INSTALACIONES EN EDIFICACIONES Instalaciones Sanitarias SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Se utiliza cuando el suministro público garantiza cantidad pero no la presión suficiente para llenar el tanque elevado. En este caso es necesario instalar una cisterna y un equipo de elevación. Según la norma la capacidad de la cisterna no será menor de las 3/4 de la dotación diaria y la del tanque elevado no menor 1/3 de dicha dotación; en ambos casos con un mínimo de 1000 litros (1 m3). SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Conexión domiciliaria y alimentación: El cálculo es similar al del sistema de “Alimentación superior sin bombeo”, variando solamente la capacidad de la cisterna y el tiempo de llenado, que no lo especifican las normas y que puede estimarse de 4 a 8 horas. Sistema de Distribución El procedimiento es igual al del sistema que no requiere de bombeo. SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Equipo de Bombeo (Luego del cálculo de la altura del tanque elevado) La capacidad del equipo de bombeo será la necesaria para llenar el tanque elevado en un tiempo no mayor de dos horas. El cálculo teórico de la potencia de la bomba está dado por la fórmula 𝐻𝑃 = 𝑄ℎ𝑡/75 (solo para fines de pre-dimensionamiento) Nota: El equipo se elegirá considerando la potencia teórica y la “Curva característica” SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Equipo de Bombeo (Luego del cálculo de la altura del tanque elevado) Donde: ■ Q : Gasto en litros por segundo (Volúmen de tanque /tiempo de llenado) ■ ht : Pérdida de carga total en metros ht = hs + Σ hf + Ps hs : Diferencia de elevación del agua de cisterna a tanque Σ hf : Pérdida por fricción en tuberías y accesorios Ps : Presión de salida de agua en tanque (2.00 m.c.a. como mínimo según RNE) ■ : Eficiencia de la bomba: de 60 % a 70% SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO El diámetro mínimo de la tubería de impulsión se elegirá se determina aplicando el anexo N° 5 de las Normas sanitarias: Anexo Nº 5 • Gasto de bombeo (lt/seg) Tubería de impulsión (F”) Hasta 0.50 - 1.00 - 1.60 - 3.00 - 5.00 - 8.00 - 15.00 - 25.00 3/4” 1” 1 1/4" 1 1/2" 2” 2 1/2” 3” 4” La tubería de succión debe ser siempre de un diámetro mayor que la de impulsión. SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Ejemplo: El diseño arquitectónico de un edificio de 4 pisos tiene: 04 dptos por piso típico (dos de 1 dormitorio y dos de 2 dormitorios) 3 dptos en el primer piso (dos de 1 dormitorio y uno de 2 dormitorios) El sistema de abastecimiento es indirecto con cisterna, bombas y tanque elevado, desde el cual por medio de bajadas se abastece de agua a los diferentes departamentos. Consumo diario: Dotación=3x(2x850+2x500)+2x500+850= 9950 lpd SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Capacidad de cisterna: V cisterna = 3/4 x 9950 = 7462 lt. = 7.5 m3 (1.20x2.50x2.50) Gasto para llenar la cisterna en 6 horas: Q = 7462 / (6 x 3600) = 0.35 lps Entonces: F máx = 1” y F mín = 3/4” (se adopta este diámetro) Capacidad de tanque elevado: V tanque elev = 1/3 x 9950 lt. = 3.33 m3 (1.35x1.60x1.60) SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Características de c/u de las bombas: Caudal para llenar el tanque en 2 horas: Q = 3333 / (2 x 3600) = 0.46 lps De la tabla N° 5 tenemos que para la impulsión Ø = 3/4". Diferencia de elevación del agua de cisterna a tanque elevado (hs) : • 4 pisos de 3.00 m de altura = 3x4 = 12.00 • altura de tanque elevado (X) = 2.60 • tirante de agua = 1.35 • RNE = 0.25 • Cisterna (0.45+1.20-0.10) = 1.55 TOTAL = 17.75 Entonces: