INSTALACIN HIDRULICADefinicin Es el conjunto de tinacos, tanques elevados, cisternas, tuberas y dems elementos necesarios para proporcionar agua fra, agua caliente, vapor en casos especficos, a los muebles sanitarios, hidrantes y dems servicios especiales de una edificacin. Componentes Tuberas Conexiones Tinacos Tanques elevados Cisternas Vlvulas Equipo de bombeo Hidroneumtico Muebles sanitarios Hidrantes

Clasificacin de los sistemas de abastecimiento Los sistemas de abastecimiento se clasifican en: - Sistema de abastecimiento directo (de la red municipal con muebles a poca altura y suficiente presin de la red municipal. Presin mnima de 0.2 kg/cm en el punto ms alto de la instalacin). - Sistema de abastecimiento a presin inducido por gravedad (distribucin a partir de tinacos localizados en las azoteas de las edificaciones).

- Sistema de abastecimiento a presin inducido por bombeo (recomendable para garantizar la presin y gasto requeridos donde se utilizan muebles convencionales y de fluxmetro). - Sistema de abastecimiento combinado (requiere de un conjunto cisterna-tinaco que regula el abastecimiento del agua almacenada en la cisterna y la lleva al tinaco mediante bombeo para distribuirla posteriormente por gravedad a los muebles sanitarios).

Dotacin Es la cantidad de agua que consume en promedio una persona durante un da para satisfacer sus necesidades. De acuerdo al Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, las dotaciones son:

Observaciones importantes: - Necesidades de agua potable demandadas por empleados o trabajadores se considerarn por separado a razn de 100 l/trabajador/da en donde se requieran baos con regadera y 40 l en caso contrario. - En el caso de edificios o unidades habitacionales, se tomarn como poblacin y dotacin de proyecto, el nmero de recmaras con dos ocupantes por recmara. - No se autorizar dotacin de agua potable para los servicios de riego de reas verdes, lavado de vehculos ni condensacin del refrigerante en sistemas de aire acondicionado.

Volmenes de regulacin Considerar unidades mueble de cada mueble o centro de consumo de agua, tanto fra como caliente de acuerdo a la tabla 2.14 de las Normas Tcnicas Complementarias para Instalaciones para Diseo y Ejecucin de Obras e Instalaciones Hidrulicas.

Clculo: sumar unidades mueble a partir del punto ms alejado del punto de alimentacin para obtener consumos acumulados y calcular dimetro y prdidas. Una unidad mueble (UM) es un factor que toma en consideracin la demanda de agua de varios tipos de accesorios o muebles sanitarios, usando como referencia un lavabo privado como 1 UM (el flujo de agua es de 0.063 litros/seg a 0.0945 litros/seg).

Presiones de trabajo Un sistema de agua debe mantener una presin suficiente para superar cualquier prdida de presin debida a las prdidas por friccin, diferencias en elevacin y presin de trabajo en las salidas de los muebles sanitarios. Los valores mnimos de presin necesarios para muebles y accesorios de tipo estndar y los dimetros mnimos de alimentacin se presentan en la tabla 2.15 de las NTCIH. Se recomienda consultar los requerimientos particulares para cada accesorio con los fabricantes.

Clculo: partiendo del mueble ms desfavorable desde el punto de vista de ubicacin topogrfica y lejana del punto de alimentacin general, acumulando las prdidas de carga de tubera, vlvulas y piezas especiales. Cuando exista, el clculo debe iniciarse por la red de agua caliente. Clculo de prdidas en vlvulas y piezas especiales: mtodo de longitudes de tubera recta equivalente, de acuerdo a las tablas 6.7, 6.8 y 6.9 de las Normas de Proyecto de ingeniera, tomo II del IMSS. A continuacin se presenta una tabla de longitudes equivalentes para algunos accesorios basada en las tablas mencionadas.

