Texto de Apoyo a La Docencia - Volumen I - Anexos

UNIVERSIDAD CATOLICA DEL MAULE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN

ANEXO VOL I: DISEÑO AGUA POTABLE DOMICILIARIA EN BASE A COMPETENCIAS DE EGRESO DEL INGENIERO CONSTRUCTOR UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULE.

ALEX FABIÁN ROCHA OYARCE.

Profesor Guía Ramón Carreño Gutiérrez

2015

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

UNIVERSIDAD CATOLICA DEL MAULE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN

ANEXO VOL I: DISEÑO AGUA POTABLE DOMICILIARIA EN BASE A COMPETENCIAS DE EGRESO DEL INGENIERO CONSTRUCTOR UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULE. Por

ALEX FABIÁN ROCHA OYARCE.

Texto basado en proyecto de título Escuela Ingeniería en Construcción.

Tutor: Señor Ramón Carreño Gutiérrez

Noviembre, 2015 Talca, Chile 1

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule 1

ANEXO 1: Longitudes equivalentes a pérdidas singulares

Dato: Generalmente las válvulas de ángulo abierto se utilizan como llaves de pasos sectorizadoras. Las válvulas de compuerta abierta se utilizan en los WC y duchas. Las válvulas de retención o antiretorno se utilizan en laboratorios, hospitales, industrias, etc.

2

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2

ANEXO 3: Tabla Coeficiente de proporcionalidad

3

4 5

3

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6

ANEXO: SOLUCIONARIO

• Ejemplo 1: Cálculo de agua caliente. El plano de planta correspondiente al trazado de agua caliente se presenta a continuación.

Una vez realizado el plano de planta de agua caliente, procedemos a realizar el correspondiente isométrico de agua caliente. 4

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

Procedemos a realizar los cálculos pertinentes de agua caliente. Tramo Qi Q.M.P A-B

33

19,35

φ

φ (int)

V

L

1,5*L

J

19 19,94 1,03 0,50 0,75 0,06

1,5*J*L COTA PI P.DISP PUNTO 0,05

0

9,38

9,33

B

 Qi: (10 + 8 + 15) L/min = 33 L/min.  Q.M.P.: 19,35 L/min.  φ: Al alimentar más de un artefacto ocuparemos cañerías de 19 mm.

5

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 V: (21.221 * Q.M.P.) / D2 V: (21.221 * 19,35)/ (19,94) 2 V: 1,03 m/s  L: (0,50) m = 0,50 m.  L * 1,5: 0,50 x 1,5 = 0,75 m.  Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua caliente. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((19,351,751/19,944,753) J: 0,06 m.c.a.  El cálculo de J (1,5 x J x L) es sencillo, dando como resultado: 0,05 m.c.a.  En este caso, el tramo A-B no tiene cota ni de bajada ni de subida.  Muy importante, la presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo B-C (Donde quedamos en el termo, o calentador de agua) en el cálculo de agua fría. Es importante no cometer el error de poner como presión inicial la suministrada por el prestador, o la última presión de la memoria de cálculo de agua fría. Recuerde, debe ser la presión final del punto donde encuentre el aparato encargado de calentar el agua, ya sea calefont, termo o caldera. Pi: 9,38 m.c.a.

6

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

 La presión disponible en el punto final de cada tramo, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x 1,5 x L) – Cota

P.

Disp.

= 9,38– (0,05) - 0

P.

Disp.

= 9,33 m.c.a.

Tramo Qi Q.M.P B-C

18

12,74

φ

φ (int)

V

L

1,5*L

J

19 19,94 0,68 0,70 1,05 0,03

1,5*J*L COTA PI P.DISP PUNTO 0,03

0

9,33

9,30

C

 Qi: (10 + 8) L/min = 18 L/min. (Menos lavadero)  Q.M.P.: 12,74 L/min.  φ: Al alimentar más de un artefacto ocuparemos cañerías de 19 mm.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 V: (21,221 * 12,74)/ (19,94) 2 V: 0,68 m/s  L: (0,70) m = 0,70 m.  L * 1,5: 0,70 x 1,5 = 1,05 m.  Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua caliente. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) 7

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

J: 545,045 x ((12,741,751/19,944,753) J: 0,03 m.c.a.  El cálculo de J (1,5 x J x L) es sencillo, dando como resultado: 0,03 m.c.a.  En este caso, el tramo B-C no tiene cota ni de bajada ni de subida.  La presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo A-B. Pi: 9,33 m.c.a.  La presión disponible en el punto final del tramo B-C queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x 1,5 x L) – Cota

P.

Disp.

= 9,33 – (0,03) - 0

P.

Disp.

