MEMORIA DE CÁLCULO DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE BATERÍA DE BAÑOS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DATOS ESTADÍSTICOS

u.a.j.m.s.: alumnos matriculados por sexo carrera de ing. civil

año hombre mujer total

1997 776 129 905 1998 839 142 981 1999 902 154 1056

2000 945 155 1100

2001 1013 135 1148

2002 973 132 1105

2003 984 133 1117

2004 1012 145 1157 2005 1088 149 1237 2006 1208 177 1385 2007 1447 256 1703 2008 1709 342 2051 2009 1756 397 2153

fuente: d.t.i.c. facultad de ciencias y tecnología TASA DE CRECIMIENTO ANUAL DE LA POBLACIÓN UNIVERSIT ARIA

Crecimiento poblacional por año

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

HOMBRES

MUJERES

CRECIMIENTO LINEAL

���� �� �������� �� � ����

���������

tendencia lineal periodo hombre mujeres total

1997-1998 0,078 0,096 0,081 1998-1999 0,072 0,081 0,074 1999-2000 0,047 0,006 0,041 2000-2001 0,069 -0,138 0,043 2001-2002 -0,040 -0,022 -0,038 2002-2003 0,011 0,008 0,011 2003-2004 0,028 0,086 0,035 2004-2005 0,072 0,027 0,067 2005-2006 0,105 0,172 0,113 2006-2007 0,180 0,365 0,206 2007-2008 0,166 0,288 0,185 2008-2009 0,027 0,149 0,049

tasa de crecimiento

0,068 0,093 0,072

Tasa de crecimiento (hombres) : 6,8% Tasa de crecimiento (mujeres) : 9,3% CALCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA

Pf: Población futura Pa: Población actual i: Tasa de crecimiento t: Periodo de diseño Se considera un periodo de diseño de 10 años

METODO HOMBRES MUJERES TOTAL Geométrico 3389,066 967,014 4319,047 Aritmético 2949,402 766,650 3705,265

METODO HOMBRES MUJERES TOTAL

Geométrico 3390 968 4320 Aritmético 2950 767 3706 Promedio 3170 868 4013

DEBIDO A QUE LA POBLACION UNIVERSITARIA ASISTE AL CAMPUS EN DOS TURNOS, LA POBLACION FUTURA DE ESTUDIANTES SE DIVIDE ENTRE DOS

HOMBRES MUJERES TOTAL

Promedio 1585 434 2007

METODO ARITMETICO

METODO GEOMETRICO

+=100

t*i1*PP af

t

af 100

i1*PP

+=

NUMERO DE BATERIAS ADOPTADAS SEGÚN LA POBLACION EST UDIANTIL

ARTEFACTOS NECESARIOS POR CANTIDAD DE ALUMNOS

HOMBRES MUJERES

Nº d

e

alu

mn

os

Ino

do

ros

Urin

ario

s

La

va

ma

no

s

Nº d

e

alu

mn

os

Ino

do

ros

La

va

ma

no

s

100 1 1 1 100 1 1

250 2 2 1 200 2 1

500 3 3 1 350 3 1

750 4 4 1 500 4 2

1000 5 5 2 650 5 2

1300 6 6 2 800 6 2

1600 7 7 2 1000 7 2

1900 8 8 2 1200 8 3

2200 9 9 3 1400 9 3

2500

o mas 10 10 3

1600

o mas 10 3

Fuente: Neufert Edición Nº 20

VALORES ADOPTADOS

HOMBRES MUJERES

Nº d

e

alu

mn

os

Ino

do

ros

Urin

ario

s

La

va

ma

no

s

Nº d

e

alu

mn

os

Ino

do

ros

La

va

ma

no

s

1585 7 7 2 434 4 2

CAUDAL MINIMO INSTANTANEO POR APARATO

APARATO CAUDAL

(lt/seg)

URINARIO 0,05

LAVABO 0,10

BIDE 0,10

INODORO 0,15

BAÑERA 0,30

DUCHA 0,20

FREGADERO 0,20

LAVADERO 0,20

LAVAVAJILLAS 0,20

LAVADORA

AUTOMATICA 0,20

Fuente: manual de fontanería; bricolage

INSTALACIÓN DE AGUA POTABLE (MÉTODO ITERATIVO HAZEN – WILLIANS)

Perdida de carga por fricción

hf = 10,674 · [Q 1,852/ (C1,852 · D4,871)] · L

En donde: • hf: pérdida de carga por fricción (m) • Q: caudal (m3/s) • C: coeficiente de rugosidad (adimensional) • D: diámetro interno de la tubería (m) • L: longitud de la tubería (m)

