Instalaciones hidráulicas

Una instalación hidráulica es Un conjunto de tuberías y conexiones de diferentes diámetros y diferentes Materiales; para alimentar y distribuir agua dentro de la construcción, esta Instalación surtirá de agua a todos los puntos y lugares de la obra que la Requieran, de manera que este líquido llegue en cantidad y presión adecuada a Todas las zonas, este tipo de instalaciones también constan de otros equipos y Accesorios para que funcionen de manera correcta.

1.1 Componentes del sistema

•En todo circuito Hidráulico hay tres partes bien diferenciadas: El grupo generador de Presión, el sistema de mando y el actuador. El grupo generador de presión es el órgano motor que transfiere la potencia al actuador para generar trabajo. La Regulación de esta transmisión de potencia se realiza en el sistema de mando Que está formado por una serie de válvulas limitadoras de caudal y de presión, Distribuidoras, de bloqueo, etc.
Cada elemento de una instalación hidráulica tiene unas determinadas Carácterísticas que es preciso conocer para deducir el funcionamiento de la Instalación. Los elementos constitutivos del circuito hidráulico son:

Tanque o depósito de aceite.

•Filtro

•Bomba

•Elementos de Regulación y control

•Actuadores

•Redes de distribución

1.2Cifras de consumo de agua fría y Caliente

El agua para Consumo humano procede de los ríos y los embalses. El agua se transporta Mediante tuberías a las plantas de tratamiento. En ellas se modifica la calidad Del agua, paraqué pueda ser consumida sin riesgo para la salud. Desde las Plantas de tratamiento, el aguase transporta a las viviendas mediante una red De tuberías de hormigón conocida como red de Distribución. La acometida a las viviendas consta de un contador, que pertenece A la compañía suministradora, y de Una llave de paso general. En las viviendas, el agua se distribuye por Dos circuitos principales, el de agua fría y el de agua caliente.

Circuito de agua: El sistema de obtención de agua En las viviendas es un circuito lineal de tuberías en las que el agua se Encuentra sometida a presión, de modo que, al abrir cualquier válvula Final, el agua fluye hacia el exterior. La presión mínima que debe tener el Agua en la tubería para poder fluir al Exterior ha de superar la de la presión atmosférica, ya que De lo contrario, el Agua se quedaría en el interior de la conducción. Circuitos interiores. Los Circuitos de agua, tanto fría como caliente, tienen una salida final y una Sola vía de llegada del agua. Los circuitos de agua fría se representan con una Línea de color azul con flechas que indican el sentido de circulación del agua, Y los de agua caliente, con una línea roja

Componentes básicos de la instalación. Los Componentes que forman parte de la instalación son los siguientes:

– Contador. ‘situado a la entrada de la vivienda, Su lectura permite conocer el gasto de agua efectuado en ella. (Pertenece a la Compañía suministradora del agua.

– válvulas de corte. Son Llaves internas dentro de las tuberías que permiten interrumpir el flujo de agua y aislar zonas del circuito. Tipos De válvulas

– generales. Una se sitúa a la entrada de la Vivienda, tras el contador, y otra en el exterior, previa al Contador. Sirven para cortar totalmente el suministro y la Circulación del agua dela vivienda.

– Llaves de paso. Debe existir Una en cada cuarto húmedo (cocina, baño,). Sirven para aislar esa parte del circuito.

– Llaves de sanitario. Cada uno de los aparatos Sanitarios debe llevar instalada una llave que permita asilarlo en caso de Avería.

– grifos. Son las llaves finales que permiten Obtener el agua                                            

1.3 Cálculo de la demanda y gastos de operación

MARCO TEÓRICO  

1. MÉTODOS DE CÁLCULO CAUDALES MÁXIMOS

El objeto principal de todos los métodos es determinar el Caudal máximo probable que se puede presentar en una instalación, sin embargo, Es complicado establecer dicho valor debido a que los muebles sanitarios son Utilizados de forma intermitente, con frecuencias muy variadas y en diferentes Tipos de edificaciones. En términos generales se han desarrollado tres Metodologías para determinar los caudales o gastos de diseño para las Diferentes partes de un sistema de distribución de agua; los cuales se pueden Clasificar así: 

1.1. MÉTODOS EMPÍRICOS

En estos métodos, para un número dado de muebles sanitarios En un sistema, se toma una decisión arbitraria, con base en la experiencia, en Relación al número de muebles que pueden operar simultáneamente. En teoría, los Métodos empíricos podrían considerarse los mejores para el cálculo de pequeños Sistemas hidráulicos. 