hs = 17.75 m SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Calculo de pérdida en la línea de impulsión desde la cisterna hasta el ingreso al tanque elevado. ELEMENTOS Succión: "S“: toma de succión hasta la bomba Válvula de pie Ø1" 1.55 m de Tubería PVC 1 codo de 90º Impulsión: Desde la bomba al punto “X" 2 codos de Ø ¾” x 90° Válvula de compuerta Ø ¾” Válvula Check Ø ¾” 16.20 m de tubería PVC (17.75-1.55) Le (C=100) 2.85 0.83 0.90 4.58 1.50 0.15 0.55 8.70 10.90 CONDICIONES Hf en m.c.a. Q = 0.46 l/s Ø = 1", => S = 0.0825 Hf=4.58x0.0825=0.378 Q = 0.46 l/s Ø = 3/4", => S = 0.3349 Hf = 10.90x0.3349=3.650 SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Pérdida de carga total: 0.378 + 3.650 = 4.028 m.c.a. Σ hf = 4.03m (Pérdida por fricción en tuberías y accesorios) Ps = 2.0 m (Presión de salida de agua en tanque: 2.00 m mínimo) Entonces: ht = hs + Σ hf + Ps =17.75+4.03+2.00=23.78 m. Para: ht = 23.78 m y Eficiencia de bomba = 60% Entonces la potencia será = 0.46x23.78 / (75x0.60)= 0.24 HP SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO Tubería de impulsión: Tubería de succión: F = ¾” F = 1” De las tablas de rendimiento de electro bombas se escoge la columna para un caudal de 0.5 (Q=0.46 lps) sabiendo que se necesita una altura mínima de 23.78 m, se escoge : Electro bomba marca HIDROSTAL, monofásica, de 220 v. y 60 ciclos, tipo B1C– 1, de 1 HP. Según su curva característica proporciona un caudal de 0.5 lps a una altura de 32 metros. SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO TABLA DE RENDIMIENTO DE BOMBAS ELÉCTRICAS MONOFÁSICAS DE 220 VOLTIO / 60 CICLOS Modelos Diámetro Peso Succión Descarga (Kg.) CAUDAL (Litro por segundo HP 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 8.0 Altura de elevación en metros (según la curva característica) B1C - 0.3 0.33 1" 1" 15 20.0 18.0 13.0 BIC - 0.5 0.50 1" 1" 16 24.0 22.0 15.0 B1C - 1 1 1" 1" 19 33.0 32.0 26.0 19.0 32-125-0.5 0.50 2" 1-1/2" 22 13.0 13.0 13.0 12.0 12.0 9.0 B1 - 1M 1 1-1/2" 1" 21 32.0 30.0 30.0 28.0 23.0 32-125-1M 1 2" 1-1/2" 27 18.0 18.0 18.0 18.0 17.0 15.0 11.0 40-125-1M 1 2-1/2" 1-1/2" 27 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 11.0 7.0 6.0 2B1-1 1 1-1/2" 1" 21 38.0 29.0 15.0 15.0 15.0 15.0 2.0 SISTEMA SUPERIOR CON BOMBEO TABLA DE RENDIMIENTO DE BOMBAS ELÉCTRICAS TRIFÁSICAS DE 220 VOLTIO / 60 CICLOS Diámetro Peso CAUDAL (Litro por segundo) Modelos HP B1 - 2.5 3 1-1/2" 1" 32 B1 - 2.5 3 1-1/2" 1" 33 32 - 125 - 2.5 3 2" 1-1/2" 35 3.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 Altura de elevación en 44.0 43.0 41.0 37.0 metros (según la curva 62.0 57.0 48.0 característica) 25.2 25.2 25.0 24.6 23.2 16.4 40 - 125 - 2.5 3 2-1/2" 1-1/2" 8 18.2 18.2 18.2 18.2 18.0 17.4 15.9 9.2 32 - 125 - 5 5 2" 1-1/2" 45 41.0 41.0 41.0 41.0 40.0 35.8 24.0 32 - 160L - 5 5 2" 1-1/2" 52 62.0 61.8 61.2 60.0 54.0 2/ 32 -200L - 5 5 2" 1-1/2" 55 85.5 83.5 80.0 73.5 40 - 125 - 5 5 2-1/2" 1-1/2" 51 29.6 29.8 29.8 30.0 30.0 29.4 28.2 24.0 32 - 160L - 6.6 7 2" 1-1/2" 72 63.0 63.0 62.5 61.8 58.6 47.4 2/32 - 200L - 6.6 7 2" 1-1/2" 74 98.0 96.0 92.5 85.0 40 - 125 - 6.6 7 2-1/2" 1-1/2" 71 37.0 37.0 37.0 37.0 37.0 37.0 35.0 33.0 40 - 160 - 6.6 7 2-1/2" 1-1/2" 72 40.5 41.0 41.6 42.0 42.6 42.0 38.6 32.0 2/32 - 200L - 12 12 2-1/2" 1-1/2" 78 97.5 96.0 95.0 92.5 87.0 60.0 40 - 160 - 12 12 2-1/2" 1-1/2" 78 57.0 57.4 57.8 68.0 58.4 58.0 56.0 48.4 50 - 160 - 12 12 3" 2" 81 41.0 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0 40.0 36.0 29.0 Succión Descarga (Kg.) 0.5 1.0 1.5 2.0 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Es un sistema alternativo del