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INSTALACIONES HIDRO SANITARIAS

TEMAS INTRODUCTORIOS

1. OBJETIVOS

1.1 Disear proyectos de instalaciones hidro sanitarias en construcciones de Ingeniera Civil

1.2 Dirigir obras de instalaciones hidro sanitarias en construcciones de Ingeniera Civil

1.3 Fiscalizar diseos y construcciones de instalaciones hidro sanitarias en obras de Ingeniera Civil

2. METODOLOGIA

2.1 En razn de que los temas de la materia hacen referencia a intervenciones en situaciones prcticas relacionadas con construcciones civiles, en particular las instalaciones hidro sanitarias se realizarn mesas de discusin grupales obre temas definidos. De estas debe obtenerse conclusiones que sern aplicadas en los trabajos prcticos.

2.2 Las exposiciones acadmicas generales de los temas sern complementadas y ampliadas mediante investigaciones de datos en biblioteca y/o archivos. Para ello se contar con la colaboracin del profesor para localizar la bibliografa o documentos necesarios.

2.3 Al final de cada hemimestre los estudiantes presentarn un trabajo prctico realizado individualmente o en grupos en el que se incorporarn los conocimientos adquiridos en clase, visitas, investigaciones, discusiones, etc El trabajo ser descrito en la primera clase y los estudiantes irn completndolo hasta el da de su presentacin.

2.4 El proyecto del primer hemimestre tendr una revisin (fiscalizacin) adems de la del profesor, por parte de los estudiantes quienes debern presentar el informe de fiscalizacin que debe ser aceptado y cumplido por el autor del proyecto.

3. BIBLIOGRAFIA

SUREZ LPEZ, J., MARTINEZ ABELLA, F. y PUERTAS AGUDO, J.,

Manual de Conducciones URALITA, Sistemas de conducciones en infraestructuras, riego y edificacin, Paraninfo, Madrid, 2007.

DE AZEVEDO NETTO, J.M. y ACOSTA ALVAREZ G.,

Manual de Hidrulica, 6. Ed., Harla, Mxico, 1975.

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PEREZ CARMONA, R.,

Diseo de instalaciones hidro sanitarias y de gas para edificaciones, ECOE, Bogot, 2002

DE ANDA FLORES, M.,

Instalaciones hidrulicas y sanitarias para edificios, UNAM, Mxico, 1979.

NORMAS INEN

CPE INEN 005 parte 9-2:97 Diseo de instalaciones sanitarias. Presentacin de documentos de NTE INEN 1568:2011 NTE INEN 1569:2011 Artefactos sanitarios

NTE INEN 1329:09 Tuberas para uso sanitario

NTE INEN 2306:02 Componentes de artefactos sanitarios. Herrajes, dimensiones NTE INEN 2474:09 Tubera de ventilacin para uso sanitario

UNIDAD 1. ABASTECIMIENTOS DE AGUA POTABLE EN EDIFICACIONES

Objetivo: Conocer, los recursos normativos y prcticos para iniciar la elaboracin de un de instalacin abastecimiento de agua potable (AP) en una edificacin civil.

Temas:

1. Criterios que intervienen en el diseo de un proyecto de instalaciones hidro-sanitarias (sociales, econmicos, tcnicos) 2. Partes y elementos de un abastecimiento de AP en una edificacin. Aparatos Sanitarios. 2. Tipos de abastecimientos de AP 4. Smbolos a utilizar. 5. Bases para el diseo de un proyecto de abastecimiento de AP en una edificacin.

Trabajo autnomo

Ingresar al sistema acadmico universitario SAU para revisar los resmenes insertados por el profesor en complementacin a las notas de clase.

Leer el material de referencia subido al SAU, tomado de Surez y otros, Manual de conducciones Uralita, pp.234-238.

Bajar del portal INEN la norma CPE INEN 005, parte 9-2:97 que servir de norma referencial bsica para disear instalaciones sanitarias.

Conseguir planos arquitectnicos de una edificacin de 4 pisos o 400 m2 para realizar un proyecto de instalaciones.