1.1.1. Método Británico

Este método establece, con base en el criterio de un grupo De personas especializadas en el diseño de sistemas hidráulicos, tablas de «Probables Demandas Simultáneas», correspondientes a diversas cargas Potenciales. La  Tabla Nº 1 muestra las Demandas para distintos muebles sanitarios; después, considerando el sistema de Distribución hidráulico, se sumaron las demandas de todos los muebles Sanitarios que puede servir una línea de tubería en el sistema, para luego Ingresar a la Tabla Nº 2 con el número de litros por minuto que se calcularon, Leer la Probable Demanda Máxima Simultánea en litros por minuto, y diseñar la Tubería que conducirá este flujo.            

1.1.2. Método de Dawson y Bowman

De manera análoga al método anterior, es el desarrollado Por Dawson y Bowman en la Universidad de Wisconsin.  Ellos prepararon una tabla del número total De muebles sanitarios en varias clases de vivienda unifamiliar y casas de Apartamentos de hasta seis unidades de vivienda y especificaron el número y la Clase de muebles sanitarios que podrían estar en uso simultáneo para determinar Las cargas de diseño.  En la Tabla Nº 3 Se muestran los resultados que obtuvieron.  

Para estimar el caudal máximo posible se tienen en cuenta Los caudales individuales de la Tabla Nº1.

1.2. MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS

Estos métodos, aunque se basan en la experiencia, tienen Cierto sustento teórico, que les permite establecer fórmulas y expresiones Matemáticas.   

1.2.1. Método Alemán de la Raíz Cuadrada

Este método toma como unidad de gasto, la descarga de una Llave de 3/8″ (0.25 l.P.S) bajo ciertas condiciones, y asigna un «factor de carga» unitario a dicho gasto. 

Para cualquier otro mueble que tenga un gasto diferente, un Factor de carga es establecido tomando una relación entre el gasto de éste y el «gasto unitario» (llave de 3/8″) y elevando al cuadrado el Resultado. 

Así, el factor de carga para cada tipo de mueble en el Edificio es multiplicada por el número de muebles servidos por la tubería en Cuestión, el resultado es sumado, y finalmente es obtenida la raíz Cuadrada.  El resultado es multiplicado Por el gasto unitario de una llave de 3/8″ para obtener el gasto de Abastecimiento al edificio, cualquiera que éste sea. La obtención de la raíz Cuadrada considera, de una manera arbitraria, el hecho que los muebles no Trabajan simultáneamente. 

1.4 Cálculo de unidades de consumo

Considere una unidad de flujo o gasto, la cual es tomada Normalmente como la de una llave de 3/8″.  Este gasto se asume que es de 0.25 l/s (4 g.P.M); esta unidad de gasto Se denota con q1, y el factor de carga f1 para la llave es tomado como Unitario.

Ahora, considere que se tienen N1 llaves de este diámetro abastecidas por una tubería, cuya carga o gasto de Diseño quiere ser determinada.  Si se Asume que n1 de estos muebles pueden operar simultáneamente en cualquier Instante de observación, la carga de diseño será:

Ahora, a manera de Ilustración, se puede considerar que tenemos también n2 llaves de 3/4″ Abastecidas por la misma línea.  Se Considera que una llave de 3/4″ tiene una demanda de 0.75 l/s en la Tubería de abastecimiento, esto es, consume un gasto tres veces mayor que la Llave de 3/8″.  El factor de carga F2 para la llave de 3/4″ será 32 = 9. 

Generalizando, para cualquier Clase de muebles que son usados de manera intermitente en el sistema, tenemos Como fórmula para la carga de diseño, la siguiente:

Donde;

Q = carga o gasto de diseño, En l.P.S.

f1, f2, fn = factor de carga.

n1, n2, ni = número de muebles Sanitarios por clase.

Método del Factor de Simultaneidad 

Para la obtención del caudal Máximo probable (Qp) se hace preciso establecer los caudales de los aparatos Instalados, sumarlos y, posteriormente, afectar los resultados por un Coeficiente de simultaneidad K1.

Esta fórmula es la establecida Por la Norma Francesa NP 41-204 para toda clase de edificios. Los caudales mínimos Recomendados se muestran en la Tabla Nº  4.

Entonces Qp será: 

De diferentes congresos Internacionales sobre el tema se ha concluido por conveniencia que K1 en ningún Caso será inferior a 0,2; aunque es una condición que puede ser revaluada.

Método Racional o Español

Al igual que en el caso Anterior se establecen los caudales de los aparatos instalados, se suman y se Afectan los resultados por el coeficiente de simultaneidad K1, pero en éste Caso n será el número de aparatos instalados en una vivienda;

En conjuntos de viviendas de Similares carácterísticas, para considerar la simultaneidad, el caudal punta QP Del distribuidor común a un determinado número de las mismas se obtiene como la Sumatoria de los caudales puntas de cada vivienda qp afectado por el siguiente Factor:

Donde N, es el número de Viviendas. 

Para un buen funcionamiento de Los aparatos, en la Tabla Nº 5 se muestran los caudales mínimos que se deben Suministrar.

1.5 Cálculo de pérdidas de presión

Se resumen a continuación los Pasos a seguir para calcular las pérdidas hidráulicas en una tubería.

