ICA INSTALACIONES HIDROSANITARIAS.pdf

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    08-Aug-2015

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<p>INSTALACIONES HIDRULICAS Y SANITARIAS EN EDIFICIOS</p> <p>Jorge Sosa</p> <p>Garca</p> <p>DERECHOS RESERVADOS COEDITORES DEL AUTOR</p> <p>SEMBLANZA</p> <p>PRLOGO</p> <p>CONTENIDO</p> <p>PRLOGO</p> <p>El objetivo del presente libro es proporcionar a los estudiantes de ingeniera civil, un apoyo bibliogrfico que permita, mediante la utilizacin del mismo, la comprensin de los conceptos bsicos de diseo de las instalaciones hidrulicas y sanitarias en edificios. Este documento est dividido en siete captulos y dos apndices, que podemos agrupar en cuatro secciones. La primera seccin consta de un solo captulo, que trata temas que en la poca actual son de gran relevancia, en especial, el uso eficiente del agua en diversos mbitos (domiciliario, industrial, municipal, agrcola y de cuenca); tambin, se comentan aspectos relacionados con las dotaciones y los consumos de agua en edificios, el uso de cisternas, etc. La segunda seccin comprende los captulos 2, 3 y 4; expone todo lo relacionado con la distribucin de agua en edificios, tanto de agua fra como de agua caliente, as como las instalaciones y equipo complementario a las mismas; en esta seccin se tratan aspectos del diseo de los servicios mencionados. Los temas presentados incluyen criterios de diseo (gasto, temperaturas, velocidades, energa disponible, etc.),distribucin del agua fra y caliente en los edificios, procedimientos de diseo, sistemas elevadores de presin, sistemas contra incendios, instalaciones en albercas, sistemas de calentamiento, tuberas de retorno de agua caliente, etc. A fin de establecer criterios generales de diseo de los sistemas mencionados, se consultaron dos reglamentos de construccin: el del Distrito Federal y el del Municipio de Mrida, Yucatn. En esta seccin se expone la metodologa bsica para el diseo de las redes de distribucin de agua, misma que es presentada, de manera amplia y explcita, en el captulo correspondiente a la red de distribucin de agua fra. Los captulos 5, 6 y 7 integran la tercera seccin, en la que se tratan temas relacionados con la recoleccin y disposicin de las aguas en edificios. Los temas bsicos son los sistemas de recoleccin de aguas residuales y pluviales, y de ventilacin; se presentan temas tales como los componentes de los sistemas de recoleccin y ventilacin de aguas residuales, as como su dimensionamiento. En relacin a los sistemas de recoleccin de aguas pluviales, se exponen dos mtodos: el convencional y el de flujo controlado finalmente, se presentan conceptos bsicos sobre el diseo de tanques spticos. Para el caso de los sistemas de recoleccin de aguas residuales, se proporciona una idea muy completa de los fenmenos transitorios hidrulicos que se presentan en ellos, a fin de lograr u ira mejor comprensin de su comportamiento, sin tratar con profundidad los aspectos tericos de los fenmenos mencionados, puesto que los mismos son tema de estudios especializados. Asimismo, debido a la situacin actual de nuestro estado, mismo que carece de sistemas municipales de recoleccin, tratamiento y disposicin de aguas residuales, se presentan los criterios bsicos de diseo de tanques spticos, a fin de que stos puedan</p> <p>utilizarse correctamente y reducir, en la