Evaluacin El profesor tomar constancia y registrar a los estudiantes que habiendo formado grupos de trabajo o por iniciativa individual dispongan de planos arquitectnicos (plantas fachadas y cortes) de un edificio, en formato digital o impreso (A3)

1. CRITERIOS QUE INTERVIENEN EN EL DISEO DE UN PROYECTO DE

INSTALACIONES HIDRO-SANITARIAS.

SOCIALES, ECONMICOS, TCNICOS completar

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Las instalaciones hidro-sanitarias son sistemas de abastecimiento de agua potable en edificios que son ocupados por personas por lo que deben satisfacer las normas, cdigos y reglamentos en vigencia. Las normas que sern utilizadas con ms frecuencia, de preferencia la primera, son las siguientes:

NORMA OBJETO

CPE INEN 005 parte 9-2:97 Diseo de instalaciones sanitarias. Presentacin de documentos de NTE INEN 1568:2011 NTE INEN 1569:2011 Artefactos sanitarios

NTE INEN 1329:09 Tuberas para uso sanitario

NTE INEN 2306:02 Componentes de artefactos sanitarios. Herrajes, dimensiones NTE INEN 2474:09 Tubera de ventilacin para uso sanitario

NTE INEN 2474:09 Bombas centrfugas para Agua Potable, uso residencial.

2. PARTES Y ELEMENTOS DE UN ABASTECIMIENTO DE AP EN UNA EDIFICACIN. APARATOS SANITARIOS.

Si se observa con atencin el sistema de abastecimiento de agua en los domicilios cercanos se identifica elementos que se ubican fuera de la edificacin y otros dentro de la misma, como se muestra en el esquema siguiente.

Ilustracin1:EsquemadeinstalacionesdeAPenunedificio

La conexin domiciliaria comprende, en la parte externa a la edificacin servida, un tramo de abastecimiento, llamado tambin acometida, que conecta la red de abastimiento municipal con el sistema de conexin interna de la edificacin. Esta parte del sistema de conexin est bajo el control de una entidad pblica relacionada con el suministro de agua potable y su funcin es alimentar las instalaciones internas. Algunos sistemas de abastecimiento incluyen cisterna que puede ser ubicada en la parte baja del edificio en otro sitio elevado.

El esquema de un tramo de acometida, con los aparatos que ste incluye, es el siguiente

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

colu

mna

dis

tribu

idor

a

acometidaRM

4

Ilustracin2:Esquemadeltramodeacometida

La parte interna comprende una tubera dispuesta en columna vertical, llamada tambin columna de abastecimiento principal. Su funcin es alimentar a las derivaciones (ver ilustracin 1) que surten a cada nivel del edificio. De las derivaciones surgen pequeos ramales que, a su vez, aprovisionan a los aparatos sanitarios.

Las conexiones internas van empotradas en las paredes del edificio, las columnas verticalmente y las derivaciones horizontalmente a 10 cm del piso terminado.

Algunos manuales utilizan smbolos diferentes a los anotados por lo que se debe consultar la norma CPE INEN 5 Parte 9.2:1997 para complementar la informacin. De todos modos el diseador ha de presentar la clave de interpretacin de la simbologa cualquiera sea la que utilice.

3. TIPOS DE ABASTECIMIENTO

El criterio bsico para caracterizar los tipos de abastecimiento es que el suministro de agua potable sea satisfactorio, es decir que provea de un caudal suficiente para satisfacer la demanda de las personas que ocupan la edificacin y que disponga de una presin adecuada, tal que sirva al dispositivo o aparato ms alejado de la fuente de abastecimiento pero que no exceda un lmite en que los aparatos y dispositivos sufran daos por efectos de sobrepresiones.

