memoria tecnica diseÑo hidro sanitario subestaciÓn …

MEMORIA TÉCNICA HIDRO SANITARIA 0

MEMORIA TECNICA

DISEÑO HIDRO SANITARIO

SUBESTACIÓN VACAS GALINDO


Contenido

1.- SISTEMA DE AGUA POTABLE .............................................................................. 2 2.- SISTEMA DE EVACUACION DE AGUAS SERVIDAS ...................................... 10

3.- SISTEMA DE EVACUACION DE AGUAS LLUVIAS ......................................... 12 4.- SISTEMA CONTRA INCENDIOS .......................................................................... 15


MEMORIA TECNICA DEL DISEÑO HIDRO SANITARIO DE LA

SUBESTACIÓN VACAS GALINDO CANTÓN COTACACHI – PROVINCIA DE IMBABURA

1.- SISTEMA DE AGUA POTABLE Por información proporcionada por la Empresa Municipal de Alcantarillado y Agua Potable de Cotacachi, parroquia Vacas Galindo, la presión en la tubería matriz en el sector donde se ubica la propiedad donde se construirá el edificio para la Subestación en mención, es de 30 metros de columna de agua (3 Kg/cm2). Con esta presión se asegura la entrega de agua directamente desde la tubería de abastecimiento público, hasta edificaciones de tres pisos, por esta razón se diseña el sistema mediante la Distribución Directa de suministro de agua potable. Adicionalmente se ha tomado en consideración aspectos de espacio para colocar una cisterna y el respectivo equipo de presión. Calculo de la máxima demanda simultánea Se emplea el método de HUNTER, el mismo que se basa en la determinación de Unidades de Gasto, correspondiendo una Unidad de Gasto la descarga de un lavatorio que tiene la capacidad de 1 pie cúbico, el cual descarga en un minuto. Para determinar el gasto que se requiere para el número de unidades determinadas, se emplea el ábaco de Hunter. La equivalencia de los aparatos a emplearse, en unidades de gasto es:

Inodoro de tanque 2 unidades

Ducha 2 unidades

Lavadero de cocina 1 unidades

Lavatorio múltiple 1 unidades por llave

Urinario corrido 1 unidades

Lavamanos 2 unidades

Cabe señalar que no se ha considerado el suministro de agua caliente, en virtud a lo señalado por las autoridades respectivas. De los planos arquitectónicos se tiene el siguiente número de aparatos y por lo tanto el número de Unidades de Hunter:

Aparato Número Unidades Hunter

Inodoro de tanque 2 10

Ducha 2 6

Urinario corrido 1 5

Lavamanos 2 6

Lavadero de cocina 1 3


Llaves de manguera 7 14

Total Unidades 15 44

Entrando al ábaco de Hunter, se determina un gasto de 4.8 l/s, que se lo asume en 5 l/s. No se ha considera el factor de simultaneidad, en virtud de que los usuarios en la Subestación utilizan prácticamente todos los aparatos al mismo tiempo, horas muy esporádicas. Esquema del Sistema En esquema adjunto consta el respectivo esquema. Cálculo del Medidor La pérdida máxima en el medidor debe ser el 25 % de la pérdida de carga disponible, es decir:

Hfm = 25% Hf

Hf = PM – HT - PS

Hfm = 0.25(30-6-3.5) = 5.125 m.c.a. Donde: Hfm = Pérdida de carga en el medidor PM = Presión en la red pública PS = Presión de salida, mínima (3.5 m.c.a.) HT = Altura estática, tomada desde el nivel de la red pública (12.35 m.) El caudal necesario es de 5 l/s. (79.3 G.P.M.), con este valor entrando al ábaco para “Perdida de Presión en medidor”, con una pérdida menor a 5.125 m.c.a. (7.319 lb/p2), se obtiene un medidor de 11/2 pulgadas, con una pérdida de 3.62 m.c.a. (5.1 l/p2), que es menor a 5.125 m.c.a. Pérdida en la tubería desde la matriz hasta el medidor 1 m. Cálculo de las tuberías por tramos. Tramo Medidor - A Se utilizará tubería de hierro galvanizado, se ha considerado C = 100, que es para tuberías con aproximadamente 6 años de uso, para evitar problemas de flujo cuando la tubería ya ha prestado servicio algunos años. Tubería de 1 1/2” Longitud = 4.60 m.