Longitudes equivalentes para algunos accesorios, en metros.Codo Codo Te Dimet Te Vlvula de Codo 90 90 (Salida (Paso compuerta ro (Estnd (Radio 45 lateral) recto) (mm) abierta ar) grande) 13 19 25 32 38 50 64 75 100 125 150 200 250 300 0.47 0.63 0.80 1.06 1.22 1.58 1.88 2.33 3.06 3.84 4.62 6.08 7.63 9.10 0.32 0.42 0.53 0.70 0.82 1.05 1.25 1.56 2.05 2.56 3.08 4.05 5.09 6.06 0.25 0.33 0.42 0.56 0.65 0.84 1.00 1.24 1.63 2.05 2.46 3.24 4.07 4.85 0.95 1.26 1.60 2.10 2.45 3.15 3.76 4.68 6.14 7.69 9.24 12.16 15.27 18.19 0.32 0.42 0.53 0.70 0.82 1.05 1.25 1.56 2.05 2.56 3.08 4.05 5.09 6.06 0.21 0.27 0.35 0.46 0.53 0.68 0.82 1.01 1.33 1.67 2.00 2.64 3.31 3.94 Vlvula de globo Asiento sin gua 5.37 7.12 9.06 11.92 13.90 17.85 21.32 26.50 34.77 43.59 52.38 68.92 86.53 103.10 Asiento con gua 7.11 9.42 11.99 15.77 18.40 23.63 28.22 35.07 46.02 57.69 69.32 91.22 114.53 136.45 Vlvula Vlvula check macho Tipo Tipo Asiento globo globo sin gua sin gua con gua 5.37 7.12 9.06 11.92 13.90 17.85 21.32 26.50 34.77 43.59 52.38 68.92 86.53 103.10 5.37 7.12 9.06 11.92 13.90 17.85 21.32 26.50 34.77 43.59 52.38 68.92 86.53 103.10 7.11 9.42 11.99 15.77 18.40 23.63 28.22 35.07 46.02 57.69 69.32 91.22 114.53 136.45

Tanques y cisternas De acuerdo con las NTC de Instalaciones Hidrulicas, las cisternas deben - ser suficientes para una dotacin de tres das - construirse de concreto reforzado (aditivo impermeabilizante integral, cemento tipo V) - ser completamente impermeables - tener registros con cierre hermtico y sanitario - ubicarse a tres metros mnimo de cualquier tubera de aguas negras - lavarse y desinfectarse cuando menos cada seis meses - espesor mnimo de muros y losa de desplante: 20 centmetros

CISTERNA

Asimismo, los tinacos deben - contar con tapas de cierre hermtico - lavarse y desinfectarse cuando menos cada seis meses - antes del codo de bajada debern tener un dispositivo para el desalojo del agua para lavado y mantenimiento - contar con una vlvula de control - contar con un jarro de aire con una altura mayor que el mximo nivel de agua en el tinaco - colocarse por l menos dos metros arriba del mueble sanitario ms alto - la tubera de distribucin deber ir a una altura paralela al piso de 30 centmetros para colocar un recipiente colector del agua de lavado del tinaco

Tuberas De acuerdo con las NTC de Instalaciones Hidrulicas, las tuberas pueden ser de o Cobre tipo M (NOM-W-17-1981) o Fierro galvanizado (Tipo A, NOM-B-10-1981) o PVC hidrulico (siempre que cumpla con las especificaciones de proyecto) Unin de tramos de tubera de cobre: soldadura de hilo y pasta fundente - Soldadura de estao nm. 50 (agua fra y columnas de doble ventilacin) - Soldadura de estao nm. 95 (agua caliente) Unin de tramos de tubera de fierro galvanizado con piezas especiales (por ejemplo: vlvulas de cobre, bronce, acero o cualquier otro material): aplicar compuesto especial o cinta de tefln.

Tuberas metlica enterradas: pintadas con pintura anticorrosivo y mnimo a 30 cm bajo el nivel de jardn a menos que se indique otra profundidad. Otros materiales: debern estar protegidos contra la corrosin, impactos mecnicos y en su caso electrlisis. Para tener el control de eficiencia de la tubera: realizar pruebas para determinar que el coeficiente de rugosidad n del material no ha cambiado. Tuberas de agua caliente: una vez aprobadas, se debern recubrir con material aislante de calor con el espesor que el fabricante recomiende y garantice.

Conexiones Las caractersticas ms importantes que deben cumplir son: o Uniones perfectamente hermticas sin remiendos de ninguna clase. o Tendrn las dimensiones exactas para lograr uniones perfectas y sin fugas. Slo podrn ser soldadas, roscadas, termofusionadas o mixtas, de acuerdo al diseo especfico de cada conexin. o En conexiones soldables, los tubos se cortarn con cortador de disco o segueta fina, se limpiarn perfectamente las rebabas y se aplicar la soldadura de manera uniforme para lograr hermeticidad.

