INSTALACIONES SANITARIAS

Ing. Henry Azañedo Medina

ALMACENAMIENTO DE AGUA

CISTERNA Y TANQUES ELEVADOS

Una cisterna es un depósito subterráneo que se utiliza para recoger y

guardar agua de lluvia o procedente de un río o manantial. También se

denomina cisterna a los receptáculos usados para contener líquidos,

generalmente agua, y a los vehículos que los transportan (camión

cisterna, avión cisterna, o buque cisterna). Es denominada tinaco en

algunos lugares. Su capacidad va desde unos litros a miles de metros

cúbicos.

Lo que define el uso o no de cisternas y tanques elevados son:

a) Que la red pública de agua tenga presión suficiente en todo momento

para que el agua pueda llegar al aparato más desfavorable con presión

mínima a la salida de 5 lbs. /pulg2 – 3.5 m.c.a.

b) Que la empresa de agua pueda proporcionarnos la conexión domiciliaria

del diámetro que se requiere para esta instalación, diámetros que en

muchos casos son bastantes grandes.

MÉTODOS DE CÁLCULO

Existen dos métodos para la determinación de la capacidad de

almacenamiento:

a. Mediante una curva de demanda (Método Gráfico)

b. Mediante la dotación (Práctica Usual)

El primer método no es práctico y no se aplica en el diseño, ya que la curva

de demanda solo puede ser conocida cuando el edificio está construido.

Este método sirve más bien para la investigación y poder hacer las

variaciones necesarias en el método de la dotación.

ALMACENAMIENTO Y REGULACIÓN.

El Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú, indica lo siguiente:

a) Los depósitos de agua deberán ser diseñados y construidos en forma tal que

preserven la calidad del agua.

b)Toda edificación ubicada en sectores donde el abastecimiento de agua pública no sea

continuo o carezca de presión suficiente, deberá estar provisto obligatoriamente de

depósitos de almacenamiento que permitan el suministro adecuado a todas las

instalaciones previstas.

Tales depósitos podrán instalarse en la parte baja (cisternas) en pisos intermedios o

sobre la edificación (tanque elevado).

c) Cuando sólo exista tanque elevado, su capacidad será como mínimo igual a la

dotación diaria, con un volumen no menor a 1000 L.

d) Cuando sólo exista cisterna, su capacidad será como mínimo igual a la dotación

diaria, con un volumen no menor de 1000 L.

e) Cuando sea necesario emplear una combinación de cisterna, bombas de elevación

y tanque elevado, la capacidad de la primera no será menor de las ¾ partes de la

dotación diaria y la del segundo no menor de 1/3 de dicho volumen.

f) En el caso de utilizar sistemas hidroneumáticos, el volumen mínimo será igual al

consumo diario con un volumen mínimo de 1000 L.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

CISTERNA

g) Los depósitos de almacenamiento deberánser construidos de material resistente y paredesimpermeabilizadas y estarán dotados de losdispositivos necesarios para su correctaoperación y mantenimiento.

DIMENSIONAMIENTO DE CISTERNA Y TANQUE ELEVADO

Para el dimensionamiento de los tanques de almacenamiento se deben tomar en cuenta

una serie de factores:

a. Capacidad Requerida

b. Espacio Disponible

c. Distancia Vertical entre el techo del depósito y el eje del tubo de entrada, dependerá

del diámetro de éste, no pudiendo ser menor de 0.20 m.

d. La distancia vertical entre los ejes de tubos de rebose y de entrada de agua no debe

ser menor a 0.15m y será el doble del diámetro del la tubería de rebose.

e. La distancia vertical entre los ejes del tubo de rebose y el máximo nivel de agua será

igual al diámetro de aquel y nunca inferior a 0.10 m.

• El agua proveniente del rebose de los depósitos, deberá disponerse en forma

indirecta, mediante brecha de aire de 0.05 m de altura mínima sobre el piso, techo

u otro sitio de descarga.