Accesorios: 1 válvula de compuerta de 1 1/2”; 1 Te de 1 1/2” Q = 5 l/s Pérdidas en accesorios: 0.45 + 3.5 = 3.95 m. (Longitud equivalente) S = 0.20 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (1.5 + 3.95)0.20 = 1.185 m.c.a. PA = 24 – 1.185 = 22.815 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.005/ 0.00217 = 2.3 m/s Tramo A – B Tubería de 1 1/2” Longitud = 16 m. Accesorios: 1 codo de 90 de 1 1/2”, 1 Te de 1 1/2” 1 válvula de compuerta de 1 1/2”; Q = 4.2 l/s Pérdidas en accesorios: 1.1 + 1.1 + 0.4 = 2.60 m. (Longitud equivalente) S = 0.17 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (2,60 + 16.00)0.17 = 3.162 m PB = 22.81 – 3.16 = 19.65 Velocidad = Q / A = 0.0042 / 0.00217 = 1.94 m/s Tramo A – A’ Tubería de 11/2” Longitud = 4.0 m. Accesorios: 1 Te de 11/2” Q = 4.2 l/s Pérdidas en accesorios: 3.5 m. (Longitud equivalente) S = 0.17 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (1.0 + 3.5)0.17 = 0.77 m PA’ = 16.41 – 0.77 = 15.64 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0042 / 0.00217 = 1.94 m/s


Tramo A´ – A’’ Tubería de 1/2” Longitud = 14.50 m. Accesorios: 1 reducción de 11/2” a 1/2” + 1 Te de 11/2” + 1 llave de globo de 1/2” Q = 0.4 l/s Pérdidas en accesorios: 1.3 + 3.5 + 4.9 = 9.7 m Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 6.4 X 0.204 = 1.30 m. K = (0.8(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.34)(1 – 0.0625) / 0.004 = 6.40 S = 1.0 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (9.70 + 3.0)1.0 = 12.70 m PA” = 16.41 – 12.70 = 3.71 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0004 / 0.0002 = 2.0 m/s Tramo A” – A”’ Tubería de 1/2” Longitud = 9.80 m. Accesorios: 1 Te de 1/2” + 1Te de ½” + 1 Codo de ½” de 90 Q = 3.2 l/s Pérdidas en accesorios: 2.8 m. (Longitud equivalente) S = 0.90 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (2.80 + 4.0)0.90 = 6.12 m PA”’ = 15.64 – 6.12 = 9.52 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0032 / 0.00131 = 2.44 m/s Tramo A” – B Tubería de 1/2” Longitud = 3.50 m. Accesorios: 1 Te de 1/2”; 1 Reducción de 1 1/2” a 1/2”


Q = 0.4 l/s Pérdidas en accesorios: 1.4 + 3.98 = 5.38 m. (Longitud equivalente) Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 19.51 X 0.204 = 3.98 K = (0.8)(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.3375)(1 – 0.111) / 0.0123 = 19.51 m. S = 1.0 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (5.38 + 3.50)1.0 = 8.88m PB = 15.64 – 8.88 = 6.76 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0004 / 0.0002 = 2.0 m/s Tramo B – B’ Tubería de 1/2” Longitud = 12.20 m. Accesorios: 1Te de 1/ 2”; Q = 2.8 l/s Pérdidas en accesorios: 2.8 m. (Longitud equivalente) S = 0.23 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (2.80 + 12.20)0.23 = 3.45 m PB’ = 13.47 – 3.45 = 10.02 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0042 / 0.00217 = 1.94 m/s Tramo B’ – B” Tubería de 1/2” Longitud = 2.30 m. Accesorios: 1 Codo de 90 de 1/2”; 1 llave de 1/2” Q = 1.3 l/s Pérdidas en accesorios: 1 x 2.8 + 1.3 + 0.3= 4.40 m. (Longitud equivalente) S = 0.078 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (4.40 + 2.30)0.078 = 0.53 m. PB” = 12.14 – 0.53 = 11.61 m.c.a.


