Diseño de Instalaciones Sanitarias - Suministro de Agua

Si bien en el planteamiento hidráulico a ser realizado en el diseño de nuestras instalaciones sanitarias es más bien simple, debemos repasar algunos aspectos de forma tal de adecuarnos a los que será la metodología en la resolución de los ejemplos a ver en este módulo.

Así que lo primero que estudiaremos es el principio de energía, el cual establece que en el flujo Turbulento y Uniforme en tuberías, la energía total por unidad de peso en cualquier punto de una línea de corriente se determina mediante la suma de tres componentes:

En la cual:

H:Energía total. Unidad: metros [m]
P:Presión [N/m²]
γ:Peso Específico [N/m³]
z:Cota o Elevación del punto en consideración [m]
V:Velocidad del Fluido [m/s]

Nota que los términos en la expresión anterior tienen todos unidades de longitud (metros para las unidades presentadas), de forma tal que podremos hablar de la Energía, Carga o Cabeza como una Altura de columna de agua.

Hay varios puntos que desarrollar respecto a estos términos y a la forma en que debemos aplicar esta ecuación a sistemas de tuberías. En la siguiente presentación los desarrollamos en detalle. Así que activa el sonido y revísala detenidamente.

Cuando la geometría en los contornos del flujo de agua en una conducción es alterada, se producirá incremento de la turbulencia de dicho flujo generándose así las pérdidas Localizadas, que definiremos como “hl”.

En esta presentación podrás ver, además de los aspectos teóricos detrás de este tipo de pérdida de carga, la manera en que se realizará su determinación en el cálculo y diseño de las instalaciones de abastecimiento de agua para edificaciones.

Ejemplo: Aplicando la Ecuación de Energía al Cálculo y Diseño

En la siguiente presentación terminarás de comprender lo visto hasta el momento en el curso. Verás como se conjugan la aplicación del principio de energía con el cálculo de pérdidas y presiones en distintos puntos de la red. ¡Disfrútala!

A continuación encontrarás un Quiz con 5 preguntas que te permitirán autoevaluarte respecto de los alcances de este módulo introductorio.

Necesitarás tener a la mano una calculadora y las tablas de longitudes equivalentes y coeficientes de fricción pues tendrás que realizar, al menos, un cálculo similar al visto en los ejemplos.

¡Éxito!

Para los efectos del dimensionado de las instalaciones sanitarias es conveniente tener en cuenta las distancias mínimas indicadas por las normas sanitarias aplicables entre piezas y entre piezas y paredes.

No pretendemos evaluar tus conocimientos en este tema, pero te proponemos que realices este QUIZ, a fin de que certifiques que el tema tiene más que ver con el sentido común que con otros aspectos.

En cualquier caso verás en el material adjunto a esta clase las dimensiones mínimas recomendadas.

Te presentamos aquí algunos valores mínimos sugeridos para la separación entre piezas sanitarias.

Lo ideal es que revises este documento después de realizar el Examen N° 2.

¿En dónde se conectarán las Piezas Sanitarias?

Cuando se esté en la fase de trazado de la red de suministro de agua a las Piezas Sanitarias, así como cuando se esté realizando el cálculo de las presiones en los puntos de alimentación a ellas, será necesario conocer (o tener una idea bastante aproximada) de la ubicación de los puntos de alimentación a dichos Accesorios.

Si bien la ubicación de los puntos de abastecimiento dependerá del modelo de Pieza Sanitaria a utilizar, lo cual podrá ser obtenido a partir de la información técnica suministrada por los respectivos fabricantes, presentamos en las siguientes figuras la ubicación y posición de los puntos de alimentación y de descarga de las piezas de uso más común en instalaciones sanitarias.

Lo primero que tenemos que comprender en lo que respecta al sistema de agua potable de la edificación, es la forma en la que se realizará su abastecimiento desde la red de acueducto pública.

En esta lección conocerás las posibilidades existentes para el abastecimiento, las cuales dependerán de una serie de factores como las presiones disponibles en la red de abastecimiento público o la altura de la edificación, entre otros parámetros.

En función de lo planteado en la lección anterior, te presentamos a continuación el desarrollo completo del diseño de una toma domiciliaria. Obsérvalo detenidamente pues hay varias condiciones particulares en esta situación.

el Agua en El Tanque Elevado

Al optar por el sistema de distribución con combinación de Tanque Bajo, Equipo de Bombeo y Tanque Alto, además de lo visto en cuanto a la determinación de la capacidad de dichos tanques, es necesario definir el diámetro de la tubería de aducción, la cual es una tubería independiente del montante de distribución y la cual permite la conducción directa del agua desde el(los) Equipo(s) de Bombeo hasta el Tanque Alto.

La definición de este diámetro de la aducción mantiene el procedimiento referido en el caso de la toma domiciliaria, es decir: definir una velocidad de diseño dentro del rango recomendado y para el caudal de diseño seleccionar el diámetro comercial requerido.

