DISEÑO DE UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA VIVIENDA

MONICA ANDREA URIBE CELIS JUAN CARLOS AMAYA SIERRA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C 2007

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA VIVIENDA

MONICA ANDREA URIBE CELIS JUAN CARLOS AMAYA SIERRA

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al titulo de Ingeniero Civil

Director temático Ing. Roberto Vásquez Madero

Asesora metodológica Mag. Rosa Amparo Ruiz Saray

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C 2007

Nota de aceptación:

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________

____________________________ Firma del presidente del jurado

____________________________ Firma del jurado

____________________________ Firma del jurado

Bogotá D.C, 1 de marzo del año 2007

DEDICATORIA MONICA ANDREA URIBE CELIS

A mi Dios, a quien agradezco por mi familia, mis regalos y oportunidades.

A mi Mamita, por todo el amor y la paciencia, a mi Papá por ayudarme con mis

progresos, por su inteligencia, por ser mi amigo y mi maestro, a mis hermanas del

alma que las amo porque son mi vida, mis amigas y mis guías, a mi Juankita, mi

regalito de Dios, a Dani, mi amigo y nuevo hermano, a Lili, mi amiga linda que

siempre ha estado ahí y a Thomasito.

A Ustedes que son mi todo y los adoro. Gracias por traerme hasta acá y por

llevarme de la mano.

DEDICATORIA DE JUAN CARLOS AMAYA SIERRA

Doy gracias a mis padres por haberme dado ese empujón para adquirir

conocimientos, por su paciencia y apoyo en todo momento a pesar de lo difícil que

fueran las circunstancias, agradezco a toda mi familia y amigos por haber estado

ahí cuando yo no pude estar, a mi Monikita por sus regaños y su paciencia

conmigo, su apoyo y sobre todo su compañía, a los ingenieros y profesores que

estuvieron apoyándonos ahí y dando sus consejos y por supuesto gracias a

Thomasito por haber estado todas las noches que pasamos sin descansar, el

siempre nos acompaño.

AGRADECIMIENTOS

Los autores damos especiales agradecimientos a:

Ingeniero Jorge Armando Granados, quien nos dio un poquito de su conocimiento

con cada un consejo y cada corrección, por todo el material que nos proporcionó.

Ingeniero Roberto Vásquez Madero, por sus correcciones tan acertadas y

habernos dado un punto de vista tan correcto y concreto.

A Hidráulicas y Gases, que nos colaboró con su experiencia, sugerencias, tiempo,

enseñanzas, y paciencia en todas nuestras preguntas.

A empresas como la constructora Terranova construcciones que nos facilitó gran

parte de información previa para la realización de este proyecto. Y a ferreterías y

distribuidores en general que brindaron su colaboración en información de

herramientas y materiales para el diseño.

A Rosa Amparo quien siempre nos ayudó muy amablemente e

incondicionalmente.

Su tiempo fue valioso para nosotros y cada minuto de su conocimiento nos ayudo

a forjar nuestras ideas y a plasmarlas en un proyecto.

Gracias

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN Pág

1. EL PROBLEMA 24 1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 24 1.2 TÍTULO 24 1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 24 1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 26 1.5 JUSTIFICACIÓN 26 1.6 OBJETIVOS 27 1.6.1 Objetivo general. 27 1.6.2 Objetivos específicos 27 2. MARCO REFERENCIAL 29 2.1 MARCO TEÓRICO 29 2.1.1 El agua en el mundo 29 2.1.3 Conceptos básicos en el diseño de las redes de suministro. 41 2.1.4 Equipos de presión y suministro 48 2.1.5 Desagües y bajantes 49 2.1.6 Aguas lluvias 51 2.1.7 Características del agua 56 2.2 MARCO CONCEPTUAL 67 2.3 MARCO NORMATIVO 70 2.4 MARCO CONTEXTUAL 70 2.4.1 Ubicación 70 2.4.2 Características de la zona 71 2.4.3 Historia pluvial. 72 3. DISEÑO METODOLOGICO PRELIMINAR 73 3.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN 73 3.2 OBJETO DEL ESTUDIO 75 3.3 INSTRUMENTOS 75 3.4 VARIABLES 75 3.5 HIPÓTESIS 76 4. TRABAJO INGENIERIL 77 4.1 DISEÑO DE SUMINISTRO 77 4.1.1 Acometida domiciliaria 77 4.1.2 Estimación de caudales en la edificación 82 4.1.3 Control de equipos de bombeo para el suministro de agua 101

4.2 DISEÑO DE DESAGÜES Y BAJANTES 109 4.2.1 Dimensionamiento del sistema de desagüe para aguas negras 110 4.3 DISEÑO DE CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA SUMINISTRO DE APARATOS SANITARIOS Y RIEGOS 119 4.3.1 Conducción y recolección de agua superficial. 119 4.4 SUMINISTRO AUXILIAR AL TANQUE DE AGUAS LLUVIAS 148 4.5 ENSAYOS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR CALIDAD Y CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS LLUVIAS EN EL SECTOR DE SAN JOSÉ BAVARIA. 149 4.5.1 Toma de muestras 149 4.5.2 Ensayos 150 4.6 LIMPIEZA DEL AGUA 168 4.6.1 Elaboración del hipoclorito. 169 4.7 MANTENIMIENTO DEL SISTEMA 170 4.7.1 Cubierta. 170 4.7.2 Limpieza de filtro 170 4.8 PERSPECTIVA FINANCIERA 171 4.8.1 Reducción de pagos en las facturas de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá E.A.A.B 171 4.8.2 Inversión en el sistema. 172 4.8.3 Costos Fijos. 172 4.8.4 Flujo de fondo del proyecto. 172 4.8.5 Indicadores financieros. 173 4.8.6 Análisis de resultados. 173 5. COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN 174 5.1 RECURSOS MATERIALES 174 5.2 RECURSOS INSTITUCIONALES 174 5.3 RECURSOS TECNOLÓGICOS 175 5.4 RECURSOS HUMANOS 175 5.5 RECURSOS FINANCIEROS 176 6. CONCLUSIONES 177 7. RECOMENDACIONES 181 BIBLIOGRAFÍA 183 ANEXOS 187

LISTA DE TABLAS

Pág

Tabla 1. El uso racional de una persona en funciones domésticas 25 Tabla 2. Consumos mínimos y máximos en diferentes regiones del mundo 26 Tabla 3. Suministro de agua para sanitarios. . 32 Tabla 4. Porcentaje sobre el consumo diario/persona. 33 Tabla 5. Unidades de diferentes aparatos 44 Tabla 6. Calculo de pérdidas en tuberías y accesorios 80 Tabla 7. Pérdidas totales producidas por accesorios en la acometida 82 Tabla 8. Especificación tubería agua fría para el baño 84 Tabla 9. Especificación tubería agua fría de llegada al calentador 85 Tabla 10. Especificación tubería agua fría para patio y cocina 86 Tabla 11. Especificación tubería agua fría para la llegada al calentador 87 Tabla 12. Especificación tramos de tubería agua fría para el patio y cocina apto 101 87 Tabla 13. Especificación tramos de tubería agua caliente en llegada del calentador en los aptos 102, 103, 104 88 Tabla 14. Especificación tramos de tubería agua caliente en patio y casino en los aptos 102, 103, 104 89 Tabla 15. Especificación tramos de tubería agua caliente, llegada al calentador en el apto 101 89 Tabla 16. Especificación tramos de tubería agua caliente, patio y cocina en el apto 101 90 Tabla 17. Especificación de unidades por apartamento 90 Tabla 18. Especificaciones de la tubería en columna vertical. 93 Tabla 19. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en Pvc C=150 95 Tabla 20. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en Cobre (Cu) C=140 95 Tabla 21. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en (Hg) C=100 95 Tabla 22. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta la llegada del calentador 96 Tabla 23. Pérdidas causadas dentro del calentador 96 Tabla 24. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta la llegada del calentador 97 Tabla 25. Características de los medidores volumétricos de pistón rotativo 98 Tabla 26. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta el tanque de agua potable 99

Tabla 27. Calculo de la N.P.S.H, 102 Tabla 28. Pérdidas por altura Ja sobre el nivel del mar en metros (m) 103 Tabla 29. Pérdida por temperatura Jt en metros (m) 103 Tabla 30. Selección de presión 106 Tabla 31. Determinación de ciclos según la potencia 107 Tabla 32. Unidades de desagüe de aparatos sanitarios 110 Tabla 33. Número máximo de unidades para ramales horizontales 111 Tabla 34. Número máximo de unidades para bajantes 111 Tabla 35. Capacidad de canales rectangulares (m2)(L/s)de aguas lluvias, pendiente 0.5% 123 Tabla 36. Capacidad de canales rectangulares (m2) (L/s) de aguas lluvias, pendiente 0.25% 124 Tabla 37. Capacidad de canales rectangulares (m2) (L/s) de aguas lluvias, pendiente 0.25% 125 Tabla 38. Carga máxima para bajantes de aguas lluvias (m2) 125 Tabla 39. Bajantes rectangulares equivalentes a circulares. 126 Tabla 40. Dotación neta mínima y máxima 128 Tabla 41. Variación de Dotación Neta según el clima y la complejidad Ras 2000 B.2.4.4.2 129 Tabla 42. Entrada de datos a la hoja de Cálculo de Excel 130 Tabla 43. Obtención de valores de WSE Vs S Máx de la hoja de cálculo en Excel 135 Tabla 44. Especificación tramos de tubería para baños aptos 102, 103, 104 de agua recirculada. 138 Tabla 45. Especificación tramos de tubería para baños apto 101 de agua recirculada. 139 Tabla 46. Especificación tramos de tubería en la columna 1 de distribución en agua recirculada 139 Tabla 47. Especificación tramos de tubería en la columna 2 de distribución en agua recirculada 139 Tabla 48. Pérdidas producidas por accesorios en la tubería en el sistema de recirculación 142 Tabla 49. Resultados definitivos de ensayo de metal Plomo(Pb) 162 Tabla 50. Resultados definitivos de ensayo de metal Hierro (Fe) 163 Tabla 51. Resumen de resultados del análisis químico del agua lluvia 168 Tabla 52. Entrada de datos para obtener el flujo del proyecto 172 Tabla 53. Indicadores Financieros 173