COEFICIENTE DE HAZEN-WILLIAMS PARA ALGUNOS MATERIALES

Material C Material C

Asbesto cemento 140 Hierro galvanizado 120

Latón 130-140 Vidrio 140

Ladrillo de saneamiento 100 Plomo 130-140

Hierro fundido, nuevo 130 Plástico (PE, PVC) 140-150

Hierro fundido, 10 años de edad 107-113 Tubería lisa nueva 140

Hierro fundido, 20 años de edad 89-100 Acero nuevo 140-150

Hierro fundido, 30 años de edad 75-90 Acero 130

Hierro fundido, 40 años de edad 64-83 Acero rolado 110

Concreto 120-140 Lata 130

Cobre 130-140 Madera 120

Hierro dúctil 120 Hormigón 120-140

Fuente: Hidráulica General ; Gilberto Sotelo Perdida de carga por accesorios

hl = K · (v2 / 2g)

En donde:

• hl: pérdida de carga o de energía (m) • K: coeficiente empírico (adimensional) • v: velocidad media del flujo (m/s) • g: aceleración de la gravedad (m/s2)

VALORES DEL COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES

Accidente K L/D

Válvula esférica (totalmente abierta) 10 350

Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5 175

Válvula de seguridad (totalmente abierta) 2,5 -

Válvula de retención (totalmente abierta) 2 135

Válvula de compuerta (totalmente abierta) 0,2 13

Válvula de compuerta (abierta 3/4) 1,15 35

Válvula de compuerta (abierta 1/2) 5,6 160

Válvula de compuerta (abierta 1/4) 24 900

Válvula de mariposa (totalmente abierta) - 40

T por salida lateral 1,80 67

Codo a 90º de radio corto (con bridas) 0,90 32

Codo a 90º de radio normal (con bridas) 0,75 27

Codo a 90º de radio grande (con bridas) 0,60 20

Codo a 45º de radio corto (con bridas) 0,45 -

Codo a 45º de radio normal (con bridas) 0,40 -

Codo a 45º de radio grande (con bridas) 0,35 -

Fuente: Hidráulica General ; Gilberto Sotelo Parámetros de diseño Velocidad máxima y mínima.-

Material Velocidad máxima Velocidad mínima

(m/s) (m/s) Tubería revestida de hormigón simple 1,5 0,5

Tubería de hormigón centrifugado 2 0,5 Tubería de asbesto cemento 2,5 0,3

Tubería de PVC 2,5 0,3 Tubería de hierro fundido 2,5 0,3

Tubería acero galvanizado 2,5 0,3 Tubería de acero 2,5 0,3

Fuente: manual de fontanería; bricolage Presión mínima.- Se considera como presión mínima 10 m.c.a. según lo establecido por la norma boliviana NB-689.

Coeficiente de perdidas locales

TE con salida lateral =1,80 Codo de 90º con radio norma = 0,75

Precien Estática en el punto de inicio "A" = 15,00 m.c.a.

Accesorio Tramo Longitud Caudal Diámetro Perdida por fricción Nº de

Accesorios Inicio Final (m) (l/s) (plg.) (mm) UNIT.(m/m) PARC.(m) Total(m) Codo TE

A B 1,80 2,40 1 1/2" 38 0,115 0,207 0,207 1 0 B 1.1 0,85 0,60 3/4" 20 0,201 0,171 0,379 2 1

Inodoro 1.1 1.1.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,402 2 2 1.1 1.2 0,95 0,45 3/4" 20 0,118 0,112 0,491 2 2

Inodoro 1.2 1.2.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,514 2 3 1.2 1.3 0,95 0,30 3/4" 20 0,056 0,053 0,544 2 3

Inodoro 1.3 1.3.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,567 2 4 1.3 1.4 0,95 0,15 3/4" 20 0,015 0,015 0,559 2 4

Inodoro 1.4 1.4.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,582 3 4 B C 3,90 1,80 1 1/2" 38 0,068 0,264 0,471 2 1 C 2.1 0,15 0,65 3/4" 20 0,234 0,035 0,506 2 2

Urinario 2.1 2.1.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,528 2 3 2.1 2.2 0,60 0,60 3/4" 20 0,201 0,121 0,627 2 3

Urinario 2.2 2.2.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,649 2 4 2.2 2.3 0,40 0,55 3/4" 20 0,171 0,069 0,696 2 4