=9,30 m.c.a.

Tramo Qi Q.M.P C-D

8

23,22

φ

φ (int)

V

L

1,5*L

J

13 13,84 0,81 1,80 2,70 0,11

1,5*J*L COTA PI P.DISP PUNTO 0,12

0

9,30

8,62

D

 Qi: (8) L/min = 8 L/min. (Solo lavatorio)  Q.M.P.: 7,29 L/min.  φ: Al alimentar a sólo un artefacto ocuparemos cañerías de 13 mm.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 8

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

V: (21,221 * 7,29)/ (13,84) 2 V: 0,81 m/s  L: (1,30 + 0,50) m. = 1,80 m.  L * 1,5: 1,80 x 1,5 = 2,70 m.  Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua caliente. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((7,291,751/13,844,753) J: 0,07 m.c.a.  El cálculo de J (1,5 x J x L) es sencillo, dando como resultado: 0,18 m.c.a.  En este caso, el tramo C-D tiene una subida de 0,5 m. correspondiente al artefacto, como se mencionó en el punto 2.4.3.1 el agua al tener que subir y vencer la fuerza de gravedad, pierde presión, por lo que la cota (0,5), se suma a la pérdida de carga.  La presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo B-C. Pi: 9,30 m.c.a.  La presión disponible en el punto final del tramo C-D, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x 1,5 x L) – Cota

P.

Disp.

= 9,30 – (0,18) - 0,5

9

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

P.

Disp .

= 8,62 m.c.a. φ

Tramo Qi Q.M.P B-E

15

11,24

φ (int)

V

L

1,5*L

J

13 13,84 1,25 6,20 9,30 0,14

1,5*J*L COTA PI P.DISP PUNTO 1,32

0

9,38

9,27

E

 Qi: (15) L/min = 15 L/min. (Solo lavadero)  Q.M.P.: 11,24 L/min.  φ: Al alimentar a sólo un artefacto ocuparemos cañerías de 13 mm.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 V: (21,221 * 11,24)/ (13,84) 2 V: 1,25 m/s  L: (3,75 + 2,45) m. = 6,20 m.  L * 1,5: 6,20 x 1,5 = 9,30 m.  Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua fría. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((11,241,751/13,844,753) J: 0,14 m.c.a.  El cálculo de J (1,5 x J x L) es sencillo, dando como resultado: 1,32 m.c.a.  En este caso, el tramo B-E no tiene cota ni de bajada ni de subida. 10

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

 Muy importante, la presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo A-B. Es importante no cometer el error de seguir con la presión del último tramo calculado. Vea siempre la red en el plano isométrico, y realice los cálculos en función de este. Pi: 9,33 m.c.a.  La presión disponible en el punto final del tramo B-E, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x 1,5 x L) – Cota

P.

Disp.

= 9,33 – (1,32) - 0

P.

Disp .

= 8,01 m.c.a.

Tramo Qi Q.M.P E-F

15

11,24

φ

φ (int)

V

L

1,5*L

J

13 13,84 1,25 1,30 1,95 0,14

1,5*J*L COTA PI P.DISP PUNTO 0,28

0,9

8,01

9,27

F

 Qi: (15) L/min = 15 L/min. (Solo lavadero)  Q.M.P.: 11,24 L/min.  φ: Al alimentar a sólo un artefacto ocuparemos cañerías de 13 mm.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 V: (21,221 * 11,24)/ (13,84) 2 V: 1,25 m/s  L: (0,40 + 0,90) m. = 1,30 m.  L * 1,5: 0,50 x 1,5 = 1,95 m. 11

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

 Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua fría. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((11,241,751/13,844,753) J: 0,14 m.c.a.  El cálculo de J (1,5 x J x L) es sencillo, dando como resultado: 0,28 m.c.a.  En este caso, el tramo E-F tiene una subida de 0,9 m. correspondiente al artefacto, como se mencionó en el punto 2.4.3.1 el agua al tener que subir y vencer la fuerza de gravedad, pierde presión, por lo que la cota (0,9), se suma a la pérdida de carga.  La presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo B-E. Pi: 8,01 m.c.a.  La presión disponible en el punto final del tramo C-D, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x 1,5 x L) – Cota

P.

Disp.

= 8,01 – (0,28) - 0,9

P.

Disp.

= 6,83 m.c.a.

12

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

Preguntas en relación al ejercicio. 

Realice las conclusiones respecto a los resultados obtenidos de la memoria de cálculo de agua caliente.



Si en el tramo B-C cambia el diámetro de la cañería a 13 mm. ¿El resultado sigue cumpliendo con la norma?, ¿Este diámetro cambia en algo el diámetro de la cañería de agua fría?