Para las instalaciones domiciliarias de agua fra son conocidos tres sistemas diferentes, a saber.

a. Sistemas de distribucin directa. Cuando el caudal de la red pblica es suficiente y la presin adecuada, todos los aparatos y llaves de un edificio son alimentados directamente por la red pblica mediante la toma y tuberas domiciliarias. Es admitido para casas de habitacin situadas en comunidades en que el abastecimiento de agua es continuo, suficiente y satisfactorio y que la presin de la RM no exceda de 50 m. (Ver ilustracin 3 Tipos de abastecimiento)

b. Sistema hidroneumtico. Se utiliza en edificaciones medianas. El agua tomada de la RM es aculada en una cisterna baja, una reserva mnima para un da. Los lugares de consumo son alimentados por medio de un conjunto bombatanque hidroneumtico que presuriza el agua succionada por la bomba, de este modo se asegura la presin deseable en el sistema. (Ver ilustracin 3 Tipos de abastecimiento)

c. Sistema de distribucin indirecta. Empleado en edificios de gran altura. Todos los aparatos y llaves de un edificio se proveen del depsito superior o tanque elevado

RM

medidor

v. check

abastecimientored municipal

tramo

de ac

ometid

ainsercin

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que, a su vez es aprovisionado por bombas que pasan el agua desde el depsito inferior. (Ver ilustracin 3 Tipos de abastecimiento)

Resumiendo, en las instalaciones de distribucin indirecta se identifican las siguientes partes principales:

a) toma domiciliaria

b) cisterna baja o depsito inferior;

c) equipo de bombeo;

d) depsito de distribucin (superior);

e) tubera de salida;

f) tuberas principales (una de subida y una de bajada);

g) ramales de distribucin;

h) conexiones de los aparatos

i) aparatos sanitarios.

Lo comn es que los tres tipos se combinen en una suerte de sistema mixto en el que algunas llaves son alimentadas directamente por la red pblica, mientras que otros se proveen del depsito domiciliario.

Ilustracin3.Tiposdeabastecimiento

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

colu

mna

dis

tribu

idor

a

acometida

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

derivacin

colu

mna

dis

tribu

idor

a

acometida

derivacin

derivacin

derivacin

derivacincol

umna

dis

tribu

idor

a

RMacometida

cisterna elevada

cisterna bajacisterna

H Btanque hidroneumtico

bombaco

lum

na p

rinci

pal (

al d

eps

ito)

reserva

distribucin

ABSTECIMIENTO TIPO 1 ABSTECIMIENTO TIPO 2 ABSTECIMIENTO TIPO 3

Conexin directa desde la RM a la tomade columna principal.

B equipo de bombeo

La reserva para un da acumulada en lacisterna baja es distribuida mediante labmba y el tanque hidroneumtico

La fuente primaria de abastecimiento esel tanque de reserva elevado.

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UNIDAD 2. DISEO DE CAUDALES DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTOS DE AGUA POTABLE EN EDIFICACIONES

Objetivo: Estimar y calcular por diversos mtodos los caudales suficientes para el diseo de los sistemas de abastecimiento de agua fra en agua potable (AP) en una edificacin civil.

Temas:

1. Estimacin de caudales en acometida (toma domiciliaria). cambiar a DISEO DE TUBERIAS en vez de ESTIMACIN DE CAUDALES (1,2,3,4)

2. Estimacin de caudales en derivaciones de viviendas. Caudales unitarios mnimos. 3. Estimacin de caudales en derivaciones de edificaciones de uso pblico. 4. Clculo de caudales en columnas y distribuidor. 5. Mtodo analtico para calcular caudales de abastecimiento.

Trabajo autnomo

Revisar en el SAU los resmenes insertados por el profesor en complementacin a las notas de clase. Leer el material de referencia subido al SAU, tomado de Surez y otros, Manual de conducciones Uralita, pp. 238-243. Bajar del portal INEN las normas NTE INEN 1568:2011 y NTE INEN 1569:2011 referidas a artefactos sanitarios; NTE INEN 2306:02 sobre Componentes de artefactos sanitarios (Herrajes, dimensiones ), referencias para disear los temas de esta unidad.

Evaluacin

Al final de la unidad el profesor revisar el borrador de la memoria de clculo del proyecto realizado por los grupos de trabajo y registrar la calificacin de acuerdo a la calidad y el avance del trabajo.