Vlvulas Las caractersticas ms importantes que deben cumplir son: o Debern quedar localizadas en lugares accesibles para seccionar tramos de la red principal y secundaria que permitan su fcil operacin. o Antes de conectar la vlvula, se revisar que sta no contenga materiales extraos en su interior. o No debern quedar ahogadas en ningn elemento estructural. o En vlvulas roscadas, la conexin que se introduzca en la misma deber contar con el mismo nmero de hilos por unidad de longitud. o Se recomienda utilizar vlvulas de seccionamiento para delimitar tramos o zonas, y para proporcionar mantenimiento con fcil acceso, se recomienda tambin colocar stas cerca de los muebles sanitarios. Asimismo, se sugiere seccionar la red por entrepisos o por zonas, de acuerdo a la importancia y distribucin de los espacios dentro del inmueble.

Pruebas Se realizarn para verificar si existen o no fugas en las uniones. La prueba hidrosttica se realizar en las tuberas de agua fra, caliente y retornos de agua caliente. La prueba consiste en: o Introducir agua fra a presin en las tuberas correspondientes con ayuda de una bomba de mano o bomba de prueba, o bien por otros medios similares con los que se garantice la presin requerida (cuando la prueba se realice con ayuda de la bomba de prueba, en la tubera de descarga de dicha bomba se acoplar un manmetro). o Las tuberas de agua fra, caliente y retorno de agua caliente se probarn a presiones promedio de 7 a 8 kg/cm (99.4 a 113.6 lb/pulg) (presiones mayores ocasionaran daos irreversibles a las cuerdas de las tuberas y a las partes interiores de las vlvulas). o Una vez que se ha introducido el agua dentro de las tuberas, inclusive alcanzado la presin deseada, se deja un mnimo de 3 y un mximo de 5 horas para verificar si las conexiones y sellos estn en perfecto estado y la instalacin exenta de fallas que puedan ocasionar fugas. Soportera Los accesorios que sostengan las tuberas horizontales y verticales debern permitir las dilataciones, contracciones y el ajuste de las pendientes. Tuberas verticales - Separacin mxima entre elementos de soporte: 3.0 metros. - Tipo de elementos de sujecin: abrazaderas de hierro. - Sujetas a: columnas o trabes. Tuberas horizontales en edificios con falso plafn - Separacin mxima entre elementos de soporte: Ver tabla siguiente. - Tipo de elementos de sujecin: abrazaderas de hierro ancladas con taquetes expansores y tornillos u otro sistema que garantice la adecuada colocacin de los tubos. - Sujetas a: trabes, viguetas o losas.

Separacin mxima entre elementos de sujecin en las tuberas horizontales.Dimetro nominal (mm) 10 13 19 25 32 Separacin (m) 1.40 1.60 1.90 2.15 2.50 Dimetro nominal (mm) 38 50 64 75 100 Separacin (m) 2.75 3.00 3.35 3.65 4.25 Dimetro nominal (mm) 125 150 200 250 300 Separacin (m) 4.90 5.20 5.80 6.70 7.00

Diseo de instalaciones hidrulicas 1. Tipo de sistema Sistemas a presin inducidos por gravedad - Presin mnima: 0.2 kg/cm (es decir, la diferencia entre el nivel inferior de la salida del tinaco y el nivel de la regadera inmediata inferior, ser de 2.0 metros ms las prdidas de presin por friccin). - Diseo: se calculan las prdidas por friccin en cada tramo, cuidando que la carga disponible a la salida de todos los muebles tienda al valor de la carga de trabajo (elevacin piezomtrica elevacin del eje de la tubera) requerida por el mueble. Sistemas a presin inducidos por bombeo - Gasto mximo probable 13 l/seg equipo de bombeo con tanque hidroneumtico. - Gasto mximo probable > 13 l/seg equipo de bombeo programado. - Diseo: exclusivamente por velocidad, cumpliendo la velocidad recomendada para proyecto indicada en la siguiente tabla. La carga dinmica total a calcular ser la correspondiente al ramal del mueble ms desfavorable, entendindose por ste el ms alejado y el de mayor altura. Velocidades ptimas recomendadas.Dimetro nominal (mm) 13 19 25 32 38 y mayores Velocidad recomendada (m/s) 0.9 1.3 1.6 2.15 2.50

2. Prdidas de presin por friccin y prdidas de presin locales Para calcular las prdidas por friccin se utiliza la frmula de Manning:1 2 1 v = R 3s 2 , n vn s= 2 3 R 2

o en su caso

.