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Distribución del agua 30 Figura 2. Proyección del acceso al agua a nivel mundial. 37 Figura 3. Algoritmo del modelo de Dixón. 55 Figura 4. Esquema de la utilización de variables en el Modelo Dixon 56 Figura 5. Ubicación Zona Suba en Bogotá 71 Figura 6. Detalle perfil tanque de almacenamiento 79 Figura 7. Dimensiones reales tanque de almacenamiento 79 Figura 8. Detalle acometida domiciliaria 81 Figura 9. Instalación tubería agua fría para el baño 83 Figura 10. Instalación tubería agua fría de llegada al calentador 84 Figura 11. Instalación tubería agua fría de llegada al calentador 85 Figura 12. Especificación tubería agua fría para la llegada al calentador 86 Figura 13. Especificación tramos de tubería de llegada al calentador con mayor peso de agua fría 88 Figura 14. Especificación tramos de tubería de llegada al calentador con mayor peso de agua fría 91 Figura 15. Esquema vertical de suministro 92 Figura 16. Ruta critica 94 Figura 17. Isométrico de la ruta critica 97 Figura 18. Vista en planta de la cubierta en teja, cubierta plástica y jardín del área de captación 120 Figura 19. Vista perfil de la cubierta en teja, y cubierta plástica 120

LISTA DE GRÁFICAS

Pág. Gráfica 1. Hoja de cálculo 135 Gráfica 2. Curva WSE Vs Smáx para determinar el volúmen óptimo 136

LISTA DE CUADROS

Pág

Cuadro 1. Proyectos similares por otros países en el mundo 35 Cuadro 2. Marco Conceptual 67 Cuadro 3. Marco Normativo 70

LISTA DE FOTOS

Pág

Foto 1. Sistema de dosificación con hipoclorito 63 Foto 2. Fotómetro 400 D 155 Foto 3. Montaje muestra coliformes 156 Foto 4. Muestras en incubadora. ….. 156 Foto 5. Muestras 24 horas después de incubación 157 Foto 6. Peso de la muestra antes de la calcinación 158 Foto 7. Muestra en la mufla a 550oc 158 Foto 8. Evaporación de muestra en blanco (der.) y muestra agua lluvia (izq.) 161 Foto 9. Patrones de plomo 161 Foto 10. Espectrofotómetro de adsorción atómica 162 Foto 11. Obtención de un pH = 10 en la muestra 164 Foto 12. Montaje ensayo de dureza 164 Foto 13. Turbidímetro 2100 N marca HACH 165 Foto 14. PH Meter 744 166

LISTA DE ANEXOS

Pág

Anexo 1 Pérdidas en tubería y accesorios diámetro ½” 187 Anexo 2. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro ¾” 187 Anexo 3. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 1” 188 Anexo 4. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 1 1/2” 188 Anexo 5. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 2” 189 Anexo 6. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 2 1/2” 189 Anexo 7. Detalle del calentador a gas de paso 190 Anexo 8. Despiece de la bomba modelo 20A-30AIHM, (Suministro del sistema de Agua Potable) 190 Anexo 9. Esquema de hidroneumático 192 Anexo 10. Gráfica para determinar pérdidas producidas en tubería de PVC y CPVC 193 Anexo 11. Calculo de las presiones finales en la red de suministro de agua potable 194 Anexo 12. Calculo de las presiones finales en la red de suministro de agua recirculada 195 Anexo 13. Despiece de la bomba modelo 20A-30AIHM, (Suministro del sistema de Agua Recirculada) 196 Anexo 14. Cantidades y presupuesto en la instalación del sistema de suministro de Agua Lluvia 198 Anexo 15. Flujo de fondo del proyecto 199 200

GLOSARIO

ACOMETIDA DOMICILIARIA: derivación de la red de distribución que llega hasta

el registro de corte de un usuario. En edificios de propiedad horizontal o

condominios, la acometida llega hasta el registro de corte general.

AGUAS RESIDUALES: Desechos líquidos que provienen de residencias,

edificios, instituciones, fabricas o industrias.

AGUA SUBTERRÁNEA: es el agua encontrada en el suelo, por lo general se

evacue por medio de tubería perforada que la conduce a cajas o pozos que luego

la evacuan hacia el colector.

ÁREA DE DRENAJE: en cubiertas es el área de proyección horizontal de la

cubierta.

ADITAMENTOS: elementos o accesorios utilizados para la unión, transición,

cambio de nivel u otra modificación que se realice con las tuberías que se instalan

para un sistema de suministro o sanitario.

ACUEDUCTO: entidad encargada de prestar la mejor calidad de servicio en lo que

respecta a suministro y tratamiento de aguas en una ciudad o la comunidad que lo

requiera.

APARATO SANITARIO: Aparato que facilita la utilización del agua, esta

conectado a una instalación interior y descarga al sistema de desagüe una vez

utilizado.

BAJANTE: tubería principal, vertical, de un sistema de desagüe de aguas lluvias o

residuales, o de un sistema de ventilación, que se extiende a través de uno o mas

pisos.

CALENTADOR: aparato sanitario cuya función específica es el suministro de

energía calorífica al agua fría, con el objeto de disponer de agua caliente para

alimentar los aparatos sanitarios que lo requieran.

CABEZA DE VELOCIDAD: también se denomina como altura de velocidad y es la

relación entre la velocidad al cuadrado dividida por dos veces la gravedad; (v2/2g)

DESAGÜE: conducto que generalmente transporta aguas servidas o lluvias hacia

el colector.

ENERGÍA: en hidráulica este concepto se relaciona con la suma de las cabezas

de: energía potencial, cinética y de presión.

FLAUTA: Instalación utilizada en plomería que consta de una tubería principal con

la salida de varios ramales sobre su trayecto.

FLOCULO: Pequeñas masas gelatinosas formadas en un liquido por la reaccion

de un coagulante.

HIDRONEUMÁTICO: sistema que suministra directamente presión a la red interior

o una parte de ésta, sin necesidad de tener un tanque elevado.

HIPOCLORITO DE SODIO: Solución acuosa de hidróxido de sodio y cloro en la

cual el hipoclorito de sodio es su ingrediente principal.

ISOMÉTRICO: esquema de las redes de distribución del sistema hidráulico o

sanitario, se realiza a una inclinación de 30o o 45o con el propósito de identificar

más fácilmente los accesorios a utilizar.

LONGITUDES EQUIVALENTES: es la longitud lineal equivalente a la pérdida

producida por un accesorio.

MEDIDOR: dispositivo de control de ingreso de agua a la edificación y a sus

respectivas subdivisiones.

PERDIDAS POR FRICCIÓN: disminución de magnitud producida en la presión

producida por la fricción existente entre el líquido y las paredes de la tubería.

PRESIÓN: Fuerza ejercida por cualquier fuente sobre un área determinada.

PARTES POR MILLÓN (PPM): el número de unidades de peso o volumen de un

menor constituyente presente en cada millón de unidades del mayor constituyente

en una solución o una mezcla.

RUTA CRÍTICA: es el recorrido utilizado desde el punto más critico de la

edificación, es decir el más lejano del punto de bombeo o suministro; de ahí se

parte como punto critico para hallar las mayores perdidas que se han de

presentar, realizando toda la ruta.

SIFONES: dispositivo en forma de “U” que mantiene un sello de agua que impide

la salida de los gases de la instalación sanitaria.

TANQUE: dispositivo de almacenamiento de agua o cualquier otro líquido que

llegase a necesitar para posteriormente ser bombeado.

TITULAR: consiste en agregar un acido o una base a la solución para modificar su

pH, a uno deseado o establecido. Generalmente se utilizan ácidos o bases fuertes

para realizar el proceso.

INTRODUCCIÓN

"La palabra progreso no tiene ningún sentido mientras haya niños infelices."

Albert Einstein

5.760 niños mueren debido a la falta de agua potable y saneamiento en el planeta,

cada 24 horas, 240 por hora, 4 por minuto, 1 cada 15 segundos.

Es una problemática mundial, aunque el planeta ha creado su historia por la

existencia del agua, el conocimiento no ha llegado a comprender la importancia

de este recurso y no ha dejado un legado de paz a las generaciones futuras que

ya no gozan de su abundancia.

Entender el problema se hace la esencia, y la solución reconocer la importancia de

crear propuestas que se fundamentan en la futura escasez que presentará el

mundo, la directa necesidad del hombre por obtener este beneficio será fuente

potencial de conflictos sociales, donde se potencializarán aquellas naciones

hídricamente ricas.

Colombia cuenta con porcentaje de agua significativa, la vertiente del Atlántico

tiene los ríos más largos y sus caudales son abundantes durante todo el año,

sumando a esto su localización geográfica, las precipitaciones en centro América

23

alcanzan una cifra 50% mayor que las presentadas en territorios como África y el

Medio Oriente.

Sin embargo, las estadísticas son preocupantes, se estima que para el año 2045,

40 países entre ellos Jordania, Israel y otros ubicados en el medio oriente

revelarán escasez crítica del agua.