INTRODUCCIN: BASES PARA UN PROYECTO

En la presente unidad realizaremos los clculos, estimaciones y diseos de tuberas de sistemas e abastecimiento de agua potable mediante la aplicacin de las normas y los conocimientos de hidrulica del semestre anterior.

Antes de iniciar se debe revisar los datos disponibles, los requerimientos exigidos y bosquejar un modelo a aplicar. Adems nos guiaremos de los criterios que a continuacin se exponen y que nos servirn en el proceso de clculos y diseo:

El dimetro mnimo admitido para las tuberas domiciliarias es de 1/2 pulgada. De inicio, el dimetro se estimar en funcin del caudal (tabla 2.1)

Tabla 2.1: Velocidades y caudales mximos permisibles en las tuberas domiciliarias

Dimetros rea Velocidad mxima

Caudal mximo

(pul) (m) (m2) (m/s) (lts) (m3/da)1/2 0,013 0,00013 1,60 0,20 17 3/4 0,019 0,00028 1,95 0,55 47 1 0,025 0,00049 2,25 1,15 99

1 1/4 0,031 0,00080 2,50 2,00 173 1 1/2 0,038 0,00112 2,75 3,10 268

2 0,051 0,00196 3,15 6,40 553 2 1/2 0,060 0,00283 3,55 11,20 967

3 0,075 0,00442 3,85 17,60 15204 0,100 0,00785 4,00 32,50 28085 0,125 0,01226 4,00 51,00 4406

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La velocidad del agua en las tuberas no debe sobrepasar los lmites siguientes: v 14D v 4 m/s

(D en metros, v en m/s).

Velocidades muy altas, adems de ocasionar importantes prdidas de carga pueden causar ruidos perjudiciales;

Estos lmites han permitido diagramar la tabla 2.1 que facilita el pre-dimensionamiento de las tuberas.

Para el establecer la presin adecuada calculamos las prdidas ocasionadas que restamos de la presin de RM y verificamos.

La prdida de carga en las tuberas de salida, en los tramos ms elevados de las tuberas principales (ltimo piso) no debe sobrepasar el 8% (S 0,08 m/m). En los dems pisos no es necesaria esta verificacin puesto que los lmites de velocidad aplicadas en el clculo restringen la prdida de carga a valores aceptables.

Las prdidas de carga pueden ser determinadas por la frmula de Flamant para tuberas

: prdidas en m/m; v: velocidad calculada en m/s; D: dimetro de tubera seleccionada en m y m = 0.00023 (coeficiente para tubos de acero galvanizado).

o mediante el empleo del baco de Hsiao (ver pgina siguiente).

Las presiones superiores a 50 m deben ser evitadas1. En los edificios muy altos, los inconvenientes que causen las presiones pueden ser solucionados mediante el empleo de vlvulas reductoras de presin.

La conexin con la red pblica (RM) se realiza mediante un conjunto de piezas que se llama insercin y consta de una llave de toma que insertada en RM abre paso a a la acometida y se sujeta con un collarn. La llave de paso se instala en la acera, alojada en una caja cilndrica con tapa o caja de corte. El medidor o batera de medidores deben colocarse por encima del piso en un alojamiento protegido y de fcil acceso

1. DIMENSIONAMIENTO DE ACOMETIDA (TOMA DOMICILIARIA EN SISTEMAS TIPO 2 Y 3)

El abastecimiento de AP en edificaciones de cuatro (4) pisos o ms, en los cuales es conveniente adoptar los tipos 2 y/o 3 que poseen cisterna baja que acumula un caudal suficiente se realiza mediante un tramo de tubera cuyo dimetro se establece en funcin de los parmetros indicados al inicio de esta unidad: el caudal debe abastecer el consumo

1Enalgunosmanualesdehidrulicaaconsejannosobrepasarlos40m.Cf.DeAzevedo(1975),pp547.

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total de los habitantes del edificio durante 24 y la presin de descarga en la cisterna debe ser satisfactoria despus de contabilizar las prdidas soportadas en el trayecto.

Ilustracin4:Abacoparacaerasdeacerogalvanizado(aguafra).FrmuladeFairWhippleHsiao.TomadodeDeAzevedo1975),p.126.