La única particularidad, en cuanto a la definición el caudal de diseño para esta tubería y de los mismos equipos de bombeo, se encuentra en el requerimiento, generalmente fijado por las normas, de llenar el tanque elevado en un período no mayor a 2 horas.

De esta forma, si en la siguiente ecuación N es el tiempo especificado para el llenado del tanque, en horas, el Caudal de Diseño será:

Nota que, independientemente de la dotación, lo que debes introducir en la formulación previa es el volumen útil del tanque que, como vimos en la lección anterior, puede ser de sólo una fracción de la dotación total. De esta forma se evita el sobredimensionado de la aducción y de los mismos equipos de bombeo.

En el siguiente ejemplo resumiremos el cálculo de la tubería de aducción y selección del equipo de bombeo para abastecer el tanque alto en una edificación:

¡Una Nueva Prueba!

Ya hemos avanzado bastante, así que prepárate para evaluar los conocimientos que has adquirido en este módulo. Como siempre ten a la mano la calculadora y (por si acaso) la tabla de dotaciones para edificaciones que vimos en la lección respectiva. ¡Suerte!

De lo visto en la lección anterior, verás que la metodología es más bien sencilla. No debes preocuparte por establecer el número de piezas atendidas por cada tramo, ni tendrás que determinar coeficientes de simultaneidad (utilizado en otros métodos de cálculo) para poder llegar a determinar el caudal a utilizar en el diseño.

En el siguiente ejemplo verás cómo se aplica el método de HUNTER en la determinación de los caudales que servirán para realizar el diseño de las tuberías en la instalación de abastecimiento de agua de la edificación.

El Diseño del montante, sea éste ascendente o descendente, mantiene el mismo procedimiento que hemos seguido con las redes de distribución.

Sólo debes suponer ahora que esta tubería entregará las Unidades de Gasto totales calculadas para cada una de la(s) instalación(es) que deban atenderse en los distintos niveles que el montante atienda.

Un aspecto que debes de tener en cuenta es que, para el cálculo del montante, debes determinar las unidades de gasto de la instalación sanitaria utilizando los valores de la columna Total en las tablas de unidades de gasto para piezas de uso público o privado (según aplique):

Así, conociendo las Unidades de Gasto de cada tramo, sólo restará realizar la conversión a caudal probable, según las piezas predominantes en las instalaciones sean de tanque o de válvula, suponer una velocidad de diseño y obtener diámetros de cálculo, Nominal y, finalmente, realizar la verificación de la velocidad final para el diámetro nominal seleccionado en cada uno de sus tramos.

En la presentación verás el desarrollo del diseño del montante ascendente de la instalación sanitaria que hemos venido manejando en este módulo. Supondremos que en cada uno de los niveles de la edificación, el montante atiende a una sola instalación típica.

En este ejemplo deja claro los siguientes aspectos:

• Ciertamente, el camino crítico representa el recorrido con mayor cantidad de pérdidas y, por supuesto, la pieza sanitaria conectada en su punto más aguas abajo será la pieza más desfavorable por pérdidas de carga.
• Si el requerimiento de presiones mínimas de las piezas determina que alguna de las piezas ubicadas fuera del camino crítico tenga una presión mayor a la que requiere la pieza más desfavorable por pérdidas de carga, es posible que esta pieza sea la más desfavorable pero ahora por presión de funcionamiento.
• La determinación de cuál es la pieza más desfavorable, según lo referido en los dos puntos previos, conjuntamente con el cálculo de las pérdidas en el recorrido Punto de entrada-Pieza más desfavorable así como de la respectiva presión de operación de esta pieza, determinará cuál es la presión mínima de operación de la red de distribución.

De lo visto en este ejemplo, deberías comprender ahora que:

• La presión mínima de operación del montante, dependerá no sólo de cuál de las instalaciones o redes de distribución dentro del sistema tiene el mayor requerimiento de presión, sino de su elevación.
• En la mayoría de los casos, verás que la instalación más desfavorable es la que se ubica en el último nivel de la edificación, obviamente, porque tiene en contra la altura estática. Pero siempre es bueno verificar los niveles inferiores en caso de que el requerimiento de presión de las instalaciones allí fuera significativamente mayor del de la que se ubica en el último nivel.

Cálculo del Tanque de Presión y Altura de Bombeo

En esta presentación verás la forma de realizar la determinación de las características básicas del sistema por bombeo hidroneumático de nuestro sistema de ejemplo a lo largo de estos dos últimos módulos del curso.

En lo que respecta al diseño lo que se busca es determinar, a partir de la presión requerida para la red de distribución (calculada según vimos en los ejemplos anteriores), los volúmenes de aire y agua que conformarán al tanque de presión así como las características de la bomba y compresor que alimentarán al sistema.