El conocimiento es poder, y la futura inversión en esta preservación posiblemente

logre posicionar nuevamente a Colombia en el cuarto país más rico en agua y

ubicarlo entre los países que serán llamados a destacarse por su gran cantidad de

recursos hídricos.

1. EL PROBLEMA

1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Basado en parámetros establecidos por la Universidad de la salle, facultad de

ingeniería civil, la línea esta asociada directamente con los grupos de

investigación dados; el que se vincula con el proyecto es el Centro de

Investigación en Riesgos de Obras Civiles CIROC siendo el único que relaciona el

área de Hidráulica e Hidrológica en sus campos de investigación y que son los

tópicos bases de el proyecto.

1.2 TÍTULO

Diseño de un sistema de recirculación de aguas lluvias para vivienda

1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Actualmente el mundo se enfrenta a gastos anuales que llegan a cubrir el 54% del

total accesible de agua potable por el hombre, se estima en proyecciones del año

2025 que este porcentaje se incrementará a un 70%, considerándose únicamente

en función al crecimiento de la población.

El fondo de población de Naciones Unidas asegura que si el consumo de los

países de más bajos recursos llegará al nivel de los países más desarrollados del

25

mundo, se estaría absorbiendo para el año 2025 el 90% de agua disponible

potable para el hombre.

El mayor consumo del agua está representado por el factor agrícola (riego), sin

embargo, cifras menores como el uso doméstico representa de manera

significativa la distribución interna del agua describiendo usos equívocos en el

sistema de alimentación del agua potable. Factor que es redistribuido en países

con mayor conciencia hídrica como Japón, que efectúan una recirculación antes

de la eliminación total.

Colombia, mantiene un sistema de suministro antiguo que ocasiona utilización de

agua dulce en actividades innecesarias, esta distribución permite cifras altas de

desperdicio, % valiosos para el consumo humano en sectores marginados y

catalogadamente pobres.

Tabla 1. El uso racional de una persona en funciones domésticas2

USO PORCENTAJE UTILIZADOLavamanos 4.0 %Lavaplatos 0,155Ducha 20.0%Sanitario 19,9Lavadora o lavadero 0,27

En países subdesarrollados estos consumos son inferiores.

2 ROSEGRANT, Mark W. Panorama global del agua hasta el año 2025. Washington. 2002. 26 p.

26

Tabla 2. Consumos mínimos y máximos en diferentes regiones del mundo3

REGION Consumo mínimo por persona l/d

Consumo máximo por persona l/d

África 16 36Latinoamérica 72 187Mediterráneo 35 83Pacífico Occidente 27 92Sudeste asiático 32 68Intervalo normal 40 95

1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo lograr el ahorro del agua mediante la recirculación de aguas lluvias en

viviendas?

1.5 JUSTIFICACIÓN

Actualmente existen equipos de investigación ubicados en Japón, Suecia,

Finlandia, Reino Unido y en otros países de recursos próximamente agotables,

que están implantando estrategias de gestión integrada que permiten un

tratamiento y reutilización del agua.

Esto se ha logrado ampliando la investigación en aspectos tecnológicos y de

ingeniería que han logrado establecer nuevos conocimientos que retrasan el futuro

inminente de escasez mundial de agua y hacer de Colombia un país de

conocimiento empieza por crear propuestas a la altura de países desarrollados,

que invierten en investigación y en conservación de sus propias riquezas.

3 Ibid., p. 29

27

De aquí surge la necesidad por ofrecer a un país indiferente una alternativa que

facilite la captación y utilización de agua lluvia en sistemas de vivienda que

permitan darle una producción si utilizar el agua potable. Esto no genera una

mayor conciencia, genera solución de manera cómoda y eficiente ante el usuario y

ante la preservación ambiental.

Actualmente mueren miles de personas en el mundo, el hombre devasta el

planeta, consume y destruye; pese a esto, cuenta con personas capaces de hacer

algo por la vida, creaciones asombrosas que han llevado al hombre a vivir mejor,

pero falta algo, falta hacer mas, y es necesario crear ingeniería no para beneficio

del hombre si no ingeniería para beneficio de la naturaleza y el planeta.

1.6 OBJETIVOS

1.6.1 Objetivo general. Proponer un diseño hidráulico basado en captación y

recirculación de aguas lluvias con el fin de la preservación y ahorro del recurso

hídrico para el futuro.

1.6.2 Objetivos específicos

Suministrar un sistema de limpieza por procesos mecánicos que ya ha sido

diseñado para que proporcione la recirculación del agua lluvia.

28

Complementar el diseño, basándonos en estudios de países faltos de riquezas

hídricas, que ya utilizan estos procesos de recirculación en sistemas de vivienda.

Demostrar el ahorro económico causado por disminución del consumo de agua

potable a nivel doméstico al proponer el sistema de recirculación.

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEÓRICO

2.1.1 El agua en el mundo. Yuri Gagarín, el primer astronauta Ruso, exclamó al

observar la tierra desde el espacio "Es azul, la tierra es azul".

Se considera que aproximadamente el 71% de de la superficie de la tierra está

cubierto por agua. Con esta cantidad considerable que tiene el planeta el 97% es

agua salada, la cual se consideran los mares y los océanos.

El 0.2% se localiza en la humedad superficial, en el vapor de agua que se

encuentra en la atmósfera. Únicamente el 2.8% restante es agua dulce la única

agua que se bebe y usa para vivir.

La mayor parte de la localización del agua dulce esta en los hielos y glaciares

que se estiman el 2.38%, Otra parte de esta agua dulce fluye por debajo de la

tierra, aguas subterráneas (se encuentran, a menos de 1.000m de profundidad),

estimándose el 0.39%, y solo una pequeñita parte de ella, el 0.029% lo hace por

algún rió en el mundo o se encuentra ahí estancada o en la superficie en forma de

lagos o lagunas. Se puede concluir que de cada 100 gotas de agua, 97 gotas son

agua salada y solo 3 gotas son agua dulce.

30

En la atmósfera se encuentra el 0.001% dulce, sumando en su totalidad es un

porcentaje limitado para la accesibilidad humana.

Figura 1. Distribución del agua4

Actualmente el agua dulce en el mundo privilegia a países sudamericanos y

asiáticos, debido a su localización geográfica, en cambio existen otras regiones

del mundo que se encuentran situados en zonas áridas y secas.

Sudamérica posee el 29% de los recursos de agua dulce disponible en el mundo,

donde se destacan por su enorme extensión la primera y la segunda cuenca más

grande del mundo: la cuenca del río Amazonas la mayor del planeta (alberga entre

4Derechos Indígenas y Acceso al Agua [Online]. Uruguay: Ferreira Aldunate, Wilson, [2004-11-28]. Tomado de Internet: <http://www.rel-uita.org>.

31

el 40 y 50% del total de las especies de la tierra) y Paraná-Paraguay,

respectivamente.

El Acuífero Guaraní es el más grande del mundo, siendo compartido por

Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay, tiene una grandeza única, es capaz de

proporcionar agua potable a toda la población mundial por los siguientes 20 años.

Sudamérica es la segunda región, después del norte de Asia, con la mayor oferta

de agua. Países ubicados principalmente en el Norte de África y en el oeste y sur

de Asia, presentan duramente problemas por escasez de agua.

2.1.1.1 Desperdicio del agua. Se empieza anotar en los ecosistemas del planeta

que han recibido serios daños, cerca de la mitad de las zonas húmedas del mundo

se han disipado, actualmente se han perdido 10 mil especies conocidas y el 20%

de la población animal esta extinta.

En algunas ciudades, como en Hong Kong, el agua de mar se usa extensivamente

para limpiar los baños y así mismo conservar el agua potable.

En Colombia se están implantando nuevos diseños que permiten considerar

menores valores de desperdicio. Un ejemplo es el suministro para el

funcionamiento de los sanitarios. “El consumo de agua de cada descarga depende

del modelo ofrecido por los fabricantes, los más comerciales varían entre 13.2L

32

(3.5 gal) y 19L (5 gal); aunque existen algunos que ofrecen un consumo de 1.9L

(0.5 gal).”5

Las duchas antiguas pueden llegar a distribuir 7.8 galones por minuto, los

cabezales más contemporáneos han disminuido del flujo y consumen 2.5 galones

de agua en el mismo minuto. Manteniendo una presión considerablemente igual a

la de flujo alto.

A partir de 1995, los inodoros tuvieron un cambio en el diseño con el fin de ahorrar

agua, este rediseño consideró una evacuación de 1.6 galones de agua.

Tabla 3. Suministro de agua para sanitarios.6 .

TANQUE MICROTANQUE FLEXOMETROSUMINISTRODURACIÓN 60s 7s 9sCAUDAL 5g p m 6g p m 27g p mEVACUACIÓNDURACIÓN 13s 1.5s 13sCAUDAL 18 g p m 25 g p m 18 g p m

2.1.1.2 Consumo del agua. En países como Estados Unidos, China e India, el

agua subterránea se consume más rápido de lo que se repone y la cantidad de

agua subterránea continúa disminuyendo. Algunos ríos, como el Colorado al oeste

de Estados Unidos y el Amarillo en China, se secan antes de llegar al mar.

5GRANADOS ROBAYO, J A Redes Hidráulicas y Sanitarias en Edificios. 1 ed. Bogota: Editorial Unibiblos, 2002. p.16. ISBN 958-701-097-3 6 Ibid., p. 16.

33

Datos obtenidos de La Organización de las Naciones Unidas señala que cada

persona necesita un mínimo de 50 litros diarios de agua que equivale a 18,250

litros al año siendo esto en condiciones normales de clima y salud el agua

consumida para beber, higiene personal, y en la preparación de alimentos es de

2.5 litros.