Lavamanos 2.3 2.3.1 0,70 0,10 1/2" 12 0,088 0,061 0,757 2 5 2.3 2.4 0,20 0,45 3/4" 20 0,118 0,024 0,719 2 5

Urinario 2.4 2.4.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,741 2 6 2.4 2.5 0,40 0,40 3/4" 20 0,095 0,038 0,758 2 6

Lavamanos 2.5 2.5.1 0,70 0,10 1/2" 12 0,088 0,061 0,819 2 7 2.5 2.6 0,20 0,30 3/4" 20 0,056 0,011 0,769 2 7

Urinario 2.6 2.6.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,791 2 8 2.6 2.7 0,60 0,25 3/4" 20 0,040 0,024 0,793 2 8

Urinario 2.7 2.7.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,814 2 9 2.7 2.8 0,90 0,20 3/4" 20 0,026 0,024 0,816 2 9

Lavamanos 2.8 2.8.1 0,70 0,10 1/2" 12 0,088 0,061 0,878 2 10 2.8 2.9 0,60 0,10 3/4" 20 0,007 0,004 0,821 2 10

Lavamanos 2.9 2.9.1 0,70 0,10 1/2" 12 0,088 0,061 0,882 3 10 C 3.1 0,45 1,15 1" 25 0,227 0,102 0,573 2 2

Urinario 3.1 3.1.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,595 2 3 3.1 3.2 0,60 1,10 1" 25 0,209 0,125 0,699 2 3

Urinario 3.2 3.2.1 0,90 0,05 1/2" 12 0,024 0,022 0,721 2 4 3.2 3.3 5,15 1,05 1 1/2" 38 0,025 0,128 0,827 6 4

Inodoro 3.3 3.3.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,850 6 5 3.3 3.4 0,95 0,90 1" 25 0,144 0,137 0,964 6 5

Inodoro 3.4 3.4.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 0,987 6 6 3.4 3.5 0,95 0,75 1" 25 0,103 0,098 1,061 6 6

Inodoro 3.5 3.5.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 1,085 6 7 3.5 3.6 0,95 0,60 1" 25 0,068 0,065 1,126 6 7

Inodoro 3.6 3.6.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 1,149 6 8 3.6 3.7 0,95 0,45 1" 25 0,040 0,038 1,164 6 8

Inodoro 3.7 3.7.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 1,187 6 9 3.7 3.8 0,95 0,30 1" 25 0,019 0,018 1,182 6 9

Inodoro 3.8 3.8.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 1,205 6 10 3.8 3.9 0,95 0,15 1" 25 0,005 0,005 1,187 6 10

Inodoro 3.9 3.9.1 1,50 0,15 3/4" 20 0,015 0,023 1,210 7 10

Perdida por accesorio(m) Perdida General (m)

Diferencia de nivel (m)

Presión Estática(mca)

Presión Dinámica(mca)

Velocidad (m/s) Codo TE

0,171 0,000 0,379 0,350 14,650 14,271 2,116 0,279 0,335 0,992 0,850 14,150 13,158 1,910 0,017 0,042 0,461 2,350 12,650 12,189 0,477 0,157 0,376 1,024 0,850 14,150 13,126 1,432 0,017 0,063 0,594 2,350 12,650 12,056 0,477 0,070 0,251 0,865 0,850 14,150 13,285 0,955 0,017 0,084 0,668 2,350 12,650 11,982 0,477 0,017 0,084 0,660 0,850 14,150 13,490 0,477 0,026 0,084 0,692 2,350 12,650 11,958 0,477 0,193 0,231 0,895 0,850 14,150 13,255 1,587 0,327 0,785 1,619 0,850 14,150 12,531 2,069 0,015 0,054 0,597 1,750 13,250 12,653 0,442 0,279 1,004 1,910 0,850 14,150 12,240 1,910 0,015 0,072 0,736 1,750 13,250 12,514 0,442 0,234 1,125 2,055 0,850 14,150 12,095 1,751 0,060 0,359 1,176 1,550 13,450 12,274 0,884 0,157 0,941 1,818 0,850 14,150 12,332 1,432 0,015 0,108 0,864 1,750 13,250 12,386 0,442 0,124 0,892 1,774 0,850 14,150 12,376 1,273 0,060 0,502 1,381 1,550 13,450 12,069 0,884 0,070 0,586 1,424 0,850 14,150 12,726 0,955 0,015 0,143 0,949 1,750 13,250 12,301 0,442 0,048 0,465 1,306 0,850 14,150 12,844 0,796 0,015 0,161 0,991 1,750 13,250 12,259 0,442 0,031 0,335 1,182 0,850 14,150 12,968 0,637 0,060 0,717 1,655 1,550 13,450 11,795 0,884 0,008 0,093 0,921 0,850 14,150 13,229 0,318 0,090 0,717 1,689 1,550 13,450 11,761 0,884 0,420 1,007 2,000 0,850 14,150 12,150 2,343 0,015 0,054 0,664 1,750 13,250 12,586 0,442 0,384 1,382 2,465 0,850 14,150 11,685 2,241 0,015 0,072 0,807 1,750 13,250 12,443 0,442 0,197 0,315 1,338 0,850 14,150 12,812 0,926 0,052 0,105 1,007 2,350 12,650 11,643 0,477 0,771 1,542 3,277 0,850 14,150 10,873 1,833 0,052 0,125 1,165 2,350 12,650 11,485 0,477 0,535 1,285 2,882 0,850 14,150 11,268 1,528 0,052 0,146 1,283 2,350 12,650 11,367 0,477 0,343 0,959 2,428 0,850 14,150 11,722 1,222 0,052 0,167 1,369 2,350 12,650 11,281 0,477 0,193 0,617 1,973 0,850 14,150 12,177 0,917 0,052 0,188 1,428 2,350 12,650 11,222 0,477 0,086 0,308 1,576 0,850 14,150 12,574 0,611 0,052 0,209 1,466 2,350 12,650 11,184 0,477 0,021 0,086 1,294 0,850 14,150 12,856 0,306 0,061 0,209 1,480 2,350 12,650 11,170 0,477