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Para dimensionar la tubera seguiremos los siguientes pasos:

Realizar una estimacin del consumo mximo diario para el edificio (caudal para el consumo en un da)

Adoptar un dimetro de tubera, de acuerdo a la tabla 2.1 Verificar la velocidad mxima admitida (clculo y comparacin) Determinar la presin mnima en la tubera pblica RM (pude ser

proporcionada por la Empresa de A. Potable o determinada mediante la aplicacin de un manmetro en la insercin)

Establecer las cotas tanto de la RM como del lugar de alimentacin de la cisterna (prdida por diferencia de alturas). Dato topogrfico verificable.

Establecer las longitudes de tuberas y de los accesorios existentes (longitud equivalente, Tabla 2.3)

Con un ejemplo podemos ilustrar el proceso de dimensionamiento.

EJEMPLO: La Gerencia de la fbrica El Jean durable de la ciudad de Pelileo ha solicitado el dimensionamiento de la acometida para su nuevo edificio. La fbrica emplear a 240 obreros y consumir 40 m3/hora de agua en los procesos industriales, en las 24 horas de funcionamiento. La derivacin de la red pblica se ubicar a 2 m sobre el nivel de la insercin en la red pblica (RM). Se conoce que la presin en RM es de 48 m y la distancia entre RM y el punto de vaciamiento de la acometida es de 30 m..

Para el clculo seguiremos los pasos indicados arriba.

Estimar consumo diario.

240 obreros x 70 l/d (tabla 2.2) = 6.8 m3/d

Procesos industriales 40 m3/hora = 960.0 m3/d

Total consumo: 976 m3/d (11.30 l/s)

Predimensionamiento

para el caudal estimado la tabla 2.1 sugiere utilizar una tubera de 3 de dimetro.

Verificacin del cumplimiento de la velocidad en la tubera

Conociendo el dimetro y el caudal calculamos la velocidad mediante la ecuacin

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obtenemos que v = 2.54 m/s

Al establecer las bases del proyecto aceptamos que la velocidad debe cumplir los siguientes parmetros

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v 14 = 14.0,075 = 3.83 m/s v 4 m/s

Cumple Tabla2.2:Dotacindeaguapotableportipodeedificacin

Tipodeedificacin dotacin(l/habdia)Viviendapopular 150Viviendanopopular 200Residenciasydepartamentos 250300oficinasoalmacenes 70fbricas(sinconsumoindustrial) 70hoteles 150300cines 2lt/especfunc.baospblicos 500clubes 50hospitales 5001000cuarteles 300prisiones 50riegodepatios 2lt/m2riegodejardines 5lt/m2decsped

Verificacin de la presin en el punto de vaciado de la tubera.

Si calculamos las prdidas totales en el tramo de diseo y restamos de la presin de la RM obtendremos el dato requerido, entonces

Utilizando la ecuacin de Flamant calculamos las prdidas por recorrido en tuberas HG

obtenemos que = 0,11 m/m, por lo que las prdidas totales hf sern hf = Sf x L = 0,11 x 30.0 m = 3.3 m

La prdida por diferencia de cotas es de 2m.

Para estimar las prdidas en los aparatos recurriremos a la tabla 2.3 en cuanto a la llave de paso (v. de globo) y la v. check. Para el medidor (se aconseja medidor de molinete en edificios grandes) utilizaremos los bacos de la ilustracin 5.

Prdida en v. check para 3 es 5,8 m

Prdida v. globo 3 = 24,3 m

Prdida por medidor de molinete (ilust. 5) = 0.5 m

por tanto la presin disponible en el punto de vaciado de la tubera ser

48 m 3.3 m 2 m 5.8 24.3 m 0.5 m= 12.1 m que es una presin adecuada entre 6 y 50m. Por tanto el diseo de la acometida ser con 3

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Tabla2.3:Longitudequivalenteparaaccesorios,enfuncindeldimetro