Tabla 4. Porcentaje sobre el consumo diario/persona.7

USO PORCENTAJE UTILIZADOLavamanos 4.0 %Lavaplatos 0,155Ducha 20.0%Sanitario 19,90%Lavadora o lavadero 0,27

2.1.1.3 Promedio consumo en los diferentes países, muestra una gran

controversia en la proporción del consumo.

En el tercer mundo, 10 litros de agua es el promedio diario para beber, cocinar y

lavar de una persona.

En el Reino Unido, 10 litros de agua son los que se van cuando se vacía la

cisterna del inodoro.

7DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE. Ficha Técnica: Bogotá, 2006. P.80

34

Las mujeres en África y en Asia cargan un promedio de 20 kilogramos de agua

durante seis kilómetros cada día.

2.1.1.4 Problemática mundial. Se destaca que en reportes realizados por

UNESCO indican que la cantidad disponible de agua próximamente decrecerá

alrededor de un 30%.

Teóricamente hay agua suficiente para 20 mil millones de habitantes, pero en las

ciudades de los países pobres el 70% de pobres no tienen agua potable y según

un estudio de las naciones Unidas, en los países industrializados la media de uso

por persona y día es de 3,500 litros de agua, mientras que en los países

empobrecidos es de 2 y 5 litros. Según la guía del Mundo con sede en Uruguay,

actualmente más de 500 millones de personas padecen de escasez casi total de

agua potable y se estima que llegaran a 250 millones para el 2025. Afirma también

que anualmente en los países del Sur mueren seis millones de niños por beber

aguas contaminadas. Aunque cada fuente con sus cifras, no deja de ser alarmante

por donde se mire. Por ejemplo, el 85% del agua del mundo la consume el 12% de

la población mundial esto significa que mientras 12 personas usan 85 litros, 88

personas se reparten 15 litros de agua.

2.1.1.5 Antecedentes mundiales en aprovechamiento del agua. La

potabilización presenta aspectos de costos individuales altos, en países de bajos

recursos económicos la mejor solución resulta llevar el agua potable a cada

35

aparato y suministrarlo, el sistema de desagüe resulta ser único para todas las

viviendas y la evacuación de esta agua es inmediato al colector de aguas negras y

de allí el proceso en la planta de tratamiento resulta ser mucho más económico a

nivel ciudad.

A continuación se presenta diferentes opciones de países con culturas y

conocimientos muy ajenos a estos que han desarrollado técnicas de

aprovechamiento para mitigar los efectos causados por la difícil obtención del

agua con algunos ejemplos más importantes en este tema.

El agua lluvia logra reciclarse y llegar a suministrar la presión de descarga en

sanitarios, y en la jardinería.

Cuadro 1. Proyectos similares por otros países en el mundo

CONTINENTE PAIS PROYECTO Asia

Japón

Fukuoka es la primera ciudad japonesa en proponer sistemas completos para el uso y la conservación del agua. En tiempos de sequías se generaron esfuerzos constantes por mantener un suministro para la ciudad, y en 1979 el ayuntamiento de Fukuoka diseño un plan colectivo de conciencia entre los habitantes. La ingeniería se enfocó en estrategias de evitar fugas disminuyendo el porcentaje al 5% convirtiendo esta ciudad con el menor índice de fugas en todo Japón. Cerca del 94.1% de los habitantes han empleado dispositivos que reducen el flujo del agua de manera significativa. Se han implementado inodoros especialmente diseñados para consumir 5 litros menos en cada descarga a los aparatos comunes. Hoy existen más de 490.000 inodoros utilizando este sistema de disminución de consumo. En 1980 nació el “Proyecto para reutilización de aguas residuales” usado en zonas amplias para la circulación de aguas tratadas. La cantidad de agua ahorrada con los sistemas de circulación individuales de las aguas de escorrentías de los tejados de cada edificio, y los sistemas de circulación de aguas residuales provenientes de descargas persistentes que son empleadas para el llenado de las cisternas logran una suma total de 7000

36

m3 diarios. Ha logrado consumir 20% menos de agua potable comparándola con otras ciudades equivalentes a su tamaño. Este proyecto se ha financiado con un de recargo equivalente a 1 yen por metro cúbico que pagan de manera igual todos los ciudadanos. Fukuoka registra los primeros proyectos en cualquier ciudad del mundo enfocados hacia este fin, convirtiéndola entonces en un ejemplo digno de desarrollo para la conservación del medio ambiente.

Europa

Alemania

Se encuentra una serie de viviendas que se diseñaron de tal forma que sus techos cubrieran una gran cantidad de área para de esta forma captar las aguas lluvias y utilizarlas en los inodoros y sistemas de riego.

Berlín

Además sirven para contrarrestar los efectos causados por el verano ya que el agua recogida durante los periodos de precipitación sirve para reducir el consumo del agua potable.

África

Kenia, Uganda, Sri Lanka

En esta parte del mundo se ha incentivado la necesidad de crear sistemas de aprovechamiento de las aguas lluvias por medio de incentivos económicos que aunque son relativamente bajos generan gran motivación entre los residentes y las instituciones para dar mayor eficiencia en la captación, la utilización de estos sistemas han servido para mitigar la escasez y así intentar dar una mejor calidad de vida en este sector del planeta.

Norte América

Estados Unidos

Se estima que al menos medio millón de personas hacen uso de sistemas de reciclaje de aguas, y en algunos estados a las propiedades que instalan estos sistemas se les realizan descuentos en los impuestos.

Canadá

Se encuentra una edificación que plantea la utilización de aguas lluvias y luego su reutilización para utilización en el diario de cada uno de los habitantes de esta casa.

Sur América

Colombia

• Almacenes Alkosto en Villavicencio y Bogotá. • Edificio Verde de la cámara de comercio. • Estaciones de lavado de buses de Transmilenio. • En instituciones publicas, como colegios, universidades y oficinas del

estado. • En algunos hogares se han generado sistemas artesanalmente.

Una de las causas por las que estos proyectos no se destaquen es por que en Colombia se dan fuentes suficientes de información, o existe la necesidad de optimizar el consumo a así mismo se presentan desperdicios que parece no afectarle a los sistemas de construcción.

37

2.1.1.6 Estadísticas futuras para el ano 2025. El 70% de la población mundial

no tendrá suficiente acceso al agua potable. Basados en estudios realizados

2.800 millones de personas vivirán en 48 países que encaran tensiones hídricas o

escasez de agua, según proyecciones de PAI basadas en las proyecciones

medias de población recientemente revisadas de las Naciones Unidas.

Figura 2. Proyección del acceso al agua a nivel mundial.8

Metros cúbicos anuales por persona (en miles)

<1.0 Catastróficamente baja

1.1-2 Muy baja

2.1-5 Baja

5.1-10 Media

8ORGANIZACIÓN DE NACIONES UNIDAS. Visión del agua potable. [on line]. < www.un.org/spanish/

events/water> [citado el 15 de Mayo de 2006]

38

10-20 Alta

>20 Muy Alta

De estos Cerca de 40 países ubicados en el medio oriente presentarán crisis por

escasez de agua. Cuatro países del golfo Pérsico: Arabia Saudita, Kuwait, Bahrain

y los Emiratos Árabes Unidos, tienen acceso insuficiente agua potable, y aunque

actualmente han desarrollado diseños que permitan tratar aguas saladas de mar y

convertirlas a agua dulce, ésta resulta ser una inversión altamente costosa que

proporciona soluciones prontas a la crítica insuficiencia. Bahrain conlleva una

carencia de agua dulce, debido a esto su sustentación está basada en la

desalación de mar del golfo, que aun siendo un proceso costoso es bastante

complicada.

Sin este tratamiento la población actual empobrecería y resistir un futuro de

generación sería sostenible.

2.1.2 Materiales y accesorios empleados en el diseño y construcción de

sistemas hidráulicos. Las tuberías se exigen de alta calidad, donde el material

resista las presiones, la corrosión. Estos materiales cuentan con el control de

calidad del proveedor, evitando defectos de fábrica y poros o fisuras.

39

2.1.2.1 Hierro Galvanizado. Es utilizado fundamentalmente en exteriores cuando

la tubería y piezas especiales se encuentran expuestas a la intemperie y al paso

de las personas y maquinaria o equipo que pudiese golpearla de manera

accidental. El galvanizado es un recubrimiento de zinc, que se obtiene por

inmersión en caliente, hecho con la finalidad de facilitar una protección a la

oxidación y a la corrosión.

2.1.2.2 Tubería PVC (poli cloruro de vinilo). Es un material plástico sintético,

clasificado dentro de los termoplásticos, que por encima 60o C se convierte en

una masa moldeable y por debajo de esa temperatura se convierten en sólidos, la

mayor producción es el PVC y el polietileno (PE). Entre las características

favorables del PVC se encuentran:

Ligereza, el peso de la tubería PVC es mucho menor comparado con el de otros

materiales usados para sistemas hidráulicos, lo que facilita su transporte y manejo

del operario encargado de instalarlo.

Instalación, los procesos de instalación de este tipo de tubería son relativamente

sencillos, aunque para la construcción en algunos casos se haga necesario en

algunos casos utilizar dos o más operarios para realizar un buen trabajo, ya que la

ubicación de la tubería en algunos casos es demasiado inaccesible para que

trabaje un solo instalador.

40

Resistencia a la corrosión. Las tuberías fabricadas en PVC son inmunes a los

tipos de tuberías que normalmente afectan a los tipos de tubería.

Paredes lisas. Esto se puede traducir que la tubería puede transportar un caudal

mayor a un igual diámetro de los otros tipos de tubería, debido a su bajo

coeficiente de fricción.