VELOCIDAD MINIMA DEL SISTEMA Vmin = 0,306 m/s ≥ 0,3 m/s 0,300 OK ¡¡

VELOCIDAD MAXIMA DEL SISTEMA Vmax = 2,343 m/s ≤ 2,5 m/s 2,500 OK ¡¡

PRESION DENAMICA MINIMA DEL SISTEMA

Pmin= 10,873 m.c.a ≥ 10 m.c.a 10,000 OK ¡¡

INSTALACIÓN DE ALCANTARILLADO SANITARIO (MÉTODO ITE RATIVO MANNING)

Se parte de la hipótesis del caso más desfavorable todos los artefactos funcionan al mismo instante. CAUDAL INSTANTÁNEO POR ARTEFACTO

CAUDAL MINIMO INSTANTANEO POR APARATO

APARATO CAUDAL (lt/seg)

URINARIO 0,05

LAVABO 0,10

BIDE 0,10

INODORO 0,15

BAÑERA 0,30

DUCHA 0,20

FREGADERO 0,20

LAVADERO 0,20

LAVAVAJILLAS 0,20 LAVADORA AUTOMATICA

0,20

Fuente: manual de fontanería; bricolage Tubería a tuvo lleno. El radio hidráulico es :

Donde: D = Diámetro (m) Sustituyendo el valor de (R) , la fórmula de Manning para tuberías a sección llena es:

En función del caudal, con: Q = VA Donde: Q = Caudal a tubo lleno (m3/s) A = Area de la sección circular (m2)

Con el caudal a tuvo lleno se obtiene la relación:

Q: caudal q pasa en la tubería (m/s) Qll: Caudal a tubo lleno (m/s) Con la relación de caudales se ingresa a las tablas 1.1(TECNICAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y PLUVIAL MODIFICACIONES A LA NORMA NB – 688; Ing. Alcides Franco T.) De ahí se obtiene las relaciones V/Vll - rh/RH - h/D para posteriormente obtener la velocidad de diseño (V) y el tirante de diseño (h) Con el tirante de diseño (h) se realiza la primera comprobación. h<0.2D para que el sistema funcione a gravedad y no a presión. Esta recomendación la realiza el Ing. Alcides Franco T. en la modificación de la norma boliviana.NB-688. Finalmente se calcula la fuerza tractriz. Y se comprueba que sea mayor a 0.15 kg/cm2. Esta es la fuerza tractriz mínima necesaria para la auto limpieza de la tubería recomendada por la norma boliviana NB-688.

TABLA 1.1

DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO

Coef. De rugosidad n = 0,01 Peso esp.del agua g= 1000,00 Kg/m3

Tramo Long Caudal Pend.

% Diam. (mm)

REGIMEN HIDRAULICO v crit. F tract. COTA DISEÑO

Sup. Inf. m Propio Diseño Rh (m)

Q [l/s] V [m/s] q / Q v / V d/D v

[m/s] d [mm] r h [m] [m/s] [kg/m2] Sup. Inf.