• La tubería de aducción o de impulsión al tanque de almacenamiento deberá estar a

0.10 m por lo menos por encima de la parte superior tuberías de rebose.

ALMACENAMIENTO – TANQUE ELEVADO

CONTROL DE NIVELES

Se hará por medio de niveles automáticos que

permitan.

• Arrancar la bomba cuando el nivel de agua

en el tanque elevado, descienda hasta la

mitad de la altura útil.

• Parar la bomba cuando el nivel de agua en

el tanque elevado, ascienda hasta el nivel

máximo previsto.

• Parar la bomba cuando el nivel de agua en

la cisterna descienda hasta 0,05 m por

encima de la parte superior de la canastilla

de succión.

• En los depósitos que se alimentan

directamente de la red pública, el control del

nivel máximo del agua se hará mediante

válvula de llenado, flotador o similar.

UBICACIÓN

La ubicación de los tanques de almacenamiento juega mucho con las

facilidades que proporcione el Ingeniero o Arquitecto que efectúa los planos

arquitectónicos

Como simple especulación se indican algunas ubicaciones más factibles,

dadas por la experiencia

• De la Cisterna

a. En patios de servicio, alejada en lo posible de dormitorios u oficinas de

trabajo

b. En la caja de la escalera. Esto permite colocar los equipos de bombeo

bajo la escalera

c. Jardines

d. Pasadizos

e. Garajes

f. Cuartos Especiales

Lo importante es buscar la independencia del sistema, es decir, de fácil acceso

en cualquier momento.

• Del Tanque elevado

a. Sobre la caja de la escalera

b. Lo más alejado del frente del edificio por razones de estética

c. Si es posible en la parte céntrica de los servicios a atender

d. Debe ubicarse a una altura adecuada sobre el nivel de azotea a fin de

que se garantice una presión de 3.50 m (5 lbs./pulg.2) en el aparato más

desfavorable.

e. En pisos intermedios en caso de edificios altos.

• Aspectos constructivos

• Los tanques de almacenamiento deberán ser construidos preferentemente de

concreto armado. Es permitido el uso de ladrillos revestidos de mortero de cemento

para las paredes, siempre que la altura no sea mayor de 1 metro.

ASPECTOS SANITARIOS

Deben tomarse algunas consideraciones en el diseño de

tanques de almacenamiento a fin de hacerlos sanitarios

para evitar problemas de enfermedades de origen hídrico.

Estas consideraciones son:

• Tapa Sanitaria

La tapa de cisterna o tanque elevado debe ser de

forma que se indica en la figura a fin de evitar que las

aguas de limpieza de pisos o aguas de lluvia penetren

en los tanques.

• Tubo de Ventilación

Este tubo permite la salida del aire caliente y la expulsión o

admisión de aire del tanque cuando entra o sale el agua. Se

efectúa en forma de U invertido con uno de sus lados alargado

más que otro que es el que cruza la losa del tanque. El extremo

que da al exterior debe protegerse con malla de alambre para

evitar la entrada de insectos animales pequeños.

• Reboses de Tanques de Almacenamiento

a. Rebose de Cisterna. El rebose del agua de la cisterna deberá

disponerse al sistema de desagüe del edificio en forma indirecta, es

decir, con descarga libre con malla de alambre a fin de evitar que los

insectos o malos olores ingresen a la cisterna.

b. Rebose de Tanque elevado. Igualmente el rebose del tanque elevado

deberá disponerse a la bajante más cercana en forma indirecta, mediante

brecha o interruptor de aire de 5cm. de altura como mínimo. Para esto el

tubo de rebose del tanque elevado se corta y a 5cm.se coloca un embudo

de recepción del agua de rebose

Debe efectuarse considerando que la cisterna se llena en horas de mínimo

consumo en las que se obtiene la presión máxima y que corresponde a un

periodo de 4 horas (12 de la noche a 4 de la mañana).