2.1.2.3 Cobre. Tiene la propiedad de recubrirse al contacto del aire, con una capa

de oxido que no penetra en el metal; es superficial y lo protege indefinidamente, es

altamente usado en instalaciones de agua caliente debido a la mayor presencia de

agentes oxidantes en agua a altas temperaturas y a la buena conducción este

material, su uso ha ido en decadencia debido a la a aparición de materiales como

el CPVC que presentan una buena alternativa a un costo más reducido. En el

mercado se encuentran tres tipos de tubería de cobre para instalaciones

hidráulicas

Tipo M. “Es fabricado en longitudes estándar de 6. mt, de pared delgada, con

diámetros desde 3/8” hasta 2”. Este tipo de tubería satisface las necesidades

normales de una instalación hidráulica de una casa o edificio y soporta con un

gran margen de seguridad las presiones usuales utilizadas en dichas

construcciones.” 9

9ENRIQUEZ HARPER, Gilberto. El ABC de las Instalaciones de Gas, Hidráulicas y Sanitarias. México : Ed. Limusa., 2004. 115p.

41

Tipo L. “posee la pared un poco mas gruesa que el anterior y es fabricado en

longitudes de 6 mt, es usado cuando las exigencias de las instalación son más

severas, por ejemplo cuando son usados para conducir agua caliente o vapor en

hoteles o baños públicos, gas, instalación de refrigeración, etc.”10

Tipo k. “Es empleado para instalaciones industriales y el espesor de su pared es

aun más gruesa que las anteriores, se caracteriza por tener gran resistencia a

altas presiones”.11

Las conexiones usadas para la tubería de cobre en general son fabricadas con

gran exactitud con la finalidad de que el empate entre accesorios y tubería se

haga lo más preciso posible y así evitar fugas, la conexión se realiza por medio de

soldadura que se dispersa sobre el lugar a conectar gracias a la aplicación de un

fundente previamente ubicado sobre la superficie limpia, como característica

importante la conexión también se puede realizar con cualquier accesorio o

tubería de bronce, Estas conexiones además están diseñadas para ofrecer un

mínimo de resistencia a la corriente de agua.

2.1.3 Conceptos básicos en el diseño de las redes de suministro.

El modelo más utilizado y aprobado por la mayoría de países fue dado por Roy B,

Hunter desde 1940, y actualmente se usa ajustándolo a condiciones locales.

10 Ibid., p. 116. 11 Ibid., p. 116.

42

2.1.3.1 La teoría de las probabilidades. Ayuda a estimar los caudales máximos

probables que puede presentar la edificación, este método elaborado por Hunter

evita realizar un súper dimensionamiento a la tubería, describe que la probabilidad

que el sistema este proporcionando suministro a todos los aparatos al mismo

tiempo es remota.

Un diseño es satisfactorio cuando las tuberías tienen las dimensiones necesarias

para proveer agua al número de aparatos encontrados en uso simultáneo durante

las horas pico por más del 1% del tiempo.

Para un número de aparatos que estén en funcionamiento al mismo tiempo siendo

estos una pareja cualquiera en cualquier posición.

( )0

1 ; 1f n

n r r nr

r

nP p p P

r

=−

=

⎛ ⎞= − =⎜ ⎟⎝ ⎠

∑

Donde:

p: Probabilidad del funcionamiento de diferentes aparatos al mismo tiempo.

( )1 n r rp p p−= −

m: Carga de demanda

n: Aparatos en el edificio

43

r: Número de aparatos que funcionan simultáneamente

!! ( )!

n nr r x n r

⎛ ⎞ =⎜ ⎟ −⎝ ⎠

La posibilidad de que un número de aparatos se encuentren en funcionamiento al

mismo tiempo por más del 1% se expresa mediante la siguiente ecuación.

Donde:

P: posibilidad de no encontrar ningún aparato funcionando.

1

(1 ) 0.01r n

n r r

r m

nP p p

r

=−

= +

⎛ ⎞= − ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠∑

Esta ecuación facilita encontrar el número de aparatos funcionando en cierta

cantidad de aparatos instalados.

diseñoQ m q= ×

Donde:

q= (1-p): Caudal promedio que utiliza uno de los aparatos en funcionamiento.

44

El número que identifica a un aparato es la relación del número del fluxómetro al

número de aparatos de otro tipo multiplicado por las unidades asignadas al

fluxómetro.

Unid aparato = No Fluxómetro/No tipo de aparatos x Unid del fluxómetro

Las unidades aprobadas por la mayoría de los códigos incluyendo el código de

fontanería son las presentadas en la siguiente tabla No 5. Estas han sido

tabuladas y revisadas previamente, y son las que el diseñador utiliza para el

conteo inicial de aparatos y encontrar los caudales de diseño.

2.1.3.2 Cuantificación de consumos (unidades de cada aparato). Los valores

aceptados por el Código Colombiano de fontanería se relacionan en la tabla

siguiente para efecto del diseño en un proyecto hidráulico.

Tabla 5. Unidades de diferentes aparatos

UBICACIÓN APARATO TIPO UNIDAD UNID.TOTAL INTERNA HIDRAULICO DE USO A.CALIEN A. FRIA SIMULTAN RECINTO

Cocina Lavaplatos Mezclador 1,5 1,5 2 2Calentador - - -

PATIO Lavadora Llave 1,5 1,5 2 5Lavadero - 3 3

BAÑO Sanitario tanque - 3 3 6Lavamanos Mexclador 0,75 0,75 1Ducha 1,5 1,5 2

UNIDADES

45

“Los valores individuales tanto para agua fría como para agua caliente en aparatos

que incluyen las dos conexiones se debe tomar como ¾ del valor total relacionado

para el aparato”12 para agua caliente y ¼ para agua fría o viceversa.

2.1.3.3 Método de Hunter para determinar el caudal y diámetro. Teniendo en

cuenta el número de unidades requeridas por cada registro, se determina el

diámetro de la tubería (chequeando la velocidad no mayor a 2.0 m/s) para

suministrar el mínimo caudal y presión requerida para cada uno de estos cuartos,

estos valores se obtienen de las tablas de relación unidad, caudal, velocidad y

diámetro que se encuentran en los libros de diseño hidráulico. Ecuación de Hazen

Williams

1.85

2.63280QjCD

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

2.1.3.4 Ecuación de energía o de Bernoulli. Expresa la conservación de la

energía manteniéndose constante entre dos secciones del tramo en la tubería; en

esta ecuación se establecen los tres tipos de energía presentes en un fluido:

2 21 1 2 2

1 22 2p V p VZ Z

g gγ γ+ + = + +

12ICONTEC. Código Colombiano de Fontanería. 2ed. Bogotá: Editorial ICONTEC, 2004. p. 52. ISBN 958-9383-49-1

46

Donde

Z: Energía potencial

2

2V

g: Energía cinética

pγ

: Energía de presión.

2.1.3.5 Continuidad. Que expresa que cualquier caudal va a ser igual a la

multiplicación de la velocidad del fluido por el área de la sección transversal de la

tubería.

1 1 2 2Q V A V A= × = ×

Donde

Q: Caudal

V: Velocidad

A: Área

2.1.3.6 Pérdidas por fricción en tuberías. Con un diámetro constante deducidas

en el año de 1850 a través de métodos experimentales Darcy y Weisbach llegarón

a las siguientes expresiones.

gDLVfhf

2

2

=

47

Donde:

hf: Pérdida por fricción en metros columna de agua

f: Factor de fricción

L: Longitud

V: Velocidad con que se desplaza el fluido

D: Diámetro de al tubería por donde se conduce el fluido.

g: Gravedad.

2.1.3.7 Hazen-Williams. Los aparatos requeridos en el proceso de diseño, deben

contar con el abastecimiento necesario de agua y presión, el funcionamiento y

mantenimiento, será indispensable para evitar ruidos ni fugas que lleven al

desperdicio.

1.85

4.86 1.851734,6 LQhfD C

=

Donde:

hf: Pérdida por fricción en metros columna de agua (m)

L: Longitud (m)

Q: Caudal L/s

D: Diámetro de al tubería (m)

C: Coeficiente del material

48

2.1.4 Equipos de presión y suministro. Estas bombas ofrecen la presión

necesaria para cubrir la demanda del aparato ubicado en la distancia más lejana.

• Sistema de presión sin hidroneumático

• Sistema de presión constante

Las condiciones de operación dependen del caudal, la presión mínima de servicio,

la presión máxima y la potencia para compensar las pérdidas producidas por

tuberías y accesorios durante su recorrido.

2.1.4.1 Equipos hidroneumáticos. Suministra la presión necesaria en momentos

donde la demanda sea baja o cero manteniendo las bombas apagadas. Hasta que

la presión que exige el sistema no requiera cierto nivel, el equipo hidroneumático

cubre estas necesidades.

La utilización del equipo hidroneumático, permite que el encendido y el apagado

de las bombas sean menores en las siguientes condiciones:

• Hidroneumático convencional

• Hidroneumático precargado

2.1.4.2 Válvula Solenoide. En el dado caso de que la precipitación en una época

del año no sea suficiente para llenar el tanque de agua lluvia, el diseño de

49

recirculación tendría problemas para el suministro a los sanitarios que han sido

diseñados exclusivamente para este abastecimiento.

Para solucionar estos inconvenientes, se instalará una válvula Solenoide

conectada al medidor de servicios que proveerá agua potable a este tanque.

Cuando el nivel del agua lluvia llegue a un nivel mínimo, una señal eléctrica abrirá

la válvula solenoide permitiendo el paso del agua potable hasta un nivel máximo

donde se enviará otra señal eléctrica que cierre o interrumpa dicha circulación por

medio del flotador.