F7 F6 0,95 0,15 0,15 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,12 0,68 0,24 0,44 11,80 ok 0,01 1,57 0,17 ok 1471,40 1471,38

F6 F5 0,95 0,15 0,30 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,23 0,81 0,32 0,53 16,20 ok 0,01 1,79 0,23 ok 1471,38 1471,35

F5 F4 0,95 0,15 0,45 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,35 0,91 0,41 0,60 20,35 ok 0,01 1,96 0,27 ok 1471,35 1471,33

F4 F3 0,95 0,15 0,60 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,47 0,98 0,48 0,64 24,10 ok 0,01 2,08 0,31 ok 1471,33 1471,31

F3 F2 0,95 0,15 0,75 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,58 1,04 0,55 0,68 27,50 ok 0,01 2,16 0,33 ok 1471,31 1471,28

F2 F1 0,95 0,15 0,90 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,70 1,08 0,61 0,71 30,65 ok 0,01 2,22 0,35 ok 1471,28 1471,26

F1 F 0,99 0,15 1,05 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,82 1,12 0,69 0,73 34,45 ok 0,01 2,28 0,37 ok 1471,26 1471,23

F E 1,73 0,00 1,05 2,00 100,00 0,03 7,31 0,93 ok 0,14 0,71 0,26 0,66 25,50 ok 0,01 2,29 0,30 ok 1471,23 1471,20

E1 E 5,85 0,20 0,20 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,16 0,74 0,27 0,48 13,60 ok 0,01 1,67 0,20 ok 1471,34 1471,20

E D 0,63 0,00 1,25 2,00 100,00 0,03 7,31 0,93 ok 0,17 0,75 0,28 0,70 28,10 ok 0,02 2,39 0,32 ok 1471,20 1471,19

D7 D6 0,60 0,05 0,05 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,04 0,50 0,14 0,33 7,06 bajo 0,00 1,24 0,11 ok 1471,30 1471,29

D6 D5 0,60 0,05 0,10 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,08 0,60 0,19 0,40 9,70 bajo 0,01 1,44 0,15 ok 1471,29 1471,27

D5 D4 0,60 0,05 0,15 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,12 0,69 0,24 0,45 12,05 ok 0,01 1,58 0,18 ok 1471,27 1471,26

D4 D3 0,60 0,05 0,20 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,16 0,74 0,27 0,48 13,60 ok 0,01 1,67 0,20 ok 1471,26 1471,24

D3 D2 0,60 0,05 0,25 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,19 0,77 0,29 0,50 14,65 ok 0,01 1,72 0,21 ok 1471,24 1471,23

D2 D1 0,60 0,05 0,30 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,23 0,81 0,32 0,53 16,20 ok 0,01 1,79 0,23 ok 1471,23 1471,21

D1 D 1,02 0,05 0,35 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,27 0,85 0,35 0,55 17,65 ok 0,01 1,85 0,24 ok 1471,21 1471,19

D C 1,02 0,00 1,60 2,00 100,00 0,03 7,31 0,93 ok 0,22 0,80 0,32 0,74 31,60 ok 0,02 2,51 0,36 ok 1471,19 1471,17

C1 C 4,14 0,20 0,20 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,16 0,74 0,27 0,48 13,60 ok 0,01 1,67 0,20 ok 1471,27 1471,17

C B 1,72 0,00 1,80 2,00 100,00 0,03 7,31 0,93 ok 0,25 0,83 0,34 0,77 33,90 ok 0,02 2,58 0,38 ok 1471,17 1471,13

B4 B3 0,95 0,15 0,15 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,12 0,69 0,24 0,45 12,05 ok 0,01 1,58 0,18 ok 1471,26 1471,24

B3 B2 0,95 0,15 0,30 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,23 0,81 0,32 0,53 16,20 ok 0,01 1,79 0,23 ok 1471,24 1471,22

B2 B1 0,95 0,15 0,45 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,35 0,91 0,41 0,60 20,35 ok 0,01 1,96 0,27 ok 1471,22 1471,19

B1 B 2,42 0,15 0,60 2,50 50,00 0,01 1,29 0,66 ok 0,47 0,98 0,48 0,64 24,10 ok 0,01 2,08 0,31 ok 1471,19 1471,13

B A 1,45 0,00 2,40 1,00 100,00 0,03 5,17 0,66 ok 0,46 0,98 0,48 0,64 47,60 ok 0,02 2,92 0,24 ok 1471,13 1471,12