La velocidad se puede calcular mediante la ecuacin de continuidad, siendo v =Qm A

.D . 4

En el caso de tuberas circulares a tubo lleno: R =

Las prdidas por friccin para tuberas de cobre (tipo M), fierro galvanizado y cloruro de polivinilo (PVC), se calcularn con la siguiente frmula: hf = L s . Los valores del coeficiente n (Manning) se obtienen de la siguiente tabla. Valores de n para varios tipos de material.Material Cobre PVC (Cloruro de polivinilo) Fierro galvanizado n 0.009 0.009 0.014

Clculo de prdidas locales: utilizar el concepto de longitud equivalente, donde se considera que la conexin o accesorio produce una prdida de carga igual a la producida en una determinada longitud de tubo del mismo dimetro, lo que equivale a sustituir esas conexiones o accesorios por longitudes adicionales de tubo (ver tablas 6.7, 6.8 y 6.9 de las Normas de Proyecto de ingeniera, tomo II del IMSS). 3. Clculo de cisternas De acuerdo con las NTC de Instalaciones Hidrulicas, las cisternas deben tener capacidad suficiente para una dotacin de tres das, es decir: VolCisterna = Volumen demandado diario + Reserva VolCisterna = Volumen demandado diario + 2 Volumen demandado diario VolCisterna = 3 Volumen demandado diario

donde: Volumen demandado diario = No. de personas x dotacin El No. de personas se calcula para casas-habitacin y edificios de departamentos de acuerdo a la tabla siguiente. La dotacin se asignar de acuerdo al tipo de construccin de la que se trate (vase tabla 2.13 de dotaciones de las NTCIH). Clculo del nmero de personas.No. de recmaras * 1 2 3 No. de personas = (No. recmaras x 2) +1 (1 x 2) + 1 = 3 (2 x 2) + 1 = 5 (3 x 2) + 1 = 7

* Cuando se tienen ms de tres recmaras se suman 2 personas por recmara adicional y slo 1 por cada cuarto de servicio.

Nota importante: La altura total interior de la cisterna se debe incrementar un mnimo de 40 cm, considerando que debe haber un volumen muerto de 10 cm de altura en el lecho bajo y 30 cm de bordo libre sobre el nivel del agua para la libre operacin de flotadores y elementos de control. 4. Clculo hidrulico de la toma domiciliaria Se considera que el llenado de la cisterna debe hacerse en un perodo mximo de 12 horas, por tanto, basta dividir el volumen demandado diario de agua para servicios, obtenido a partir de la demanda, entre 43 200 segundos. Carga disponible de la red municipal (valor usual): 10.0 m.c.a. Carga disponible en la salida del flotador: 3.0 m.c.a. Gasto de la toma: Qtd =Vol Cisterna 43200

Las prdidas por friccin se calculan como se indica en el inciso 2. El dimetro inicial para calcular las prdidas por friccin estar dado por la siguiente expresin: D = 1.13 Qtd La velocidad se calcula como v td =Qtd A

, donde A es el rea del tubo.

5. Clculo de tinacos La capacidad del tinaco cuando se tiene cisterna, debe ser de slo a 1/3 de la demanda diaria. 6. Clculo hidrulico de la lnea de conduccin de la cisterna al tinaco El gasto que habr de pasar por la lnea de conduccin de la cisterna al tinaco ser el gasto de bombeo el cual se obtendr con la siguiente expresin: dondeQmdQB = 24 Qmd hbom

es el gasto mximo diario, que se obtiene con la expresin: Qmd = Qm K d , con K d coeficiente de variacin diaria, cuyo valor promedio es K d = 1.2 . Los coeficientes de variacin diaria u horaria indican que existen das y horas en las que el consumo de agua es mayor al promedio, de acuerdo al tipo de servicios, costumbres, clima, estacin del ao, cantidad y calidad del agua. Los valores promedio son: Coeficiente de variacin diaria: K d = 1.2 Coeficiente de variacin horaria: K h = 1.5 Carga disponible en la salida del flotador del tinaco: 3.0 m.c.a. 7. Clculo de la potencia del motor de la bomba. La potencia del motor de la bomba se obtiene con la siguiente expresin:Pb = QB H 76

donde: H = hes + hed + hf + hl + ht La carga esttica de succin (hes) ser igual a la distancia vertical entre el eje de la bomba y el origen de la succin. Anlogamente, la carga esttica de descarga (hed) ser la distancia vertical entre el nivel superior del tinaco y el eje de la bomba. Para la carga de trabajo (ht) se recomienda tomar como valor promedio 1.0 m.c.a. Las prdidas por friccin y locales se calcularn como se indica en el inciso 2.