Para el cálculo de la tubería hay que tener en cuenta lo siguiente:

a. Presión de agua en la red pública en el punto de conexión del servicio.

b. Altura estática entre la tubería de la red de distribución pública y el punto de

entrega en el edificio.

c. Las pérdidas por fricción en tubería y accesorios en la línea de alimentación,

desde la red publica hasta el medidor.

d. La pérdida de carga en el medidor, la que es recomendable que sea menor

del 50% de la carga disponible.

e. Las pérdidas de carga en la línea de servicio interno hasta el punto de

entrega de la cisterna.

f. Volumen de la Cisterna.

g. Considerar una presión de salida de agua en la cisterna mínima de 2.00m.

Cálculo de la tubería de Alimentación de la Red Pública hasta la

Cisterna

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores y los datos depresión en la red pública

proporcionados por la Empresa que administra el sistema de agua potable de la ciudad, el

problema consiste en calcular el gasto de entrada y la carga disponible seleccionándose

luego el medidor tomando en cuenta que la máxima pérdida de carga que debe consumir el

medidor debe ser el 50% de la carga disponible.

Hf m = 50% Hf

PM = HT + Hf + PS (Fórmula general)

De la presión en la red pública, para el punto más desfavorable del edificio, despejando Hf

tenemos:

Hf = PM- HT- PS

Hf m= 50 (PM- HT- PS)/100

Donde:

Hf m = Perdida de carga en el medidor.

PM o PR = Presión en la matriz o red pública.

PS = Presión de salida mínima.

Hf = Perdidas de carga.

HT= Altura estática del edificio, se toma desde el nivel de la red pública.

Con un mismo gasto, se puede seleccionar una variedad de medidores.

Obtenida la verdadera carga del medidor, se obtendrá la nueva carga disponible,

procediéndose luego mediante tanteos de diámetros, a seleccionar el más conveniente

• Las pérdidas de carga (PC) se determinan por la pendiente hidráulica (Sf) y

longitud equivalente para accesorios.

• Para el cálculo de la pendiente hidráulica se usará la fórmula de Darcy.

Hf/L = Sf =f*v2 /(D * 2 g) ó Hf/L = Sf =8f Q2/(p2gD5)

Tomando f = 0.0017 para PVC, f=0.04 FGSf = 0.0014 Q2/D5 { 0.0014 PVC

0.0025 para acero0.0033 para F°G°, Q en m3/seg y D en metros

óSf = 14 Q2/D5 { 14 PVC

25 para acero33 para F°G°, Q en L/seg y D en cm

Esta presión se compara con la presión en la matriz, si la presión en A esmayor que la de la matriz entonces modificar el diseño o aumentar eldiámetro de la tubería.

ó

EJEMPLO PRÁCTICO 1:

Datos:

- Presión en la red Pública = 20lb/pulg2

- Presión mínima de agua a la salida de la cisterna = 2.00m.

- Desnivel entre la red pública y el punto de entrega a la cisterna = 1.00

m.

- Longitud de la línea de servicio = 22.00m.

- La cisterna debe llenarse en un periodo de 4 horas

- Volumen de la cisterna = 12m3

- Accesorios a utilizar: Una válvula de paso, una válvula de compuerta, 2

codos de 90º y un codo de 45º

Se solicita:

1. Seleccionar el diámetro del medidor y

2. Diámetro de tubería de alimentación a la cisterna.

Solución:

1. Cálculo del gasto de entrada: (1L=0.2642 gal)

2. Cálculo de la Carga Disponible

Donde:

• H= Carga Disponible

• Pr= Presión en la red

• Ps= Presión a la salida

• Ht= Altura red a cisterna

H = 20 - [(2.00x1.42) + (1.00x1.42)]

O también en metros:

H=14-2-1

H=11 mca

3. Selección del medidor

Siendo la máxima perdida de carga del medidor el 50% de la carga disponible,

se tiene:

Ó H=5.5 mca . medidor

ABACO DE MEDIDORES

En el Abaco de medidores se tiene:

• Con 13.2 Gal/min

Teniendo en cuenta la máxima pérdida de carga del

medidor de 7.87 Lb/pulg2, Por lo tanto seleccionamos el

medidor de ¾’’

DIAMETRO PÉRDIDA DE CARGA

5/8” 10.5 LB/PULG2 = 7.35 m

¾” 3.80 LB/PULG2 = 2.66 m

1” 1.70 LB/PULG2 = 1.19 m

1 ½” 3.7 LB/PULG2 = 2.59 m

2” 1.75 LB/PULG2 = 1.225 m

4. Selección del diámetro

Como el medidor ocasiona una perdida de carga de 3.8libras/pulg2, la nueva carga disponible será:

H=15.74-3.8=11.94 lbs/pulg2 ó H = 8.40 mca

Asumiendo un diámetro de ¾’’

Longitud equivalente por accesorios:

• 1 válvula de paso ¾’’ = 0.10m

• 1 válvula de compuerta ¾’’ = 0.10m

• 2 codos de 90º (2x0.60) = 1.20m

• 1 codo de 45º = 0.30m

Longitud equivalente 1.7m

• Luego la longitud total es de: 22 + 1.7 = 23.7m

• Estos valores se obtienen del siguiente ábaco

Del siguiente ábaco hallamos la gradiente hidráulica para comprobar que la perdida

máxima obtenida en el medidor sea mayor a la obtenida con los accesorios:

Q = 0.833 l.p.s.

D = ¾” = 1.905cm

Tenemos S=800/1000=0.8m/m.(De tablas)

Mejor Analítico Ec. Darcy. Para PVC.

Luego: Sf = 14 * 0.8332/1.9055 = 0.3872 m/m

H = 23.70 X 0.3872= 9.1766 m

COMPROBANDO TENEMOS QUE:

Carga disponible: 8.40 mca < 9.18 mca

11.94 libras/pulg2 < 11.943 libras/pulg2

Por lo tanto, tenemos que aumentar el diámetro de la tubería.

Considerando un diámetro de 1”

Longitud equivalente por accesorios:

1 válvula de paso 1”=0.20 m

1 válvula de compuerta de 1” =0.20 m.

2 codos de 90°= (2x0.70)=1.40 m.

1 codo de 45°=0.40 m.

Longitud equivalente= 2.20 m

La longitud total será:

22.00 m + 2.20 m = 24.20 m

Tenemos Sf=14 * 0.8332/2.545 = 0.0919 m/m.

Luego comprobando tenemos:

H = 24.20 X 0.0919 = 2.22 m

Como:

Carga disponible 8.4 mca > 2.22 metros

El diámetro de 1’’ es el correcto

Por lo tanto:

A. Diámetro del medidor ¾’’

B. Diámetro tubería de entrada 1’’

EJEMPLO PRÁCTICO 2:

1º Nivel:

Oficinas.- Son cuatro oficinas independientes, las cuales

cuentan con sus propios baños, las cuales cuentan con el

servicio de agua fría y caliente, en la cual están regulados por

un solo medidor.

Sala de espera.- Ubicada en el centro de la primera planta,

2º Nivel:

Un Restaurante y una cocina.- En él se pueden ubicar sillas y

mesas para un promedio de 44 personas de una manera

cómoda y eficiente, con sus respectivos servicios higiénicos, la

cual al cocina cuenta con el servicio de agua fría y caliente, y

ubicada frente al área de atención para brindar un servicio

rápido a la clientela, el restaurante aproximadamente dispondrá

con personal suficiente para atender a las personas,. Por lo que

también cuenta con los baños públicos, que cuentan con

sistema de agua fría y caliente.

3º y 4º Nivel:

Habitaciones.- Contamos con ocho habitaciones simples ydobles, las cuales cuentan con un inodoro, un lavatorio y unatina, y con servicio de agua fría y caliente de acuerdo a loestipulado en el RNE.