DIAMETRODELACCESORIO

codode90

codode45

tedeflujoenngulo

vlvuladecompuerta

vlvulade

globovlvulangulo

vlvulacheck

pulg mm m m m m m m m3/8 9.53 0.30 0.20 0.50 0.10 2.40 1.20 0.601/2 12.70 0.60 0.40 0.90 0.10 4.60 2.40 1.203/4 19.05 0.80 0.50 1.20 0.20 6.10 3.50 1.501 25.40 0.90 0.60 1.50 0.20 7.50 4.60 2.00

11/4 31.75 1.20 0.70 2.80 0.20 10.60 5.50 2.7011/2 38.10 1.30 0.90 2.10 0.30 13.70 6.70 3.402 50.80 2.10 1.20 3.00 0.40 16.70 8.50 4.30

21/2 63.50 2.40 1.50 3.50 0.50 19.80 10.30 5.203 76.20 3.00 1.80 4.60 0.60 24.30 12.20 5.804 101.60 4.30 2.40 6.40 0.80 38.00 16.70 5 127.00 5.20 3.00 7.60 1.00 42.60 21.30 6 152.40 6.10 3.60 9.10 1.20 50.20 24.30

Ilustracin5:Abacoparacalcularprdidasenmedidores

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DERIVACIN o RAMAL

DE

RIV

AC

IN

o R

AM

AL

2. DISEO DE TUBERAS EN DERIVACIONES DE VIVIENDAS

Para disear las tuberas del tramo de acometida se ha procedido al siguiente orden: a) estimacin del gastoo caudal que requiere el tramo en anlisis; b) comprobacin de velocidades y; c) comprobacin de presiones. El clculo del gasto (caudal) se realiz mediante el criterio de caudal mximo posible". Se seguir un similar proceso para el diseo de las tuberas en derivaciones y columnas de una edificacin con la diferencia de que el criterio que ser el de caudal mximo probable debido a que se gua en la probabilidad de que en un local no funcionen ms de dos aparatos de los instalados.

Ilustracin 6. Esquema de un piso con locales equipados con aparatos sanitarios y derivacin.

2.1. Gasto en derivaciones de edificios destinados a vivienda.

Se denomina derivacin o ramal a la tubera que proporciona agua a los aparatos sanitarios.

La estimacin del gasto se rige por el criterio de aparato de uso simultneo (AUS) que considera que en cualquier local donde se hayan instalado aparatos sanitarios, no pueden funcionar ms de dos a la vez. Los aparatos que no pueden funcionar simultneamente son, inodoro, lavabo, ducha, bidet, urinario Se considerar solo uno de ellos, el que est en situacin desfavorable (mayor gasto). Lavandera, termostato, tina Lavaplatos, llave de jardn (riego), se consideran como AUS. Cuando haya conexiones de agua caliente se considerar un gasto adicional similar al agua fra.

Tabla2.4:CaudalesunitariosmnimosAparatosanitario Caudal instantneo mnimo (L/s)

Baera/tina 0.30Bidet 0.10Calentadores /calderas 0.30Ducha 0.20Fregaderococina 0.20Fuentespara beber 0.10

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Grifoparamanguera 0.20Inodorocondepsito 0.10Inodoroconfluxor 1.25Lavabo 0.10Mquinadelavarropa 0.20Mquinalava vajilla 0.20Urinariocon fluxor 0.50Urinariocon llave 0.15Sauna,turco, hidromasajedomsticos 1.00

Fuente:NEC11,pag15Para el clculo, utilizando la tabla 2.4 y los esquemas de clculo se realizar la estimacin de gasto, cuyos valores unitarios se anotan en cada tramo de conexin del aparato, los gastos. Se aplica los criterios de AUS y se elige los valores resultantes que se deben anotar en los tramos alimentadores que, a su vez, se van acumulando hasta llegar a la columna de arranque.

Ejemplo: calcular el gasto de agua fra en el esquema adjunto

Ilustracin 7. Esquema de un local con aparatos sanitarios y derivacin.

2.2. Gasto en derivaciones de edificios de servicio pblico.

Como ayuda metodolgica los aparatos pueden ser clasificados en dos clases:

Medios baos y bateras