13

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

• Ejercicio 2: Cálculo de agua caliente. El plano de planta correspondiente al trazado de agua caliente se presenta a continuación

14

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

Una vez realizado el plano de planta de agua caliente, procedemos a realizar el correspondiente isométrico de agua caliente.

Procedemos a realizar los cálculos pertinentes de agua caliente.

15

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

φ

Cu

13

13,84

1,07

1,41

1,51

Total

9,64

Equivalente

12

Interior

Q.M.P

Cañería

3-2

Qi

J por fricción

Cota

étrica

Artef.

0,00

0,00

Presión 17

Pto

m.c.a.

V m/s2

Nominal

Tramo

Longitud

Material

Gasto Max.

Piezom

2,75

J

T (JxL)

0,11

0,30

Perdida acum.

0,30

14,58

2

 Qi: (12) L/min = 12 L/min. (Solo lavaplatos)  Q.M.P.: 9,64 L/min.  φ: Al alimentar a sólo un artefacto ocuparemos cañerías de 13 mm de cobre.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 V: (21,221 * 9,64) / (13,84) 2 V: 1,07 m/s  L (cañería): (1,41) m. = 1,41 m.  L (Equivalente): Realizamos una tabla, colocando todos los fittings o piezas especiales que encontremos.

16

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

Como puede notar, solo anotamos los fittings que existen desde el comienzo del tramo y lo que hay en el medio, evitando incluir en los cálculos las piezas especiales del punto final.

Diámetro

Fitting

Longitud Equivalente

13 mm.

Tee de paso directo

0,20

13 mm.

Válvula de ángulo

1,31

 Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua caliente. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((9,641,751/19,944,753) 15

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

J: 0,11 m.c.a.  El cálculo de J x L es sencillo, dando como resultado: 0,30 m.c.a.  El cálculo de pérdida acumulada corresponde a la pérdida del tramo (J x L) + la acumulada calculada anteriormente. J

acumulada :

(0,30) = 0,30 m.c.a.

 En este caso, el tramo 2-3 no tiene cota ni de bajada ni de subida.  Muy importante, la presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo 2-3 (Donde quedamos en el termo, o calentador de agua) en el cálculo de agua fría. Es importante no cometer el error de poner como presión inicial la suministrada por el prestador, o la última presión de la memoria de cálculo de agua fría. Recuerde, debe ser la presión final del punto donde encuentre el aparato encargado de calentar el agua, ya sea calefont, termo o caldera. Pi: 11,00 m.c.a.  La presión disponible en el punto final del tramo 3-2, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x L) – Cota

P.

Disp.

= 11,00 - (0,30) - 0

P.

Disp.

= 10,70 m.c.a.

16

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

φ

Cu

19

19,94

0,81

2,61

3,28

Total

15,09

Equivalente

23

Interior

Q.M.P

Cañería

3-5

Qi

J por fricción

Cota

étrica

Artef.

0,00

0,00

Presión 17

Pto

m.c.a.

V m/s2

Nominal

Tramo

Longitud

Material

Gasto Max.

Piezom

5,89

J

T (JxL)

0,11

0,30

Perdida acum.

0,30

14,58

2

 Qi: (8 + 15) L/min = 23 L/min. (Solo lavaplatos)  Q.M.P.: 15,09 L/min.  φ: Al alimentar a más de un artefacto ocuparemos cañerías de 19 mm de cobre.  V: (21,221 * Q.M.P.) / D2 V: (21,221 * 15,09) / (19,94) 2 V: 0,81 m/s  L (cañería): (0,29 + 0,27 + 0,67 + 0,80 + 0,61) m. = 2,64 m.  L (Equivalente): Realizamos una tabla, colocando todos los fittings o piezas especiales que encontremos.

17

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

Como puede notar, solo anotamos los fittings que existen desde el comienzo del tramo y lo que hay en el medio, evitando incluir en los cálculos las piezas especiales del punto final.

Diámetro

Fitting

Longitud Equivalente

19 mm.

2 Tee de paso directo

2 x 0,29 = 0,58

19 mm.

Válvula de ángulo

1,86

19 mm.

Codo 90º radio corto

0,55

19 mm.

Codo 90º radio

0,29

18

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

 Al ser tubería de cobre, ocuparemos la fórmula de Fair-Whipple-Hsiao, para agua fría. J: 545,045 x ((Q1,751/D4,753) J: 545,045 x ((15,091,751/19,944,753) J: 0,04 m.c.a.  El cálculo de J x L es sencillo, dando como resultado: 0,24 m.c.a.  El cálculo de pérdida acumulada corresponde a la pérdida del tramo (J x L) + la acumulada calculada anteriormente. J

acumulada :

(0,30 + 0,24) = 0,54 m.c.a.