CÁLCULOS

A continuación se presentan los cálculos realizados tantoen el análisis horizontal como en el vertical; así comotambién los cálculos de agua caliente, agua contraincendio y diámetros de las diferentes tuberías.

Además es necesario tener en cuenta que se haconsiderado las alturas entre los pisos:

• En el primer nivel la altura es de 2.63m.

• En el segundo nivel la altura es de 2.98m.

• En el tercer nivel y cuarto, la altura es de 2.63m.

Es importante también saber que el sistema de agua para el primer y segundo nivel el sistema es directo y a partir del tercer nivel es indirecto convencional.

CALCULO DE DOTACIONES.

SISTEMA DIRECTO:PRIMER NIVEL

AMBIENTE NUMERO

OFICINAS 4

TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO

ESPECIFICACIÓN DOTACION

OFICINAS Por m2 de área útil o local 6 lts/dia

Entonces:

Área Útil: 76.2m2

Dotación = 76.2 × 6

Dotación = 457.20 L/dia

SISTEMA INDIRECTO:

TERCER NIVELAMBIENTE NUMERO

HABITACIONES DOBLES 4

HABITACIONES SIMPLES 4

TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO

ESPECIFICACIÓN DOTACION

HOTELES, MOTELES, PENSIONES Hoteles, moteles, pensiones

Enlts/dormitório

500

Entonces:

Habitaciones Dobles: 4

Habitaciones Simples: 4

Dotación = (4 × 500) + (4 × 500)

= 4000.00 L/dia

CUARTO NIVEL

AMBIENTE NUMERO

HABITACIONES DOBLES 4

HABITACIONES SIMPLES 4

TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO

ESPECIFICACIÓN DOTACION

HOTELES, MOTELES, PENSIONES Hoteles, moteles, pensiones

Enlts/dormitório

500

Entonces:

Habitaciones Dobles: 4

Habitaciones Simples: 4

Dotación = (4 × 500) + (4 × 500)

= 4000.00 L/dia

AZOTEA

AMBIENTE NUMERO

CUARTO DE SERVICIO 1

LAVANDERIA 1

TIPO DE EDIFICACIÓN O SERVICIO

ESPECIFICACIÓN DOTACION

LAVANDERIAS Lavanderias 40 lts/kg. de ropa

CUARTO DE SERVICIO Cantidad500 lts/dia

Entonces:

Lavandería.- Cálculo para de 10 Kg. de ropa

Dotación = 10 x 40 L/día

= 400 L/día

Cuarto de servicio: 1

Dotación = 1 x 500 L/día

= 500 L/día

Dotación total = 8900.00 L/dia

POR LO TANTO

Dotación del Edificio = 8900.00 L/día

CALCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE CISTERNA (TC) Y DEL TANQUE ELEVADO (TE)

Como nuestro diseño es un sistema indirecto en el tercer, cuarto nivel y la azotea, constara de un tanque cisterna acompañado de un tanque elevado entonces:

TC = ¾ x Dotación diaria (m3)

TC = ¾ x 8.9 m3

TC = 6.68 m3

TE = 1/3 x Dotación diaria (m3)

TE = 1/3 x 8.9 m3

TE = 2.97 m3

DIMENSIONES DEL TANQUE CISTERNA (TC)

Tenemos las siguientes relaciones:

2

1=

l

a

3

2=

l

h

Siempre que:6.68 = a x l x h , pero

L = 2.72 m.;a = L/2 = 1.36 m.h = 2L/3 = 1.81m.

DIMENSIONES DEL TANQUE ELEVADO (TE):

Como el nuevo Volumen del Tanque Elevado es de: TE = 2.97 m3

Entonces:a x b x h = 2.97 m3

Como el material del Tanque Elevado es de Concreto Armado

entonces las dimensiones de la sección debe de ser cuadrada.

a x b x h = 2.97 m3

a x a x a = 2.97 m3

a3= 2.97 m3

a = 1.44 m

Entonces:

Son dimensiones útiles, ósea fuera del espesor de los

muros de ambos tanques.