anterior, sustituye la presión proporcionada por el tanque elevado por la generada en un tanque hidroneumático. Principio de operación: •En un tanque hidroneumático el aire comprimido por el agua, que se inyecta por bombeo, actúa como un resorte que mantiene una presión constante sobre ésta. Presión que se transmite a través de todo el sistema. •Cuando un grifo es abierto el aire se expande para reemplazar al agua liberada que ha sido forzada a salir por la presión del aire comprimido. •Al descender la presión del aire en el tanque hasta el límite previsto en el diseño, entran en acción las bombas de agua hasta comprimir el aire a la condición inicial. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Principio de operación: •La bomba trabaja permanentemente bajo dos condiciones de presión: La presión necesaria para tener, cuando menos 2.0 m.c.a. en las salidas mas desfavorables del sistema y una presión adicional que varía de 15 a 30 psig. según los fabricantes. •La bomba debe detenerse al alcanzar la presión máxima y arrancar cuando ésta descienda a la presión de diseño, que ocurre cuando se ha consumido parte del agua contenida en el tanque hidroneumático. •Para disminuir el volumen del tanque hidroneumático se incluye en el equipo un compresor o cargador de aire, para aumentar la presión de éste y obligarlo a ocupar menos volumen en el tanque. El cargador solo necesita trabajar cuando se ha perdido parte del aire contenido en el tanque y, por consiguiente, se ha reducido el tiempo de parada de la bomba. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Esquema básico de un sistema hidroneumático SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Esquema básico de un sistema hidroneumático SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Esquema del Tanque hidroneumático SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Ciclo de funcionamiento de un Tanque hidroneumático SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático • El volumen del tanque hidroneumático (agua + aire) se calcula considerando el caudal y las presiones máxima y mínima del funcionamiento del motor. Se propone una fórmula para el cálculo del volumen: 𝑽 = 𝟒𝟒 𝑸 (𝑷𝟐 + 𝟏𝟒. 𝟕)/(𝑷𝟐 − 𝑷𝟏 ) Donde: V = Volumen en galones americanos Q = Caudal en litros por segundo P2 = Presión máxima en psi P1 = Presión mínima en psi SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Conexión domiciliaria y la alimentación •El cálculo es similar al del sistema de “alimentación superior”, variando solamente la capacidad de la cisterna, que en este caso será cuando menos igual al consumo diario. •Se recomienda 1.25 x dotación diaria. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Cisterna – electrobombas - Equipo Hidroneumático Sistema de distribución •Este sistema emplea un equipo hidroneumático, que bombea directamente de la cisterna y cuya capacidad debe satisfacer la máxima demanda de la edificación. •El procedimiento de cálculo es igual al del sistema anterior, variando solo en el sentido del flujo. •La altura mínima de bombeo será la necesaria para que la presión de salida sea, por lo menos, de 2.0 mca en el aparato más desfavorable del último piso. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Ejemplo de diseño de un sistema indirecto de alimentación inferior DATOS BÁSICOS: Edificio unifamiliar de dos pisos Área del lote totalmente construida: 250 m2 Altura de piso a piso: 3.00 m Presión disponible del primer piso: insuficiente Croquis del sistema de distribución (típico): SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Dibujo Isométrico: del plano SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR 1.