Velocidad = Q / A = 0.0013 / 0.00131 = 1.00 m/s,

Tramo B’ – B”’ Tubería de 1/2” Longitud = 16.60 m. Accesorios: 1 Codo de 90 de 1/2”; Q = 1.5 l/s Pérdidas en accesorios: 2.8 x 5 + 5.6+ 0.10 = 19.70 m. (Longitud equivalente) S = 0.092 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (19.70 + 16.60)0.093 = 3.78 m Pb’’' = 12.14 – 3.78 = 8.76 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0015 / 0.00131 = 1.15 m/s Tramo A - C Tubería de 3/4” Longitud = 20.90 m. Accesorios: 1 Reducción de 1 1/2 a 3/4”; llave de compuerta de 3/4"; 1 Te de 3/4” Q = 0.5 l/s Pérdidas en accesorios: 2.41 + 0.10 + 1.4 = 3.91 m. (Longitud equivalente) Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 3.24 X 0.11 = 0.36 m. K = (0.8)(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.3375)(1 – 0.25) / 0.0625 = 3.24 S = 0.37 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (0.36 + 3.91)0.37 = 1.58 m PC = 20.90 – 1.58 = 12.56 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0005 / 0.00034 = 1.47 m/s Tramo C – C’ Tubería de 3/4” Longitud = 23.0 m. Accesorios: 1 Te de 3/4”


Q = 0.2 l/s Pérdidas en accesorios: 1.4 = 1.51 m. (Longitud equivalente) S = 0.055 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (1.51 + 23.0)0.055 = 1.35 m PC’ = 8.34 – 1.35 = 9.69 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.0002 / 0.00034 = 0.59≈0.6 m/s Tramo C’ – C”” Tubería de 1/2” Longitud = 9.00 m. Accesorios: 1 Te de 3/4”; 1 Reducción de 3/4” a 1/2"; Q = 0.25 l/s Pérdidas en accesorios: 1.4 + 2.41 = 3.81 m. (Longitud equivalente) Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 3.24 X 0.08 = 0.26 m. K = (0.8)(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.3375)(1 – 0.25) / 0.0625 = 3.24 S = 0.60 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (9.00 + 3.81)0.55 = 7.05 m PC”” = 16.04 – 7.05 = 8.99 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.00025 / 0.00020 = 1.25 m/s Tramo C’ – C”’ Tubería de 1/2” Longitud = 13.40 m. Accesorios: 1 Te de 3/4”; 1 Reducción de 3/4” a 1/2"; Q = 0.25 l/s Pérdidas en accesorios: 1.4 + 2.41 = 3.81 m. (Longitud equivalente) Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 3.24 X 0.08 = 0.26 m. K = (0.8)(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.3375)(1 – 0.25) / 0.0625 = 3.24 S = 0.60 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William)


Hf = (13.40 + 3.81)0.55 = 9.47 m PC”’ = 16.04 – 9.47 = 6.57 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.00025 / 0.00020 = 1.25 m/s Tramo C”’ – C”’” Tubería de 1/2” Longitud = 8.60 m. Accesorios: 1 Codo de 1/2”; 1 Te de 1/2"; Q = 0.25 l/s Pérdidas en accesorios: 1.4 + 0.09 = 1.79 m. (Longitud equivalente) Pérdida en reducción = K( V2 / 2g) = 3.24 X 0.08 = 0.26 m. K = (0.8)(Sen θ/2)(1-β2)) / β4 = 0.8(0.3375)(1 – 0.25) / 0.0625 = 3.24 S = 0.60 (Valor obtenido del ábaco de Hazen y William) Hf = (23.00 + 1.79)0.55 = 13.64 m PC”’ = 16.04 – 13.64 = 2.40 m.c.a. Velocidad = Q / A = 0.00025 / 0.00020 = 1.25 m/s La presión en todos los puntos de salida es mayor a 3.5 y menor a 10 m.c.a.. La velocidad esta comprendida entre 0.6 y 3.82 m/s


2.- SISTEMA DE EVACUACION DE AGUAS SERVIDAS

Los Bajantes o Montantes, se han ubicado lo más cerca de los inodoros, y se prolongarán hasta las cubiertas, de las cuales sobrepasarán por lo menos 20 cm. La tubería será de P.V.C. Para realizar la limpieza de los bajantes, se colocarán accesorios de registro de limpieza al pie de cada ramal, así como también como parte de los registros se han colocado trampas de piso en los baños, cocinas, laboratorio y dispensario médico. Para el cálculo del diámetro de los tubos se ha tomado en cuenta lo siguiente:

a) El diámetro mínimo de una descarga de inodoro es de 4 pulgadas (10 cm). b) El diámetro de una montante no podrá ser menor que el de cualquiera de los

ramales horizontales que en él descarguen. c) El diámetro de un conducto horizontal de descarga no podrá ser menor que el

diámetro mayor de cualquiera de los orificios de salida de los aparatos que en él descargan.

