterna = 0.15 m

VOLUMEN SIN A.C.I. REDONDEOAltura total de la cisterna Hagua = 1.70 m 1.70 mAncho total de la cisterna Bútil= 1.37 m 1.40 mLargo total de la cisterna Lútil = 2.44 m 2.50 m

4.10. DISEÑO DEL TANQUE ELEVADO

4.10.1. Cálculo de las dimensiones del Tanque Elevado

Dotación: Dot = 3050.00 litros

Volumen de Cisterna: Vte = 1016.67 litros

Vte = 1.02 m3

Según el RNE se considera un volumen de 25 m3 de agua contra incendio

Pero a este caso no se considerara ya que no cumple con los 15 metros de altura y se

considera que no hay mucho riesgo

Vte total = 1.02 m3


Vte=13∗Dotación



Teniendo la disponibilidad de terreno dentro de la edificación calculamos las

dimensiones del tanque elevado considerando la relación de L=2B:

VOLUMEN SIN A.C.I.Altura de agua Hagua = 1.00 m

Ancho útil Bútil = 0.71 mLargo útil Lútil = 1.43 m

Distancia vertical entre el techo y la tubería de ingreso de agua = 0.40 m

Distancia vertical entre ejes de las tubería de ingreso y rebose = 0.15 m

Distancia vertical entre el máx. nivel de agua y el eje de la tub. de rebose = 0.10 m

Espesor de las paredes, techo y base de la cisterna = 0.15 m

VOLUMEN SIN A.C.I. REDONDEOAltura total del TE Hagua = 1.70 m 1.70 mAncho total del TE Bútil = 1.01 m 1.10 mLargo total del TE Lútil = 1.73 m 1.80 m

4.11. DISEÑO DE LA TUBERÍA DE ALIMENTACIÓN HACIA EL EDIFICIO

4.11.1. DATOS TÉCNICOS Y OBTENIDOS DEL PLANO

Presión en la red públicaPr = 20.00 lbs/pulg2Pr = 14.08 m

Desnivel red pública-cisterna Hr-c = 1.75 mPresión mínima a la salida de la cisterna Ps = 2.00 mLongitud de la tubería de servicio Lt = 20.74 m

4.11.2. CÁLCULO DEL GASTO DE ENTRADA

Volumen de cisterna Vc = 2.29 m3Tiempo de llenado de la cisterna Tc = 2.50 horasCaudal de entrada Qe = 0.25 l/s

Qe = 4.03 GPM



4.11.3. CÁLCULO DE LA CARGA DISPONIBLE

Carga disponible Hd = 17.83 m

4.11.4. SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DEL MEDIDOR

Perdida de carga máxima en el medidorHfmáx. = 8.92 m

Hfmáx. =12.66 lbs/pulg2

Diámetro tabular 1 D1 = 5/8 pulg.Diámetro tabular 2 D2 = 3/4 pulg.Pérdida de carga del diámetro tabular 1 hf1 = 1.00 lbs/pulg2 0.70 mPérdida de carga del diámetro tabular 2 hf2 = 1.00 lbs/pulg2 0.70 mDiámetro del medidor Dmed = 5/8 pulg.

4.11.5. SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA

Nueva carga disponible Hnd = 17.13 mDiámetro de la tubería de alimentación Dtub = 3/4 pulg.

Longitud equivalente por accesorios

2 Válv paso = 0.44 m1 Válv comp = 0.22 m1 Válv check = 0.34 m1 Codo de 45º = 0.50 m2 Tee = 1.00 m6 Codo de 90º = 2.88 m1 Válv de flot = 0.48 m

Longitud equivalente Leq = 5.86 mLongitud equivalente total Let = 26.60 m

Teniendo los datos de Q, L, D, C; calculamos el valor de Hf con Hazen y Williams:

Hf < HndHf = 1.39 m CORRECTO



4.12. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO DEL EDIFICIO

4.12.1. CÁLCULO DEL CAUDAL DE BOMBEO

Volumen del tanque elevado Vte = 1.02 m3Tiempo de llenado del tanque elevado Tte = 2.00 horasCaudal de bombeo por tanque elevado Qte = 0.14 l/sCaudal de bombeo por unidades Hunter Quh = 1.00 l/sCaudal de bombeo Qb = 1.00 l/s

4.12.2. CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE IMPULSIÓN

Según R.N.E.:

Gasto de bombeo (L/s)

Diámetro

Hasta 0.50 3/4 pulg. NO USAR!!!Hasta 1.00 1pulg. USARHasta 1.60 1 1/4 pulg. NO USAR!!!Hasta 3.00 1 1/2 pulg. NO USAR!!!Hasta 5.00 2pulg. NO USAR!!!Hasta 8.00 2 1/2 pulg. NO USAR!!!Hasta 15.00 3pulg. NO USAR!!!

Hasta 25.00 4pulg. NO USAR!!!

Diámetro según R.N.E.: D RNE = 2 pulg.

Según Bresse:

Constante, que varía entre 0.80 y 1.40 k = 1.1Constante x = 0.485Diámetro Económico D = k*(Qbx)

D = 1.10 pulgDiámetro según Bresse Dbresse = 1 1/4 pulg.



4.12.3. CÁLCULO DE LA ALTURA DINÁMICA TOTAL

Altura del edificio Hed = 9.40 mAltura de succión Hs = 1.60 mLongitu de tubería Lt = 11.00 mAccesorios a utilizar 2 Válv comp = 0.44 m

1 Válv flot = 0.22 m2 Válv paso = 0.44 m

1 Válv check = 0.50 m1 Tee = 0.50 m

1 Válv de pie = 0.48 m5 Codo de 90º = 2.40 m

Longitud equivalente Leq = 4.98 mLongitud equivalente total

Let =15.98 m

Presión de salida Ps = 2.00 mPérdida de carga Hfi = 0.09 mAltura dinámica total HDT = 13.09 m

4.12.4. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LA BOMBA

Altura dinámica total HDT = 13.09 mCaudal de bombeo Qb = 1.00 l/sEficiencia de la bomba Ef = 75 %Factor de seguridad Fs = 1.25Potencia Nominal Pn = 0.23 HPPotencia Requerida Preq = 0.29 HPPotencia Recomendada Prec = 2.00 HP



4.12.5. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL EQUIPO DE BOMBEO

Potencia P = 2.00 HPDiámetro de impulsión Dimp = 2 pulg.Diámetro de succión Dsuc = 2 1/2pulg.Número de bombas Nb = 2 bombasAltura dinámica total HDT = 13.09 m

Modelo de motor Motor =Monofásico de 220V, 50/60 ciclos

Accesorios a utilizar Accesorios = 1 Válvula de compuerta1 Válvula de flotador2 Válvula de paso1 Válvula check1 Tee1 Válvula de pie5 Codo de 90º

Longitud de tubería Lt = 11.00 mLongitud total Let = 15.98 mPérdida de carga total Hf = 0.09 m



CONCLUSIÓN

De los cálculos de la Dotación Diaria de Agua para el edificio multifamiliar se obtuvo

el resultado de 0.0353 l/s, además por el método Hunter se obtuvo un caudal de 1.00

l/s; de los cuales para el diseño se usó el mayor caudal siendo el que se calculó por el

método Hunter. Con este caudal se diseñó el volumen de cisterna y el volumen del

tanque elevado siendo 2.29 m3 y 1.02 m3 respectivamente. La altura dinámica total de

la línea de impulsión es 13.09 metros con esta altura y un caudal de bombeo de 1.00 l/s

se obtuvo 02 bombas de 2 HP con una eficiencia de 75%, con un motor monofásico de

220 V con 50/60 ciclos. El sistema de presión Constante nos ayuda a disminuir el

consumo de energía y por ende se ahorra costos por consumo eléctrico, ya que las

bombas tienen un arranque y parada suave y no supera el amperaje nominal del motor.