- Sistema de alimentación a cisterna Dotación: 1700 litros/día Almacenamiento en cisterna: Se asume 6000 litros (FS > 1.25) Gasto para ser llenado en 6 horas: Q = 6000/ (6 3,600) = 0.28 lt./seg. Entonces: máx. = mín. = 3/4“ Dimensiones netas de cisterna: Dimensiones = 2m x 2m x 1.5m Considerando los 0.45 m de RNE, entonces las dimensiones: 2m x 2m x 1.95m) SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR 2.- Cálculo de diámetros: Diámetros (pulgadas) Tramo A - a' a` - a a-b b-c c-d d-e e-f f-g g-X Long 2,00 11,70 3,80 2,86 5,50 1,20 4,40 0,40 3,30 UG 24 24 20 17 14 12 6 3 2 Q (l/s) 0,61 0,61 0,54 0,48 0,42 0,38 0,25 0,12 0,08 Ø Máx. 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1/4 1 1 3/4 1/2 1/2 Ø Mín. 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 1/2 1/2 Ø Diseño 1 1 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 1/2 1/2 S(pendiente) 0,1391 0,1391 0,4505 0,3623 0,2830 0,2352 0,1084 0,2008 0,0949 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR 3.- Cálculo de pérdida en la línea de impulsión desde la cisterna hasta el ingreso al tanque-Hidroneumático. ELEMENTOS Succión: "S“: toma de succión hasta la bomba Válvula de pie 1 1/4" 3.00m de Tubería PVC 1 codo de 90º Impulsión: Desde la bomba hasta el tanque hidroneumático Válvula de compuerta 1” Válvula Check 1” 2.00 m de tubería PVC Le (C=100) 3.70 1.61 1.20 6.51 0.20 0.75 1.07 2.02 CONDICIONES Hf en m.c.a. Q = 0.61 l/s Ø = 1 1/4", => S = 0.1284 Q = 0.61 l/s Ø = 1", => S = 0.1391 Hf = 0.992 Nota: La pérdida de fricción en tuberías y accesorios total Σ hf se calcula desde la succión hasta el punto más desfavorable incluyendo los 0.992 m. generado por la pérdida de carga en la succión y en la línea de alimentación. TRAMO 4.- CONDICIONES ELEMENTOS Le Hf (C=100) A - a' a` - a Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: a-b b-c c-d d-e e-f f-g g-X Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Long.: U.G.: Q (l/s ): Diám .: S: Obs ervaciones : 2,00 2,00 m de tubería de PVC 24 2 codos de 1" 0,61 1 0,1391 Sum a en L.e.: 11,70 11,70 m de tubería de PVC 1 codo de 1" 24 1 tee recta de 1" 0,61 1 0,1391 Sum a en L.e.: 3,80 3,80 m de tubería de PVC 20 1 reducción de 1" a 3/4" 0,54 1 tee recta 3/4" 3/4 0,4505 Sum a en L.e.: 2,86 2,86 m de tubería de PVC 17 1 codo 3/4" 0,48 1 tee derivada 3/4" 3/4 0,3623 Sum a en L.e.: 5,50 5,50 m de tubería de PVC 14 1 tee recta 3/4" 0,42 3/4 0,2830 Sum a en L.e.: 1,20 1,20 m de tubería de PVC 12 2 codos 3/4" 0,38 1 tee recta 3/4" 3/4 0,2352 Sum a en L.e.: 4,40 4,40 m de tubería de PVC 6 6 codos 3/4" 0,25 1 valv. Com puerta + 2UU 3/4 1 tee derivada 3/4" 0,1084 Sum a en L.e.: 0,40 0,40 m de tubería de PVC 3 1 reducción de 3/4" a 1/2" 0,12 1 tee recta 1/2" 1/2 0,2008 Sum a en L.e.: 3,30 3,30 m de tubería de PVC 2 3 codos 1/2" 0,08 1/2 0,0949 Sum a en L.e.: PUNTO (mca.) 1,07 1,80 NIVEL Piezomt. PRESIÓN Físico (m.c.a.) A1 13,85 -0,10 13,95 2,87 6,28 0,90 1,50 0,40 a' 13,45 -0,10 13,55 8,68 2,04 0,15 0,25 1,21 a 12,24 -0,10 12,34 2,44 1,54 0,75 1,20 1,10 b 11,14 -0,10 11,24 3,49 2,95 0,25 1,26 c 9,88 -0,10 9,98 3,20 0,64 1,50 0,25 0,91 d 8,97 0,30 8,67 2,39 2,36 4,50 0,65 1,20 8,71 0,21 0,15 0,25 0,56 e 8,41 2,90 5,51 0,94 f 7,46 2,90 4,56 0,61 1,77 1,80 0,12 g 7,34 2,90 4,44 3,57 0,34 X 7,00 5,00 2,00 Pérdida por fricción= 6,85 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR 5.- Cálculo de Pérdida en la ruta crítica. (De la tabla Σ hf = 6.85 mca) entonces Σ hf =0.992+6.85=7.842 mca 6.