medida de lo posible, la contaminacin del manto fretico, que es nuestra nica fuente de abastecimiento de agua. Conceptos bsicos para el diseo de los sistemas mencionados anteriormente, son los de hidrulica y de probabilidad. Con este fin se integr una cuarta seccin con dos apndices, mismos que tratan los conceptos necesarios para la comprensin fcil y adecuada de los temas principales de este libro. Se tratan temas tales como: definicin y propiedades de los fluidos, cinemtica de los fludos, clasificacin de flujos, ecuaciones fundamentales de la hidrulica, prdidas de energa, equipos de bombeo, probabilidad, espacio de eventos, probabilidad de un evento, teorema de Bayes, funcin de probabilidades binomial, funcin de probabilidades Poisson. La bibliografa consultada para la elaboracin de este trabajo, incluye tanto libros de corte clsico, en los que se tratan temas bsicos como los gastos de diseo, el concepto de unidad-mueble, etc., as como la informacin ms actualizada existente al momento. Por tanto, se busca con este documento concentrar en un solo trabajo, material bibliogrfico que se encuentra disperso en libros relacionados con el tema, reglamentos de construccin, artculos recientes, etc. Siendo este trabajo un primer intento por proporcionar las bases para el diseo de instalaciones hidrulicas y sanitarias, solicito la comprensin de los lectores en relacin con cualquier omisin que ste contenga. Asimismo, cualquier sugerencia o recomendacin para subsanar alguna deficiencia del trabajo o mejorar el contenido del mismo, ser apreciada y aprovechada en futuras revisiones. Como punto final, agradezco a la Universidad Autnoma de Yucatn, a la Facultad de Ingeniera, y muy especialmente a la Fundacin ICA, por las facilidades proporcionadas para la elaboracin de este trabajo.</p> <p>Jorge Garca Sosa</p> <p>CONTENIDO</p> <p>SECCIN 1. GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA</p> <p>SECCIN 2. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA</p> <p>SECCIN 3. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS</p> <p>SECCIN 4. APNDICES</p> <p>BIBLIOGRAFA</p> <p>SECCIN 1. GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA CAPTULO 1. GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA</p> <p>SECCIN 2. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA</p> <p>CAPTULO 2. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA FRIA CAPTULO 3. INSTALACIONES Y EQUIPO COMPLEMENTARIO EN LAS REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA CAPTULO 4.SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA CALIENTE EN EDIFICIOS</p> <p>SECCIN 3. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS</p> <p>CAPTULO 5. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS RESIDUALES CAPTULO 6. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS PLUVIALES CAPTULO 7. ACONDICIONAMIENTO RESIDUALES Y DISPOSICIN DE AGUAS</p> <p>SECCIN 4. APNDICES</p> <p>APNDICE A. ELEMENTOS BSICOS DE HIDRULICA</p> <p>APNDICE B. PROBABILIDAD</p> <p>CONTENIDO</p> <p>SECCIN 1. GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA</p> <p>CAPTULO 1.GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA</p> <p>1.1</p> <p>EVOLUCIN DE LAS INSTALACIONES DE SUMINISTRO DE AGUA Y DE ELIMINACIN DE AGUAS RESIDUALES INSTALACIONES EN EDIFICIOS USO EFICIENTE DEL AGUA 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 MBITO DOMICILIARIO MBITO INDUSTRIAL MBITO MUNICIPAL MBITO AGRCOLA MBITO CUENCA</p> <p>1.2 1.3</p> <p>1.4 1.5 1.6</p> <p>ABASTECIMIENTO Y REQUERIMIENTOS DE AGUA DOTACIONES Y CONSUMOS CISTERNAS</p> <p>SECCIN 2. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA CAPTULO 2.SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA FRIA</p> <p>2.1</p> <p>DETERMINACIN DE LOS GASTOS DE DISEO PARA SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA MTODOS EMPRICOS 2.2.1 MTODO BRITNICO 2.2.2 MTODO DE DAWSON Y BOWMAN</p> <p>2.2</p> <p>2.3</p> <p>MTODOS SEMIEMPRICOS 2.3.1 MTODO ALEMN DE RAZ CUADRADA</p> <p>2.4</p> <p>MTODO PROBABILSTICO 2.4.1 APLICACIN DE LA TEORA DE LA PROBABILIDAD EN LA DETERMINACIN DE LAS CARGAS O GASTOS DE DISEO 2.4.2 APLICACIN DEL MTODO DE HUNTER EN SISTEMAS MIXTOS</p> <p>2.5</p> <p>DISTRIBUCIN DE AGUA EN EDIFICIOS 2.5.1 DISTRIBUCIN ASCENDENTE 2.5.2 DISTRIBUCIN DESCENDENTE 2.5.3 DISTRIBUCIN MIXTA</p> <p>2.6</p> <p>CRITERIOS DE DISEO 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 GASTO DE DISEO PRESIN MNIMA DE OPERACIN PRDIDAS DE ENERGA VELOCIDAD MXIMA</p> <p>2.7</p> <p>FORMATO UTILIZADO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE TUBERAS DE LA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUA</p> <p>2.8 METODOLOGA PARA EL CLCULO DE LA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUA FRIA</p> <p>CAPTULO 3. INSTALACIONES Y EQUIPO COMPLEMENTARIO EN LAS REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA</p> <p>3.1 3.2 3.3</p> <p>SISTEMAS ELEVADORES DE PRESIN EVOLUCIN DE LOS EQUIPOS ELEVADORES DE PRESIN SISTEMAS DE TANQUES ELEVADOS 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 TANQUE ELEVADO EQUIPOS DE BOMBEO CONTROLES ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD VENTAJAS DE LOS TANQUES ELEVADOS DESVENTAJAS DE LOS TANQUES ELEVADOS</p> <p>3.4</p> <p>SISTEMAS HIDRONEUMTICOS 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 TANQUE PRESURIZADO EQUIPOS DE BOMBEO COMPRESOR DE AIRE O SUPERCARGADOR SISTEMAS DE CONTROL ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD VENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMTICOS DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMTICOS</p> <p>3.5</p> <p>SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIN (Booster)</p> <p>3.5.1 EQUIPOS DE BOMBEO 3.5.2 INSTRUMENTOS DE CONTROL 3.5.3 INSTRUMENTOS DE ALARMA Y SEGURIDAD 3.5.4 VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIN 3.5.5 DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIN 3.5.6 SELECCIN DEL SISTEMA</p> <p>3.6</p> <p>PROTECCIN CONTRA INCENDIOS 3.6.1 COMPONENTES DE UN SISTEMA CONTRA INCENDIOS</p> <p>3.7</p> <p>TIPOS DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS</p> <p>3.7.1 SISTEMA DE TOMAS DE MANGUERAS O DE REDES DE HIDRANTES 3.7.2 SISTEMAS CONTRA INCENDIOS CON ASPERSORES</p> <p>3.8 3.9</p> <p>ACCESORIOS TPICOS EN LOS SISTEMAS CONTRA INCENDIOS COMENTARIOS A LOS REGLAMENTOS DE CONSTRUCCIN</p> <p>3.9.1 REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL 3.9.2 REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DEL MUNICIPIO DE MRIDA</p> <p>3.10</p> <p>ALBERCAS 3.10.1 CLASIFICACIN DE LAS ALBERCAS 3.10.2 COMPONENTES DE UNA ALBERCA</p> <p>3.11</p> <p>FILTROS DE ALBERCAS</p> <p>CAPTULO 4. SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA CALIENTE EN EDIFICIOS 4.1 4.2 INSTALACIONES DE AGUA CALIENTE EN EDIFICIOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA CALIENTE 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 ALIMENTACIN DIRECTA ALIMENTACIN ASCENDENTE ALIMENTACIN DESCENDENTE ALIMENTACIN MIXTA</p> <p>4.3 4.4 4.5</p> <p>TEMPERATURAS DEL AGUA CALIENTE ESTIMACIN DE LA DEMANDA DE AGUA CALIENTE SISTEMAS DE CALENTAMIENTO DE AGUA 4.5.1 CALENTADORES DE CALOR DIRECTO 4.5.2 CALENTADORES DE CALOR INDIRECTO</p> <p>4.6</p> <p>CALDERAS 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 CALDERA DE TUBOS DE HUMO CALDERA DE TUBOS DE AGUA ACCESORIOS DE CONTROL Y SEGURIDAD PROBLEMAS CAUSADOS POR EL AGUA</p> <p>4.7</p> <p>CLCULO DE LAS CAPACIDADES DE CALENTAMIENTO O DE RECUPERACIN Y DE ALMACENAMIENTO DE CALENTADORES METODOLOGA PARA EL CLCULO CALENTAMIENTO DE UN CALENTADOR DE LA CAPACIDAD DE</p> <p>4.8</p> <p>4.8.1 CALENTADORES CON TANQUE DE ALMACENAMIENTO 4.8.2 CALENTADORES INSTANTNEOS Y SEMI-INSTANTNEOS</p> <p>4.9</p> <p>EJEMPLOS DE CLCULO DE LA CAPACIDAD DE RECUPERACIN Y DE ALMACENAMIENTO DE CALENTADORES TUBERAS DE RETORNO DE AGUA CALIENTE</p> <p>4.10</p> <p>4.11 METODOLOGA PARA EL DISEO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA CALIENTE 4.12 CONTROL DE LA EXPANSIN Y CONTRACCIN TRMICA DE TUBERAS 4.13 AISLAMIENTO DE TUBERAS</p> <p>SECCIN 3. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS</p> <p>CAPTULO 5. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS RESIDUALES 5.1 5.2 SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS RESIDUALES COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIN RESIDUALES Y DE VENTILACION NATURALEZA DE LOS FENMENOS HIDRULICOS 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 DE AGUAS</p> <p>5.3</p> <p>SISTEMA DE DRENAJE POR GRAVEDAD CARGAS O GASTOS DE DRENAJE SIFONES Y TRAMPAS HIDRULICAS DE MUEBLES SANITARIOS FLUJO EN BAJANTES DE AGUAS RESIDUALES FLUJO EN COLECTORES DEL EDIFICIO CONDICIONES DE PRESIN NEUMTICA EN BAJANTES Y COLECTORES DE AGUAS RESIDUALES 5.3.7 FLUJO EN DRENAJES DE MUEBLES SANITARIOS 5.3.8 REDUCCIN DE GASTOS PICO EN BAJANTES Y COLECTORES DEL EDIFICIO</p> <p>5.4</p> <p>DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERAS RECOLECCIN DE AGUAS RESIDUALES</p> <p>DEL</p> <p>SISTEMA</p> <p>DE</p> <p>5.4.1 TUBERAS HORIZONTALES Y COLECTORES DE EDIFICIOS 5.4.2 TUBERAS VERTICALES O BAJANTES DE AGUAS RESIDUALES</p> <p>5.5 5.6 5.7</p> <p>SISTEMAS DE VENTILACIN TIPOS Y COMPONENTES DEL SISTEMA DE VENTILACIN FLUJO DEL AIRE EN TUBERAS DE VENTILACIN</p> <p>5.7.1 PROPIEDADES FSICAS DEL AIRE 5.7.2 CARGA ESTTICA EQUIVALENTE DE AGUA, AIRE Y ESPUMAS 5.7.3 CONDICIONES DE FLUJO 5.7.4 EFECTOS NEUMTICOS EN EL DISEO DE SISTEMAS DE VENTILACIN 5.7.5 GASTO A TRAVS DE TUBERAS 5.7.6 GASTO DE AIRE Y ESPUMAS 5.7.7 PRDIDAS DE PRESIN DEBIDAS A LA FRICCIN EN TUBERAS 5.7.8 LONGITUD PERMISIBLE DE LAS TUBERAS DE VENTILACIN 5.7.9 FLUJO DE AIRE EN BAJANTES DE VENTILACIN Y EN VENTILACIN INDIVIDUAL</p> <p>5.7.10 APLICACIN DE LOS PRINCIPIOS DE MECNICA DE FLUIDOS EN EL DISEO DE TUBERAS DE VENTILACIN</p> <p>5.8 DIMENSIONAMIENTO VENTILACIN 5.9</p> <p>DE</p> <p>LAS</p> <p>TUBERAS</p> <p>DEL</p> <p>SISTEMA</p> <p>DE</p> <p>EJEMPLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS RESIDUALES Y DE VENTILACIN</p> <p>CAPTULO 6. SISTEMAS DE RECOLECCIN DE AGUAS PLUVIALES</p> <p>6.1 6.2 6.3 6.4</p> <p>OBJETIVOS BSICOS DE UN SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE PLUVIAL TIPOS DE