 En este caso, el tramo 3-5 tiene una subida de 0,61 m. correspondiente al artefacto, como se mencionó en el punto 2.4.3.1 el agua al tener que subir y vencer la fuerza de gravedad, pierde presión, por lo que la cota (0,61), se suma a la pérdida de carga.  Muy importante, la presión inicial en este caso corresponde a la presión final con la que quedamos en el final del tramo 2-3 (Donde quedamos en el termo, o calentador de agua) en el cálculo de agua fría. Es importante no cometer el error de poner como presión inicial la suministrada por el prestador, o la última presión de la memoria de cálculo de agua fría. Recuerde, debe ser la presión final del punto donde encuentre el aparato encargado de calentar el agua, ya sea calefont, termo o caldera. Pi: 11,00 m.c.a.

19

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule

 La presión disponible en el punto final del tramo 3-5, queda determinada por: P.

Disp.

= Pi – (J x L) – Cota

P.

Disp.

= 11,00 - (0,24) - 0,61

P.

Disp.

= 10,15 m.c.a.

Preguntas en relación al ejercicio. 

Realice las conclusiones respecto a los resultados obtenidos de la memoria de cálculo de agua caliente.



Observa algún error en los cálculos o identificación de puntos. Analice y determine si existe algún error.



Al igual que en el mismo del agua fría, no se realizaron los cálculos de los artefactos, realice este ejercicio tomando en cuenta el cálculo de los artefactos y compare el resultado final en ambos casos.



INVESTIGUE el método "Cálculo de la pérdida de carga producida por una determinada pieza especial o accesorio, según método cinético" y aplíquela al ejercicio 1 y ejercicio 2.

20

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7

ANEXO: Carátula

21

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8

ANEXO 3: Diámetros interiores principales materiales.

• Cobre. Diámetros exteriores, interiores y espesores de pared (NCh 951)

Diámetro nominal Pulg. 3/8 1/2 5/8 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 5

mm 10 13 15 19 25 32 38 50 63 3 90 100 125

Diámetro exterior mm 12,70 15,88 19,05 22,22 28,58 34,92 41,28 53,98 66,68 79,38 92,08 104,78 130,18

Espesores de pared Tipo L 0,89 1,02 1,07 1,14 1,27 1,4 1,52 1,78 2,03 2,29 2,54 2,79 3,18

Tipo M 0,64 0,71 0,81 0,89 1,07 1,24 1,47 1,65 1,83 2,11 2,41 2,77

Diámetro interior Tipo L 10,92 13,84 16,91 19,94 26,04 32,12 38,24 50,42 62,62 74,80 87,00 99,20 123,82

Tipo M 11,42 14,46 20,60 26,80 32,78 38,80 51,04 63,38 75,72 87,86 99,96 124,64

22

Ingeniería en Construcción - Universidad Católica del Maule • PVC hidráulico color celeste. diámetro exterior nomi. nomi. (mm) (pulg)

Clase 4 peso tira (kg)

espesor (mm)

dia. Interior

Clase 6 peso tira (kg)

espesor (mm)

dia. Interior

Clase 10 peso tira (kg)

espesor (mm)

dia. Interior

10 12 16 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160

½ ¾ 1 1¼ 1½ 2 2½ 3 4 4½ 5 6

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1,5

1,05

22

0

0

0

0

0

0

1,8

1,59

28,4

0

0

0

1,8

2,02

36,4

2

2,2

36

0

0

0

1,8

2,54

46,4

2,4

3,32

45,2

0

0

0

1,9

3,45

59,2

3

5,24

57

1,8

3,94

71,4

2

4,8

71

3,6

7,49

67,8

1,8

4,76

86,4

2,7

6,94

84,6

4,3

10,73

81,4

2,2

7,13

105,6

3,2

10,1

103,6

5,3

16,1

99,4

2,5

9,11

120

3,7

13,12

117,6

6

20,57

113

2,8

11,33

134,4

4,1

16,37

131,8

6,7

25,78

126,6

3,2

14,88

153,6

4,7

21,26

150,6

7,7

33,83

144,6

8

4

22,93

192

5,9

33,25

188,2

9,6

52,74

180,8

10

4,9

35,14

240,2

7,3

51,66

235,4

12

82,41

226

6,2

56,35

302,6

9,2

82,2

296,6

15

130,3

285

7

71,37

341

10,4

104,76

334,2

17

166,77

321

7,9

90,88

384,2

11,7

132,79

376,6

19,1

211,97

361,8

180 200 225 250 280 315 355 400

12 14 16

18