Calculo de los Ramales de desagüe, bajantes y colectores Las dimensiones de los tubos se calculan tomando como base el gasto relativo que puede descargar cada aparato, de acuerdo al siguiente detalle:

Tipo de aparato Ф mínimo de la trampa Unidades de descarga

Ducha 2” 2

Inodoro (tanque bajo) 3” 4

Lavadero de cocina 2” 2

Lavamanos 2” 2

Urinario corrido 3” 4

Lavamanos corrido 3” 4

Sumidero (trampa) 2” 2

Ramal 1 – Caja # 7 Evacua las aguas servidas de una parte de los baños ubicados en la planta baja de los bloques B y C: Establecemos las Unidades de Descarga que se existen en los accesorios, de este tramo, de conformidad al siguiente detalle:

Aparato Unidades de Descarga

Inodoros 9 x 4 = 36

Ducha 1 x 2 = 2

Lavamanos 1 x 2 = 2

Urinario corrido 1 x 4 = 4

Sumidero 2 x 2 = 4

Total Unidades 48

De acuerdo a lo descrito en la obra “Instalaciones Sanitarias”, tabla 6.2, para evacuar las 48 unidades de descarga, se requiere una tubería de 3 pulgadas de diámetro, sin


embargo como se indico anteriormente el diámetro mínimo para conectar a un inodoro se de cuatro pulgadas. A fin de asegurar una adecuada auto limpieza de las tuberías en sus tramos horizontales, se ha tomado en cuenta el Coeficiente de Simultaneidad y de esta manera garantizar una velocidad mínima de 0.6 m/s. aún con un pequeño caudal. Cálculo hidráulico Diámetro: 4” (10 cm) Longitud: 12.0 m. Factor de simultaneidad (en base al número de aparatos): 0.54 Unidades Hunter: 53 x 0.54 = 29U.H. Caudal: 1.20 l/s. (Obtenido del ábaco Máxima demanda de agua en edificios, por el método de Hunter) Pendiente: 2 % QTLL = (0.312/n)(d2.67 J0.5) ; n = 0.012; QTLL = (26)(d2.67 J0.5) = 26(0.00213)(0.141)= 0.0078 m3/s (7.8 l/s) q / QTLL = 1.2/7.8 = 0.15; del gráfico de T. Camp se obtiene: h/d = 0.27 h = 10 x 0.27 = 2.7 cm. VTLL = (0.397/n)(d0.67 J0.5) = (33.08)(0.214)(0.141) = 1.0; v/VTLL = 0.73; v = 1 x 0 73 = 0.73 m/s Cotas: Inicio: Sumidero

Clave del tubo: -0.10 Batea del tubo: -0.20 Llegada: Caja # 7 Clave del tubo: -0.30 Batea del tubo: -0.40 Siguiendo este procedimiento, se realizo el cuadro adjunto, el que ha sido realizado en Excel.


3.- SISTEMA DE EVACUACION DE AGUAS LLUVIAS

En consideración de que el Patio # 2 tiene un área un poco mayor que el Patio # 1, se calcula el caudal de aguas lluvias para la mayor área y se lo aplica también al otro Patio. La evacuación de las aguas del Patio # 2 se lo hará mediante una cuneta triangular (similar a las cunetas de las calles) ubicada en el extremo Sur del mismo, para recogerla en una caja de revisión y mediante tubería sacarla a la calle. En el caso del Patio # 1 la cuneta irá ubicada en la parte oriental del mismo y de igual manera será evacuada mediante un sistema de tuberías. El caudal de los dos patios se unirán en la caja de revisión # 10 (para aguas lluvias) y de aquí al nivel de la calzada. No se ha diseñado un canal rectangular, debido a que la profundidad sería considerable y se tendría que colocar una rejilla a todo lo largo del mismo, originando un constante peligro para los niños más pequeños, que podrían sufrir accidentes. Caudal de aguas lluvias Aplicando el método Racional, puesto que el área a drenar es muy pequeña, se tiene:

Q = (CIA)/ 360 Donde: Q = Caudal en m3/s. I = Intensidad de lluvia, milímetros hora, para la frecuencia establecida A = Area de drenaje en hectáreas C = Coeficiente de escorrentía = 0.9 (patio en cementado) La Intensidad se calcula empleando una de las ecuaciones pluviométricas desarrolladas por el INAMHI, en base a la zonificación de las intensidades de aguaceros para varias duraciones y período de retorno. De acuerdo a esta zonificación, el área donde se ubica el lote donde se edificarán las escuelas, corresponde a la zona 5, con la siguiente ecuación:

I = (13.55 T0.14 Pmax 24 horas ) / t0.81 Donde : I = Intensidad máxima en milímetros por hora T = Periodo de retorno en años t = Tiempo de precipitación de intensidad I, de Frecuencia T Pmax 24 horas = Precipitación máxima en 24 horas La precipitación máxima se obtiene del mapa de Isolíneas de Precipitación máxima en 24 horas. El tiempo de precipitación t, se lo asume igual al tiempo de concentración:

tc = 0.0195 (L3/ H) 0.385


Donde: Tc = Tiempo de concentración en minutos L = Longitud del área en metros H = Desnivel entre el extremo y el punto de descarga, en metros

tc = 0.0195 (123/ 0.02)0.385 = 3.45 minutos P max 24 horas = 100

I = 13.55 x 100.14 / 3.45 = 6.9 mm/h

Q = (0.90 x 0.192 x 6.9 )/ 360 = 0.0033 l/s

Para el caudal de diseño se adopta 4 litros por segundo. (El procedimiento de cálculo consta en el libro Caminos en el Ecuador). Este caudal será evacuada mediante una cuneta lateral ubicada en la parte sur oeste Calculo de la Cuneta A la cuneta se le considera como un canal de sección triangular y su diseño se lo hace mediante la utilización de la ecuación de Manning, con la suposición de flujo uniforme y permanente, esto implica una sobreestimación del caudal de la cuneta. La ecuación de Manning, adaptada a una sección triangular es:

Q = 0.375 (Z/n) Y8/3 S0.5

Donde: Q = Caudal en la cuneta m3 / s Y = Profundidad máxima de aproximación al sumidero (en este caso caja) S = Pendiente longitudinal Z = Inverso de la pendiente transversal de la cuneta N = Coeficiente de rugosidad de Manning = 0.014

Q = 4 l/s Y = 0.08 m ( la altura total es de 0.10 m.

Z = 7 (inversa de la pendiente Tangente = 0.67; θ = 33.8 grados)

S =

2

67.2)(375.0

Yn

Z

Q

Reemplazando los valores se tiene que:


S = 0.007 = 0.7% En vista de que al comienzo del canal el caudal no es total, se parte desde una profundidad de 5 cm.( cota -.05), llegamos a la entrada en la caja # 1, en la cota -0.28, para el fondo del canal En el Patio # 1 se adopta el mismo diseño que para el Patio # 2, pero llegando con el fondo de la cuneta a la caja # 8 en la cota – 0.17. A la entrada de las cunetas a las cajas se debe colocar rejillas, formadas de varillas de acero de ½, espaciadas cada 4 centímetros. El cálculo de las tuberías se hace de igual manera que para el Sistema de Aguas Servidas, el resultado consta en anexo adjunto. Calculo de los bajantes de Aguas Lluvias Para el cálculo de los bajantes, se aplica la formula:

Q = 0.35 S (2gh)0.5

Donde: S = sección de la bajante en cm2 H = altura del agua por encima del arranque de la tobera en cm. g = 9.81 cm/s Q = Caudal total en cm3/s. Dado que el caudal total es de 4 l/s, el aporte de cada una de las cubiertas es proporcional a su área, en consecuencia, el aporte de la cubierta del bloque B, que es la mayor, se tiene, QB = 0.04 x 4 = 0.16 l/s., despejando la sección;

S = 160 / (0.35 (2 x 9.81 x 5)0.5)

S = 46.2 cm2

S = ΠD2 / 4

D = (4 S / Π)0.5

D = 1.77 cm.

Se adopta por seguridad un diámetro de 3 pulgadas.


4.- SISTEMA CONTRA INCENDIOS

Debido a que en la matriz de la red pública la presión es de 30 m.c.a, la misma que no es suficiente para abastecer la presión que se necesita en los pitones de las mangueras de los Bomberos (35 m.c.a.), se ha adoptado colocar una válvula siamesa con válvula check, para evitar el retroceso del agua, en la parte frontal de la escuela. La tubería que forma parte de la columna seca será de hierro galvanizado de 2.5 pulgadas, con las respectivas válvulas check al pie de cada columna, los ramales de cada piso serán de un diámetro de 1 1/2 pulgadas que terminarán en un gabinete y dispondrá de una válvula de paso con rosca Standard de bomberos acoplada al equipo de mangueras donde se alojará la manguera de 1 ½ pulgadas acondicionada en un soporte metálico. La tubería y las válvulas deberán soportar como mínimo una presión de 40 m.c.a. En los planos se determinan los sitios donde van ubicados los diferentes elementos del sistema. ___________________ Ing. Galo Granja Lp: 17-2764

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