La válvula consta de dos partes:

• La válvula por la cual circula el fluido

• Bobina o electroimán que activa la bomba para abrirla o cerrarla

2.1.5 Desagües y bajantes. Las instalaciones de evacuación o desagüe tienen

como principal misión recoger las aguas sucias y materia fecal de los sitios donde

se originan y conducirlas fuera de la construcción para verterlas en el colector

dispuesto por el acueducto.

50

2.1.5.1 Dimensionamiento de ramales horizontales. “El caudal producido en la

descarga de un aparato se asimila al flujo a través de un orifico con una presión

igual a la altura del nivel de agua respecto a la salida del mismo”.13

ghCdxAq 2=

q: Caudal en L/s

d: Diámetro del orificio en cm

h: Altura del agua sobre el orificio en metros

2.1.5.2 Dimensionamiento de bajantes. El flujo máximo permisible se halla por

medio de la siguiente ecuación:

38

35

754.1 dXrq =

Tomando el valor de r=7/24, para facilidades y rapidez en el diseño, se buscan los

equivalentes en unidades según el método de Hunter.

2.1.5.3 Tipos de agua a evacuar. Las aguas pueden ser:

Blancas. Provistas de la lluvia o nieve, recogida por le drenaje en sumideros o

canalones de cubierta.

13 GRANADOS, Op. Cit., p. 36

51

Residuales. Que provienen de los aparatos sanitarios de limpieza o aseo.

Negras o fecales. Que arrastran materiales fecales y orina.

2.1.5.4 Componentes básicos de un sistema de evacuación. Las partes

principales de una red de de evacuación son:

• Tuberías de evacuación

• Los sifones

• Las tuberías de ventilación.

2.1.6 Aguas lluvias. El agua lluvia proviene directamente de la atmósfera y la

captación de estas depende de la zona donde este ubicado el proyecto, permite

acceder a un volumen de agua lluvia que al compararlo con la demanda de los

habitantes en la edificación, aproxima los datos para satisfacer el consumo de

aparatos sanitarios dentro de la edificación.

2.1.6.1 Conducción y recolección de agua superficial, el caudal generado por

precipitaciones pluviales es recolectado por medio de superficies impermeables

donde las áreas de recolección son obtenidas por la cubierta del edificio,

asumiendo el área proyectada horizontalmente, en el caso de que existan muros

verticales se asigna un porcentaje de recolección.

52

En Colombia se ha obtenido una intensidad aceptada para el diseño de

100mm/hora correspondiente un una frecuencia de 5 anos.

i=100horamm → i=

SmL

3600

100 2 → i= 20278.0

ms

L

2.1.6.2 Dimensionamiento de las canales para aguas lluvias, se utiliza de igual

forma que en desagües, la ecuación de Manning bajo condiciones de flujo

uniforme.

2

23

Q nSA R

⎛ ⎞×⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ × ⎠

Donde

S: Pendiente

Q: Caudal

n: Coeficiente de rugosidad de Manning

A: Área mojada

R: Radio hidráulico

Siendo este un techo inclinado, el agua se entrega preferiblemente en canales

rectangulares, dándole la capacidad de flujo a la pendiente del canal que entrega

a la bajante.

53

70% De la altura del canal esta ocupada por el flujo de agua

30% borde libre

2.1.6.3 Volúmen máximo de almacenamiento. Este volúmen se obtiene con

base al Modelo de Almacenamiento de Agua Lluvia de Dixon. El algoritmo no

calcula directamente el volumen óptimo de almacenamiento, lo que hace es

determinar un indicador de eficiencia denominado WSE (Water Saving Efficiency).

La figura 3 especifica el algoritmo de este modelo.

Donde:

Pt: (mm) Precipitación

Ac: (m2) Área de captación

t: 1 día Tiempo

T: (día) Tiempo total de modelación

Dt: (m3) Demanda total de agua lluvia en un día

Rt: (m3) Volúmen de agua lluvia proveniente de la cubierta mas el jardín

St: (m3) Volúmen de agua en el almacenamiento

Smax: (m3) Volúmen máximo de almacenamiento

Wt: (m3) Volúmen de pérdidas por excedencia

Ot: (m3) Volúmen de salida del almacenamiento

Mt: (m3) Volúmen de demandas NO satisfechas

It: (m3) Volúmen de entrada acumulado (m3)

54

El volúmen adecuado se obtiene ingresando un amplio rango de volúmenes

máximos de almacenamiento (Smáx) con el fin de conseguir el WSE a partir de

diferentes variables. Este indicador mantiene una relación entre el volúmen de

demanda no satisfecha (Mt) y la demanda total (Dt), que ayuda a determinar el

almacenamiento adecuado para cubrir el suministro a los aparatos que requieran

del agua lluvia.

Se obtiene el volúmen de agua en el almacenamiento (St), en un intervalo de

tiempo determinado (1día), partiendo desde de un volumen máximo de

almacenamiento (Smáx), la demanda (Dt) y el volúmen del agua lluvia (Rt) que

ingresa al almacenamiento proveniente de la captación en la cubierta.

Se ejecuta la hoja en Excel que realiza la gráfica entre WSE y Smáx,

determinando la relación de volúmen máximo de almacenamiento para cumplir

con la demanda cumpliendo con una eficiencia superior al 50%.

55

Figura 3. Algoritmo del modelo de Dixón.14

14VILLAREAL E, Dixon. Análysis of a Rainwater Recycling System For Domestic Water Supply in Ringdannsen, Norrkoping. Sweden: Lund University., 2000. 37p.

56

Figura 4. Esquema de la utilización de variables en el Modelo Dixon15

Rt

Wt

Mt

DtOt

Smáx

St

2.1.6.4 Filtración de partículas ó tragantes. Tienen como objeto separar los

materiales sólidos recolectados de la cubierta y evitar que pasen a las bajantes y

al tanque. Los materiales que logran ser atrapados en el filtro o tragante son

partículas como hojas, piedras u objetos que superen el tamaño del tamiz que se

ha diseñado el filtro.

Los tragantes ya tienen el tamiz especificado y son la mejor opción para colocar

en el inicio de la bajante logrando un fácil mantenimiento al ser un dispositivo

compacto y de extracción y remoción inmediata.

2.1.7 Características del agua. El agua en condiciones ideales es inolora,

incolora, poseen fluidez es decir se deslizan empleando poco tiempo en

trasladarse de un sitio a otro cuando se les aplica una presión, es densa y poco

15Ibid., p. 37.

57

compresible, siendo casi seguro afirmar que su densidad no varia con la aplicaron

de presión. Presenta una viscosidad que depende también del material que la

transporta.

Volúmen. El agua al momento de solidificarse aumenta su volúmen,

aproximadamente por cada diez litros de agua se convertirán 11 de hielo, siendo

ésta una de las razones por la cual algunas cañerías que conducen agua se

rompe al helarse el agua en su interior.

Volúmen específico. El agua varía con la temperatura y la presión, teniendo un

mínimo de 1 litro/kg a la temperatura de 4.08oc y a la presión de 1 bar.

El volumen específico cambia con el contenido de sales disueltas en el agua; un

aumento de salinidad de 1g/l hace disminuir el volumen específico en 0,0008l/kg o

aumentar su densidad en 0,0008kg/l.

Densidad. La densidad del agua es 1000 kg/m3 y su volumen específico resulta

0.01m3/kg.

2.1.7.1 Dureza del agua. El exceso de sales convierte a las aguas en impropias

para los usos domésticos, teniendo la desventaja de que disuelven malísimamente

el jabón y no hace espuma, esta agua se conocen generalmente como aguas

duras.

58

Al atravesar las capas de la atmósfera, el agua de lluvia se carga de gas

carbónico (CO2) y pasa a ser ligeramente ácida donde tiene la capacidad de

disolver ciertas sales minerales (tales como las sales de calcio y de magnesio)

cuando atraviesa las diferentes capas del suelo, según la composición de este

último, el agua se cargará más o menos de carbonato de cálcico (CaCO3), que

determina su dureza, siendo la medida de referencia 1oTH=10mgr CaCO3 por litro

de agua.

En ciertas condiciones, y particularmente cuando el agua esta caliente, se

desarrolla un proceso inverso al descrito anteriormente: el gas carbónico (CO2) se

libera del bicarbonato de calcio (soluble) y hay formación de carbonato de calcio

(insoluble) que se cristaliza bajo la configuración de cal.

Se observa que el carbonato de calcio puede presentarse en dos formas distintas,

y según las condiciones ambientales, cristalizar en calcita o dragonita,

provocando, en ocasiones, incrustaciones más o menos resistentes.

Las consecuencias que se derivan de estas acumulaciones de cal son conocidas

por todos: una disminución de los diámetros de las tuberías de conducción de

agua y la consiguiente perdida de presión y de caudal por estrechamiento,

bloqueo de válvulas y dificultades en la hermeticidad de los grifos, obturación de

los atomizadores de grifos y teléfonos ducha, manchas en los sanitarios y un largo

etcétera de inconvenientes todos ellos muy incómodos.

59

Por otra parte, la cal es mala conductora de calor y su adherencia en las

resistencias eléctricas, en los serpentines de las calderas y otros intercambiadores

de calor o en las instalaciones de aire acondicionado, resta una parte importante

de energía disminuyendo su eficacia.

Por consiguiente tocara recurrir al mercado de aparatos descalcificadotes.

2.1.7.2 Análisis de aguas. Las técnicas de análisis de aguas están recogidas en

diversas publicaciones nacionales e internacionales, tales como “Normas

Internacionales para el Agua Potable”, Organización mundial de la Salud (OMS).