Problema – Calcula las Pérdidas de carga que se producen a lo largo de una tubería de polibutileno de DN 25 (S 8), estando el agua a una temperatura de 7 ºC si circulan 2 l/s

Al estar las unidades en 2 L/s, pasamos a m3 /s:

Al tener una tubería de Polibutileno de DN 25, el diámetro interior es de 25-1,3 = 23,7 mm

Las propiedades del agua1 a 10 ºC son =999,6 kg/m3 , = 0,00134 Pa s, siendo el número de Reynolds:

El factor de rugosidad es de:

Coeficientes de pérdida de Carga Kc

Ø Coeficiente de pérdidas de Kc:

A través de este coeficiente, Las pérdidas se calculan mediante la fórmula:

Longitud equivalente:

Si el fabricante proporcionase El valor de Leq, las pérdidas de carga se calcularían de la siguiente manera:

1.6 Elección de tuberías, piezas especiales y accesorios

-Criterio tradicional para la Selección de tubería

Este criterio encuentra su Fundamento en la solicitación debida a la presión interna como consecuencia del Escurrimiento permanente en una conducción “a presión”. Este análisis conduce a La expresión de Mariotte (o de las calderas) válida para materiales de las Tuberías homogéneos y ya analizado previamente.

Ya se ha analizado previamente El concepto de “Clase” de una tubería. El mismo se utilizó durante muchos años Para la selección de tuberías e incluso muchos organismos y proyectistas lo Siguen usando actualmente a pesar de lo insuficiente a la vez que oneroso que Significa su adopción como único parámetro de selección.

Para destacar claramente el Error que se comete por omisión es oportuno enunciar el preconcepto al que la “clase” como único parámetro de selección ha llevado históricamente “….. Las Tuberías de idéntica clase e igual diámetro nominal, de distintos materiales Prestan idéntico servicio… ”

La consecuencia inmediata es Que éste criterio lleva necesariamente a llamados a licitaciones públicas o Compulsas privadas, abiertas a todos los materiales, puesto que todos “. Prestan el mismo servicio…..” (Lo que es estrictamente cierto pero sólo para La solicitación presión interna en régimen permanente y para algunos Materiales).

Obviamente el objetivo buscado De “alentar la competencia y mejorar los precios” es noble en sí mismo y lleva A obras probablemente más baratas pero difícilmente más económicas. En efecto, Al no ser consideradas las restantes solicitaciones actuantes y demás conceptos Necesariamente a ser tenidos en cuenta, la comparación se ha hecho sobre bases Incompletas y sólo casualmente la solución adoptada puede resultar la más Ventajosa desde el doble punto de vista técnico y económico.

1.7 Representación isométrica de las instalaciones

Objetivo particular: Que el Alumno aplique los métodos descriptivos para plasmar de forma gráfica el Proyecto de las instalaciones hidráulicas de un edificio, utilizar la Simbología convencional para la identificación de las redes en el proyecto y Cuantificar el volumen de obra del proyecto.

Definición: Un isométrico es Un dibujo con perspectiva de volumen, es decir, se aprecian las tres Dimensiones y por si sólo es más detallado que un plano.

En si un isométrico es solo la Representación de las longitudes de las tuberías y su trazado, para nada Contempla el agregar especificaciones de materiales, resistencias, componentes, Etc., no tiene que ser a escala, solo deberá representar recipientes y Distribución general, pero si deberá representar las medidas de los tramos de La tubería para su instalación, etc., como los que se muestran en las Siguientes figuras:

1.8 Equipos de bombeo, hidroneumáticos y de agua caliente

Sistema de abastecimiento por Presión El sistema de abastecimiento por presión es más complejo y dependiendo De las carácterísticas de las edificaciones, tipo de servicio, volumen de agua Requerido, presiones, simultaneidad de servicios, número de niveles, números de Muebles, carácterísticas de estos últimos, etc., puede ser resuelto mediante:

A.Equipo hidroneumático

B.Equipo de bombeo programado

Cabe Hacer notar que cuando las condiciones de los servicios, carácterísticas de Estos, número y tipo de muebles instalados por instalar y altura de las Construcciones así lo requieran, se prefiere el sistema de abastecimiento por Las siguientes ventajas.

1) Continuidad del servicio

2) Seguridad de funcionamiento

3) Bajo Costo

4) Mínimo mantenimiento

Una Desventaja que tiene el sistema de abastecimiento por gravedad y muy notable Por cierto, es que los últimos niveles la presión del agua es muy reducida y Muy elevada en los niveles más bajos, principalmente en edificaciones de Considerable altura.

Puede Incrementarse la presión en los últimos niveles, si se aumenta la altura de los Tinacos o tanques elevados con respecto al nivel terminado de azotea, sin Embargo, dicha solución implica la necesidad de construir estructuras que en Ocasiones no son recomendables por ningún concepto.

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