En relacin a la eficiencia del motor de la bomba , si sta se desconoce, se recomienda tomar el valor de 54.8 %. 8. Clculo hidrulico del sistema de distribucin de agua - Determinar el gasto de diseo utilizando el mtodo de Hunter para cada tramo y su correspondiente gasto en lps de acuerdo a la tabla siguiente. Gastos probables en litros por segundoU.M. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Gasto probable Tanque Vlvula 0.10 0.15 0.20 0.26 0.38 0.42 0.46 0.49 0.53 0.57 0.63 0.70 0.76 0.83 0.89 0.96 1.04 1.11 1.19 1.26 1.31 1.36 1.42 1.46 No hay No hay No hay No hay 1.51 1.56 1.61 1.67 1.72 1.77 1.86 1.95 2.03 2.12 2.21 2.29 2.36 2.44 2.51 2.59 2.65 2.71 2.78 2.84 U.M. 40 42 44 46 48 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Gasto probable Tanque Vlvula 1.52 1.58 1.63 1.69 1.74 1.80 1.94 2.08 2.18 2.27 2.34 2.40 2.48 2.57 2.68 2.78 2.57 3.15 3.28 3.41 3.54 3.66 3.79 3.91 2.90 2.96 3.03 3.09 3.16 3.22 3.35 3.47 3.57 3.66 3.78 3.91 4.00 4.10 4.20 4.29 4.42 4.61 4.80 4.92 5.11 5.24 5.36 5.42 U.M. 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 Gasto probable Tanque Vlvula 4.04 4.15 4.29 4.39 4.45 4.54 4.64 4.78 4.93 5.07 5.22 5.36 5.61 5.86 6.12 6.37 6.62 6.87 7.11 7.36 7.60 7.85 8.08 8.32 5.58 5.63 5.76 5.84 6.00 6.20 6.37 6.48 6.60 6.71 6.83 6.94 7.13 7.32 7.52 7.71 7.90 8.09 8.28 8.47 8.66 8.85 9.02 9.20 U.M. 560 580 600 620 640 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1050 1100 Gasto probable Tanque Vlvula 8.55 8.79 9.02 9.24 9.46 9.88 10.10 10.32 10.54 10.76 10.58 11.20 11.40 11.60 11.80 12.00 12.20 12.37 12.55 12.72 12.90 13.07 13.45 13.90 9.37 9.55 9.72 9.89 10.05 10.38 10.55 10.74 10.93 11.12 11.31 11.50 11.66 11.82 11.98 12.14 12.30 12.46 12.62 12.78 12.94 13.10 13.50 13.90

- Revisar las velocidades de proyecto. La velocidad mnima en cualquier tramo ser de 0.70 m/seg y la mxima de 2.50 m/seg para evitar sedimentaciones, ruidos, vibraciones y golpes de ariete en las tuberas. De acuerdo al dimetro de la tubera se presenta la siguiente tabla de velocidades ptimas recomendadas.

Velocidades ptimas recomendadas.Dimetro nominal (mm) 13 19 25 32 38 y mayores Velocidad recomendada (m/s) 0.9 1.3 1.6 2.15 2.50

- Revisar las presiones de trabajo: de acuerdo con la tabla 2.15 de las NTCIH para cada uno de los muebles alimentados. - Dimetros mnimos recomendados: para verificar y complementar el clculo del dimetro de las tuberas, se presentan a continuacin los dimetros mnimos de alimentacin de algunos muebles sanitarios. Si se conocen las especificaciones del fabricante, se debern utilizar los dimetros mnimos indicados en stas de acuerdo al tipo de mueble. Dimetros mnimos recomendados para alimentacin de muebles sanitarios.Mueble Excusado fluxmetro Excusado tanque Mingitorio fluxmetro Regadera Dimetro nominal (mm) 25 13 19 13 Mueble Tina de inmersin Vertedero Llave de agua Manguera Dimetro nominal (mm) 13 13 13 13

- Seleccin de dimetros: dependiendo del tipo de sistema utilizado (por gravedad o por bombeo), se calcularn los dimetros de acuerdo a lo indicado en el inciso 1 y se seleccionarn los dimetros comerciales que mejor se ajusten. 9. Ejemplo de aplicacin En la siguiente figura obtenida del Manual de Instalaciones del Ing. Sergio Zepeda se puede observar el clculo realizado para los dos tipos de sistema en una edificacin. Cabe hacer notar que las cargas disponibles

(Hdisp) son adecuadas para los muebles que alimentan, por lo cual se considera correcto el diseo.

A continuacin se presentan la simbologa y algunos trminos comnmente utilizados en los planos de instalaciones hidrulicas.

Representacin grfica de conexiones y juegos de conexiones (Planta e isomtrico)