Por medio de diferentes análisis se puede determinar la temperatura,

transparencia, olor, color y sabor del agua, aparte de los otros elementos que la

componen. Para el análisis químico general se necesitan como mínimo una

muestra de 2 litros, recogida en un frasco limpio provisto de tapón de vidrio, en los

que se anotara la hora y lugar en que se capto la muestra, enviándola sin retraso

al laboratorio ya que, en ningún caso, deben de transcurrir mas de 72 horas entre

la recogida de la muestra y la realización de su análisis. La temperatura del agua

se tomara en el sitio donde se realice la extracción de la muestra.

Para análisis químicos el color se compara la coloración del agua colocada en

tubos de Nessler con una disolución de platino-cobalto, el olor se determina

diluyendo el agua problema con agua inodora hasta que deje de percibirse este el

60

sabor queda delimitado por la finura del sentido del gusto del operador,

incorporando para todos los análisis diferentes elementos químicos y una variada

metodología.

2.1.8 Tratamiento del agua lluvia.

2.1.8.1 Filtración. Este proceso consiste básicamente en una la consecución de

una diferencia de presión que induce el paso del agua a través de un filtro, la

diferencia de presión se puede lograr por acción de la gravedad o a través de la

acción de una bomba; el filtro debe contener una cámara para contener las

partículas o elementos que se filtran y a su vez permitir el paso del agua.

Filtro de arena. Es recomendable utilizarlo para aguas ligeramente turbias,

funciona por medio de capas de arena y grava que funcionan como cámara

filtrante, su uso no elimina bacterias ni virus pero si remueves quistes y

protozoarios.

Filtro de cerámica. Se usa en aguas con baja turbiedad, consiste básicamente en

utilizar la separación de poros de la cerámica como medio filtrante, presenta una

desventaja grande y es la fácil colmatación del filtro.

Filtro de membrana. Es un medio filtrante donde los poros de la membrana son

más pequeños que los materiales.

61

2.1.8.2 Desinfección. Tiene como finalidad principal la in activación de agentes

patógenos presentes en el agua, se recomienda que para el proceso sea lo mas

eficiente posible es bueno utilizar previamente un proceso de filtración.

Cloración. El cloro es un elemento activo que reacciona con el agua, con

compuestos orgánicos y con varios metales. Se encuentra en las siguientes

presentaciones:

Cloro Gaseoso. Generado a partir de la vaporización de cloro liquido

almacenada baja presión en cilindros.

Hipoclorito de Sodio (liquido). Concentraciones de Cloro entre el 3% y el

10%.

Hipoclorito de Calcio. (Solidó en forma granular). Concentraciones de cloro

entre el 20% y el 70%.

Este proceso aplicando cloro es quizás el más utilizado por sus bajos costos y sus

procesos modernizados que facilitan su aplicación.

Entre sus principales virtudes se pude tomar su buena desinfección de aguas, el

control de olores y sabores y la prevención del crecimiento de algas.

Entre las debilidades que presenta esta la poca efectividad que presenta ante

protozoos. Además los compuesto de cloro son inestables por lo que reduce su

actividad y por ello se presenta dificultad en su almacenamiento.

62

Generalmente en el proceso se usa Hipoclorito de Sodio al 5.1%; una gota por

cada litro.

La mayoría de sistemas desinfectantes se realiza por medio del hipoclorito de

sodio, ofreciendo cantidades seguras y suficientes.

Dosificador de cloro de carga constante. Está compuesto por un tanque que

contiene soluciones de cloro que son descargadas de forma dosificada dentro del

tanque donde se esta tratando el agua lluvia. Se cuenta con un medidor en el

tanque plástico (evita corrosión) que verifica el contenido de cloro y ajusta la

velocidad. Este medidor funciona al comparar los datos ajustados inicialmente al

momento de la configuración de la dosificación y la caracterización permanente

del agua en el tanque.

El proceso de dosificación se realiza a través de un tubo de abasto de diámetro

pequeño, gracias a un flotador y una manguera flexible al cual esta conectado, la

movilización dentro del tanque se realiza de manera vertical dentro del tanque.

El principio de trabajo o de salida de la solución es mediante una carga hidráulica

constante, debido a que la dosificación de cloro sale por un pequeño orificio que

tiene el tubo de abasto; este orificio se encuentra a una distancia sumergida

siempre igual desde el nivel superior de la solución.

63

Foto 1. Sistema de dosificación con hipoclorito.

Características:

• El recipiente para almacenar la solución es de Un volumen cercano a los

200 lt, en un uso moderado, puede rendir por 7 días.

• Las soluciones de cloro a utilizar por lo general se hacen con hipoclorito de

calcio o hipoclorito de sodio.

• Es requerido contar con medidores del contenido de cloro (comparadores)

para ajustar la velocidad de dosificación aplicándose.

Dosificador de cloro instalado en el estanque. “El dosificador de cloro

instalado en el estanque, contiene en su interior un canastillo con una cápsula de

hipoclorito cálcico HTH de 300 gramos de peso. Simples giros de la tapa en la

dirección de cierre (en el sentido de las manecillas del reloj) introduce el canastillo

conteniendo la cápsula de cloro, en el flujo de agua que recorre el interior del

dosificador.

64

Varias vueltas a la tapa permiten regular la entrega de cloro al agua en rangos que

van desde 1 ppm/litro (agua potable) a 5 ppm/litro (agua para higienización de

baños, agua para procesos industriales, regadío de flores y verduras para impedir

presencia de algas, pseudomonas y fitoftoras SPP, etc.).

Vueltas a la tapa en sentido contrario a las manecillas del reloj permiten al resorte

de acero especial, colocado al fondo del cuerpo del dosificador, retirar el canastillo

secuencialmente fuera del flujo hidráulico, disminuyendo así la puesta.

Características:

• El dosificador permite la potabilización del agua en forma rápida y sencilla.

• Recomendado para instalaciones domiciliarias

• Uso para agua potable.

• Caudal a tratar: 150 lt/min aprox.

• Diámetro de cañería (conexión): 48mm

• Regulación entrega de cloro en ppm.

Dimensiones del Equipo:

• Altura: 23 cm.

• Ancho (base conexiones): 13 cm.

• Peso: 1,5 Kg aprox.

65

Hipoclorador. Es propiamente utilizado en reservorios o tanques de

almacenamiento.

Consta de un recipiente de barro o plástico con la parte superior e inferior abierta,

que permite la circulación del agua a través del filtro y la desinfección del agua en

su interior que contiene una mezcla de arena y polvo blanqueador cloro.

Sus detalles están explicados más adelante en el capitulo de ingeniería, debido a

que este sistema de purificación es el escogido para el proyecto.

Yodo. Presenta una alta eficacia para la inactivación de bacterias y virus; su

mayor desventaja es quizás su elevado costo y adicional a esto su utilización está

regulada en forma estricta por el Ministerio de Salud; de ahí que los métodos de

utilización y adquisición no son sencillos.

Luz ultravioleta. Consiste en la esterilización que se logra por medio de rayos

ultravioleta de longitud de onda entre 200 y 300 mm. Puede lograr la eliminación

de virus, bacterias, hongos, algas y protozoos.

El agua a esterilizar debe circular lo más próximo posible de la fuente de los rayos

en una corriente del menor espesor posible, la turbiedad debe ser baja para evitar

obstrucción de los rayos de luz entre la fuente y los microorganismos.

66

Ozonización. El ozono es un gas inestable y su producción se debe generar en el

sitio donde se va a utilizar, presenta un demasiado alto.

El RAS 2000 sugiere el uso de ozono en los siguientes casos:

Manejo de Color y Sabor entre otros.

Por su acción bactericida y virulicidad.

Oxidación Materia Orgánica y Micro-componentes.

Como desventaja cabe resaltar que no puede emplearse en aguas que contienen

hierro o amoniaco.

2.1.9 Mantenimiento del sistema de recirculación de agua lluvia

2.1.9.1 Cubierta. Se mantiene libre de cualquier tipo de vegetación que pueda

obstruir el sistema en las canales o bajantes.

2.1.9.2 Canales. Limpieza permanente mensual o quincenal que evite la creación

de algas o vida de insectos.

2.1.9.3 Interceptor o sedimentador. De no tener una mantenimiento mensual, el

interceptor almacenaría arenas y materiales de lavado de cubierta que no

permitiría el correcto funcionamiento para los procesos de calidad del agua.

67

2.2 MARCO CONCEPTUAL

La siguiente tabla muestra la definición dada en la elaboración de este proyecto y

la dada por los autores guías.

Cuadro 2. Marco Conceptual

TERMINO DEFINICIÓN CITA

Aguas lluvias Las provenientes de precipitación y

escorrentía

“Estas aguas son provenientes de la

precipitación pluvial, contienen cantidades

propias de ácidos y bacterias que

requieren de un previo control y proceso

para llegar al consumo humano.”16

Aguas usada,

servidas o negras

Cualquier combinación de desperdicios

transportados por aguas, y

provenientes de residenciales, de

edificios comerciales, industriales o de

instituciones.

El mismo autor define “Las aguas negras

son generadas por las actividades

humanas y sólo en países desarrollados

son tratadas parte de ellas, para

eliminarles los componentes

considerados peligrosos y para reducir la

demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

antes de ser arrojados a los conductos de

aguas negras.”17

Bajante

Tubería vertical que recibe y conduce

aguas negras y lluvias.

“Es una tubería de desagüe que funciona

verticalmente que recibe agua de

sanitarios, y de otros aparatos.”18

Cámara de aire Dispositivo para amortiguar el golpe de

16Ibid., p. 46. 17Ibid., p. 46. 18GRANADOS, Op. Cit., P. 28.

68

(recamara) ariete.