DRENAJE PLUVIAL PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO DE SISTEMAS DE DRENAJE PLUVIAL CONVENCIONAL SISTEMAS DE DRENAJE PLUVIAL DE FLUJO CONTROLADO ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL DETERMINACIN DEL ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA CURVAS DE INTENSIDAD (ALTURA) DE PRECIPITACIN-DURACINPERODO DE RETORNO 6.9.1 MTODO DE CORRELACIN LINEAL MLTIPLE</p> <p>6.5 6.6 6.7 6.8 6.9</p> <p>6.10 PROCEDIMIENTO SUPERFICIAL</p> <p>PARA</p> <p>EL</p> <p>CLCULO</p> <p>DEL</p> <p>ESCURRIMIENTO</p> <p>CAPTULO 7. RESIDUALES</p> <p>ACONDICIONAMIENTO</p> <p>Y</p> <p>DISPOSICIN</p> <p>DE</p> <p>AGUAS</p> <p>7.1</p> <p>PRINCIPIOS TERICOS DEL TANQUE SPTICO</p> <p>PROCESOS FSICOS, QUMICOS Y BIOLGICOS DEL TANQUE 7.2 SPTICO 7.3 7.4 PARMETROS DE DISEO DE TANQUES SPTICOS TABLAS PARA EL DISEO DE TANQUES SPTICOS</p> <p>SECCIN 4. APNDICES</p> <p>APENDICE A. ELEMENTOS BSICOS DE HIDRULICA A1 DEFINICIN Y PROPIEDADES DE LOS FLUDOS A. 1. 1. A. 1. 2. A. 1. 3. A. 1. 4. DENSIDAD ( ) PESO ESPECFICO ( ) DENSIDAD RELATIVA ( ) VISCOSIDAD</p> <p>A2</p> <p>CINEMTICA DE LOS LQUIDOS A. 2. 1. A. 2. 2. A. 2. 3. CAMPO DE LA VELOCIDAD CAMPO DE LA ACELERACIN CAMPO ROTACIONAL</p> <p>A3</p> <p>CLASIFICACIN DE FLUJOS</p> <p>FLUJOS PERMANENTE Y NO-PERMANENTE A. 3. 1. A. 3. 2. FLUJOS UNIFORME Y NO-UNIFORME A. 3. 3. FLUJOS UNIDIMENSIONAL, BIDIMENSIONAL TRIDIMENSIONAL</p> <p>Y</p> <p>A. 3. 4. A. 3. 5. A. 3. 6.</p> <p>FLUJOS COMPRESIBLE E INCOMPRESIBLE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO FLUJOS ROTACIONAL E IRROTACIONAL</p> <p>A4</p> <p>ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA HIDRULICA A. 4. 1. A. 4. 2. ECUACIN DE CONTINUIDAD ECUACIN DE LA ENERGA</p> <p>A5 A6</p> <p>POTENCIA PRDIDAS DE CARGA EN TUBERAS A. 6. 1. A. 6. 2. PRDIDAS DE CARGA POR CORTANTE O FRICCIN PARA FLUJOS DE AGUA EN TUBERAS PRDIDAS DE CARGA EN VLVULAS Y ACCESORIOS</p> <p>A7</p> <p>EQUIPOS DE BOMBEO A. 7. 1. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS</p> <p>APNDICE B. ELEMENTOS BSICOS DE PROBABILIDAD</p> <p>B1 B2 B3 B4 B5</p> <p>PROBABILIDAD ESPACIO DE EVENTOS PROBABILIDAD DE UN EVENTO TEOREMA DE BAYES MODELOS PROBABILSTICOS B. 5. 1. B. 5. 2. FUNCIN DE PROBABILIDADES BINOMIAL FUNCIN DE PROBABILIDADES POISSON</p> <p>Generalidades sobre el uso del agua 1</p> <p>SECCIN 1. DEL AGUA</p> <p>GENERALIDADES SOBRE EL USO</p> <p>CAPTULO 1. GENERALIDADES SOBRE EL USO DEL AGUA1.1 EVOLUCIN DE LAS INSTALACIONES DE SUMINISTRO DE AGUA Y DE ELIMINACIN DE AGUAS RESIDUALES</p> <p>Para establecer un marco de referencia en relacin con la evolucin de las instalaciones hidrulicas y sanitarias, utilizaremos las cuatro edades en las que la historia divide la evolucin de la humanidad: edad antigua, edad media, edad moderna y edad contempornea. La edad antigua abarca desde la aparicin de la escritura, hace ms o menos 6,000 aos (4,000 aos A.C.) hasta la cada del imperio romano (siglo V); la edad media, que va del siglo V al siglo XVI, y se divide en parte alta y baja, que van, respectivamente, del fin de la edad anterior hasta el siglo XII, y del siglo XII al siglo XV, que coincide con la toma de Constantinopla en el ao 1453. La edad moderna termina con la revolucin industrial y la revolucin francesa, esto es del siglo XVI al siglo XVIII; y la edad contempornea, que abarca los siglos XIX y XX. En la edad antigua, podemos mencionar...</p>