- Sistema de regulación de presión: Equipo de bombeo: Unidades de gasto = 24 UG, (1lt=0.2635 gal) Q = 0.61 lps = 9.64 g/min. = 580 g/hora, máx. = 1 1/4" , mín. = 3/4" , => se adopta = 1" SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR 7.- Cálculo de la presión disponible: Diferencia de elevación del agua de cisterna a aparato más desfavorable (hs) : 1 pisos de 3.00 m de altura altura de salida de aparato desf. (X) succión de cisterna (0.45+1.50-0.10) TOTAL =3.00 =2.00 = 1.85 = 6.85 La carga necesaria: H = hs+Σ hf +Ps Donde: Ps : presión a la salida del aparato sanitario Σ hf : suma de pérdidas por fricción hs : altura física del aparato sanitario mas desfavorable SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Reemplazando: H = 6.85 + 7.84 + 2.00 = 16.69 mca H = 23.70 psi (16.69x1.42) Pmín = 25 psi, pero valor comercial : Pmín= 30 psi Pmáx= 50 psi (Pmín +20) => Pprom = 40 psi Entonces: Presión de Trabajo = 40 psi = 2.82 Kg./m2 = 28.17 mca. Q = 0.61 lps Se escoge una bomba monofásica Hidrostal tipo B1C - 1, capaz de levantar una presión de 28.2 m.c.a. ( 40 psi) SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Para el cálculo del volumen del Tanque hidroneumático : 𝑽 = 𝟒𝟒 𝑸 (𝑷𝟐 + 𝟏𝟒. 𝟕)/(𝑷𝟐 − 𝑷𝟏 ) Reemplazando: V=44(0.61)(50+14.7)/(50-30)=86.83 galones Volúmenes Comerciales de tanques hidroneumáticos (Marca Champion) SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Volúmenes Comerciales de tanques hidroneumáticos (Marca Champion) SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Sabemos que: V=44(0.61)(50+14.7)/(50-30)=86.83 galones se requiere como mínimo un tanque de 86.83 galones, se asume un tanque comercial de 86 galones. Puede utilizarse también la siguiente tabla: (para lo cual se requiere el caudal en galones por hora y la presión promedio) Entonces Q=0.61 lps = 0.61x941= 574 gal/hora SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Capacidad de tanque hidroneumático (Basado en la capacidad de la bomba y la presión de operación) PRESIÓN (Libras/Pulgadas2) Presión Mín. Presión Máx... Presión Prom. Volumen(gal) T.Hidro-Neumático 18 32 42 82 120 144 180 220 315 525 1,000 1,500 2,000 3,000 5,000 7,000 10,000 20 35 28 20 40 30 30 50 40 40 60 50 50 80 65 50 70 60 60 70 65 60 80 70 70 100 85 Presión Prom. 65 120 155 295 445 525 660 800 1,150 1,900 3,560 5,450 7,250 10,900 18,300 27,400 36,600 Volumen(gal) T.Hidro-Neumático 18 32 42 82 120 144 180 220 315 525 1,000 1,500 2,000 3,000 5,000 7,000 10,000 CAUDAL en (Galones/Hora) a Presión Promedio 185 325 430 840 1,230 1,470 1,830 2,250 3,240 5,360 10,400 15,300 20,400 30,600 51,000 76,000 107,000 230 400 530 1,020 1,500 1,800 2,250 2,760 3,930 6,545 12,500 18,800 25,000 37,500 62,500 94,000 130,000 145 260 340 660 970 1,160 1,460 1,760 2,550 4,260 8,100 12,180 16,200 24,300 40,500 61,000 81,000 100 185 240 475 695 830 1,040 1,265 1,810 3,030 5,760 8,650 11,500 17,300 28,800 45,000 57,600 90 155 200 400 585 700 860 1,060 1,520 2,540 4,850 9,700 13,000 19,500 32,400 48,500 64,800 80 140 180 355 520 620 770 940 1,350 2,250 4,300 6,420 8,520 12,800 21,700 32,400 43,400 80 150 190 365 550 650 820 990 1,440 2,360 4,500 6,750 9,000 13,500 22,300 33,700 45,000 60 110 140 270 400 480 600 730 1,040 1,740 3,310 4,980 6,600 9,980 16,550 25,000 33,100 Presión Mín. Presión Máx. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INFERIOR Para una presión promedio de 40 psi y un caudal de 0.61 lps =0.61x941= 574 gal/hora, se requiere un tanque de 82 galones como mínimo, entonces se asume un tanque comercial de 86 galones. Nota: El régimen de operación de la bomba: prende a la presión de 30 psi y apaga a la presión de 50 psi