RECOMENDACIONES

Para el cálculo del Gasto Promedio Horario como para el cálculo de la Demanda

Máxima Simultanea, se recomienda el uso de la Norma IS.010 del Reglamento

Nacional de Edificaciones.

Para el cálculo de la Demanda Máxima Simultanea el Reglamento Nacional de

Edificaciones recomienda el uso del Método de Hunter.

Para el caculo de pérdidas en tuberías se recomienda usar el método de Hazen-

Williams.

Para la selección del equipo del Sistema de Bombeo se recomienda bombas que

tengan una alta eficiencia y motores de eficiencia Premium para el obtener mejores

ahorra de energía.

Es recomendable siempre tener una bomba en Standby para cuando se requiera el

mantenimiento de alguna bomba y asi no afectar a la demanda de agua y presión

del edificio.



BIBLIOGRAFIA

Reglamento Nacional de Edificaciones – Junio 2006 – Norma IS.010

Análisis del Método de Hunter y Actualización del Método de Cálculo para

Instalaciones Hidráulicas en Edificios - Instituto Politécnico Nacional

Acevedo Neto J. M. y Acosta Álvarez Guillermo “Manual de Hidráulica”,

Editorial Edgard Blucher, México-Harla. Sexta Edición 1975.

Bachman & Murria “Manual de Tuberías y Plomería” (Pipefilters and Plumbers

best pocket referente book), Editorial Continental Décimo Sexta reimpresión. Año

1992.

Giles V. Ronald “Mecánica de Fluidos e Hidráulica-Teoría y Problemas”, Editorial

McGraw-Hill. Año 1970.

Shames H. Irving “Mecánica de Fluidos”, Editorial McGraw-Hill. Tercera

Edición. Año 1995.

Sotelo Avila “Hidráulica General”, Editorial Limusa.

“Manual de Bombas de la Asociación de Ingenieros Académicos”, Elaborado por

Hidrostal, Worthington, Goulds Pump. Año 1991.

Páginas en Internet:

Bombas Selección : Web: http://www.xylect.com/

Web: http://www.hidrostal.com.pe/



ANEXOS

1. Unidades de gasto para el cálculo de las tuberías de distribución de agua en los

edificios (aparatos de uso privado)

2. Gastos probables para aplicación del método de Hunter

3. Diámetros de las tuberías de impulsión en función del gasto de bombeo

4. Unidades de descarga para aparatos no especificados

5. Curva general de diseño de Hunter

6. Monograma para el cálculo de tuberías por formula de Hazen Williams

7. Pérdidas de presión en medidor

8. Fotos del diseño de la línea de impulsión

9. Planos



ANEXO N° 01

UNIDADES DE GASTO PARA EL CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS DE

DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN LOS EDIFICIOS (APARATOS DE USO

PRIVADO)



ANEXO N° 02

GASTOS PROBABLES PARA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE HUNTER



ANEXO N° 3

DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS DE IMPULSIÓN EN FUNCIÓN DEL

GASTO DE BOMBEO

ANEXO N° 4

UNIDADES DE DESCARGA PARA APARATOS NO ESPECIFICADOS



ANEXO N° 5

CURVA GENERAL DE DISEÑO DE HUNTER

Donde:

1 : Aparatos con Válvula.

2 : Aparatos con Tanque.



ANEXO N° 6

MONOGRAMA PARA EL CALCULO DE TUBERIAS POR FORMULA DE

HAZEN WILLIAMS



ANEXO N° 7

PERDIDAS DE PRESION EN MEDIDOR



ANEXO N° 8

FOTOS DEL DISEÑO CASERO DE LA LÍNEA DE IMPULSIÓN



ANEXO N° 8

PLANO


Documents

Diseño de Una Linea de Impulsion en Una Vivienda