“Consiste, por lo regular en un tramo

vertical de tubo tapado en el extremo

superior, con la finalidad de reducir o

eliminar los ruidos de martilleo producido

al cerrar bruscamente los grifos o las

válvulas.” 19

Caudal promedio.

Este tipo de caudal no coincide con las

condiciones de los caudales ni de

presiones en situaciones de horas pico,

por este motivo no se utiliza para el

diseño

“No podría coincidir con las condiciones

del caudal y presión para cada aparato en

situaciones de hora pico.”20

Caudal máximo

probable.

Este es el más recomendado para los

diseños de sistemas de suministro.

“Es el caudal más alto que probablemente

se puede presentar en cada tramo de

tubería y con el cual se puede diseñar.”21

Colector

Tubería destinada a recoger y conducir

agua.

El “colector es la tubería de alcantarillado

público que recibe o colecta las aguas

servidas domiciliarias. Es colocado en

forma subterránea, generalmente al

medio de la calle, de manera que cada

una de las viviendas de esa vía puedan

conectarse para la evacuación apropiada

de las aguas servidas.”22

Filtración

Separación de las partículas y

microorganismo que no son removidos

en la sedimentación.

“Es un proceso complejo en el cual se

combinan el cernido, la sedimentación, el

contacto interfacial y aún la floculación,

19HAAN, Enno. Guía de plomería doméstica.1997.México.152p 20GRANADOS, Op. Cit., P. 138. 21Ibid., p. 138. 22WIKIPEDIA. Colector. [on line]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Colector> [22 de Mayo de 2006].

69

para retirar sólidos suspendidos, flóculos,

granos de arena, bacterias, etc.” 23

Floculación

Es la aglomeración de partículas

desestabilizadas en microflóculos y

después en los flóculos más grandes

que pueden ser depositados llamados

flóculo. La adición de otro reactivo

llamado floculante puede promover la

formación del flóculo.

En el manual de teoría básica, la

ingeniera expresa “El objetivo principal de

la floculación es reunir las partículas

desestabilizadas para formar

aglomeraciones de mayor peso y tamaño

que sedimenten con mayor eficiencia.” 24

Fontanería o

instalación interior

Conjunto de tuberías, equipos o

dispositivos destinados al

abastecimiento y la distribución del

agua y a la evacuación y ventilación de

los residuos líquidos dentro de las

edificaciones.

” Conjunto de instalaciones para la

conducción y distribución de agua en un

edificio.”25

Golpe de ariete Sobre presión producida por la

detención brusca del flujo de agua.

“Ruido que se produce generalmente en

el final de una conducción y se debe

principalmente a la parado brusca de la

vena liquida de una tubería a

consecuencia del cierre rápido de un grifo

o llave de paso.” 26

Polución

Presencia de sustancias, de productos,

de residuos o de agentes biológicos, en

el agua, aire, suelo, alimentos,

medicamentos, drogas o en cualquier

otro medio receptor que ocasionan o

“Es la alteración de mezclar aguas

hervidas, líquidos, suspensiones u otras

sustancias en cantidad tal que alteran su

calidad volviéndola ofensiva a la vista,

gusto u olfato.”27

23 HERRERA H., Martha C. Diseño para la Optimización de la Planta de Tratamiento de Aguas para el Consumo Humano. Bogotá 24 VARGAS, Lidia. Floculación. 265p 25 SALVAT EDITORES. Enciclopedia SALVAT.1971. Tomo 6. 1444 p. 26 CASANUEVA, Francisco. Como reparar las averías de fontanería. 147 p. 27 PEREZ CARMONA, Rafael .El arte de construir agua.1995.195p

70

que puedan ocasionar molestias o

perjuicios.

2.3 MARCO NORMATIVO

Cuadro 3. Marco Normativo

NORMA AÑO DESCRIPCIÓN

ICONTEC 1500 2004

Establece las reglamentaciones tendientes a proveer la instalación

interior de una edificación, de un sistema adecuado de distribución de

agua potable, capaz de suministrar cantidades suficientes a presiones y

velocidades adecuadas que permitan el correcto funcionamiento de todo

el sistema.

RAS (Reglamento

técnico del sector

de agua potable)

2000

Este reglamento tiene por objeto señalar los requisitos técnicos que

deben cumplir los diseños, las obras y procedimientos correspondientes

al sector de agua potable y saneamiento básico y sus actividades

complementarias.

DECRETO 1594 1984

Contiene la información necesaria para el control de vertimiento de aguas

y da las pautas de contenidos admisibles de los resultados de análisis

físicos y químicos de aguas

DECRETO 475 1998

Por el cual se expiden las normas técnicas de la calidad del agua

potable.

2.4 MARCO CONTEXTUAL

2.4.1 Ubicación. El proyecto se encuentra ubicado en la Calle 169 No 58-01,

barrió San José de Bavaria localidad, suba en la ciudad de Bogotá D.C.

71

Es un conjunto residencial llamado PORTAL DE TERRANOVA. Este proyecto

consta de tres torres, cada torres tiene 5 pisos con 4 aptos en cada uno.

El desarrollo de este proyecto está solo enfocado a la primera torre. Cabe resaltar

que éste ya fue construido en su totalidad. La altura estimada de la zona sobre el

nivel del mar está estimada en 2615 m.

2.4.2 Características de la zona

Extensión: 10.055 hectáreas

Limite Norte: Municipio de Chía y el río Bogotá

Límite sur: Calle 100 (localidad de Barrios Unidos) y el río Juan Amarillo

(Localidad de Engativá)

Limite occidente: Río Bogotá (Municipios de Cota y Chía)

Límite oriente: Autopista Norte (Localidad de Usaquén).

Figura 5.Ubicación Zona Suba en Bogotá

72

2.4.3 Historia pluvial. Suba se ubica en las cuencas de los ríos Salitre y Bogotá

Cuenta además con las cuencas de Torca y la Conejera; la laguna de Tibabuyes y

las chucuas de Guaymaral y la Conejera.

2.4.3.1 Recursos hídricos cercanos

Río Bogotá

Río Juan Amarillo

Canal Córdoba

Canal de los Molinos

Chucua Guaymaral

Canal de la Conejera

Chucua de la Conejera

Laguna de Tibabuyes

2.4.3.2 Características climáticas

Temperatura: 12.6 °C,

Clima: Subhúmedo

Precipitación media anual: 900 a 1.000 mm

Humedad relativa máxima: 77.6% meses lluviosos y 52.0% meses secos

3. DISEÑO METODOLOGICO PRELIMINAR

3.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

Según el planteamiento para realizar este proyecto es una Investigación aplicada,

es decir que se caracteriza por la aplicación de conocimientos que se han

adquirido alrededor de un proceso educativo, y se encuentra ligada a una

investigación básica, ya que todo el proceso de aplicación no se puede dar sin un

previo aspecto teórico, y viéndolo desde otro punto de vista más amplio la

investigación se conocerá como mixta ya que involucra las dos clasificaciones

mencionadas inicialmente.

La metodología a seguir en el proceso del desarrollo es secuencial, es decir será

un proceso consecutivo, en el cual las actividades a desarrollar en la mayoría de

los casos estarán directamente ligadas a la inmediatamente anterior, cabe aclarar

que en algunos casos los progresos se darán a la par, las fechas de inició serán

las mismas o se traslaparan pero las fechas de terminación no coincidirán, y de

ahí que la duración sea prácticamente distinta para todos los ítems que se van a

desarrollar.

Las etapas que se realizaron durante el proyecto de investigación fueron:

74

ETAPA 1. Descripción de la zona de estudio

-Recopilación de información de la localidad

-Descripción de las precipitaciones

-Características socioeconómicas

ETAPA 2. Diseño redes hidrosanitarias agua potable

-Prediseño de las tuberías de suministro y aguas residuales

-Asignación de unidades de acuerdo a puntos sanitarios

-Diámetros definitivos dados de acuerdo a la normatividad

-Diseño de ventilación para sistema de aguas residuales de acuerdo al número de

unidades

ETAPA 3. Captación de aguas lluvias

-Determinación de área optima de captación

-Dimensionamiento de canales y tuberías de conducción

-Análisis de la demanda de agua para sanitarios y riego

-Aplicación de modelo Dixon para dimensionar tanque

-Diseño suministro sanitarios de agua recirculada

-Diseño sistema auxiliar de suministro

ETAPA 4. Calidad y características de las aguas lluvias

-Toma de muestras y conservación

-Ensayos de caracterización

75

-Diseño tratamientos de aguas lluvias

ETAPA 5. Conclusiones y recomendaciones

-Planteamiento de conclusiones

-Planteamiento de recomendaciones

3.2 OBJETO DEL ESTUDIO

El objeto del estudio de la presente investigación es el diseñar un sistema que

permita captar y tratar según las necesidades el agua lluvia de un edificio para su

posterior aprovechamiento en sanitarios y riego.

3.3 INSTRUMENTOS

Durante el desarrollo del proceso investigativo y de diseño existió la necesidad de

apoyarnos en diferentes instrumentos que relacionamos a continuación:

- Código Colombiano de Fontanería (Norma ICONTEC 1500)

- Reglamento del sector del agua potable (RAS 2000)

3.4 VARIABLES

CATEGORÍA DE ANÁLISIS VARIABLES INDICADORES

Captación de agua Habitantes

Precipitación

Zona

Demanda

Oferta

Calidad y características del agua

Limpieza Ensayos laboratorio Calidad del agua (metales, ácidos, bacterias, etc.)

76

3.5 HIPOTESIS

El sistema de captación funciona de forma óptima, mantiene los sanitarios con

agua lluvia y genera un ahorro económico significativo para los usuarios, además

se garantiza la utilización extra del agua captada, libre de impurezas y amenazas

para cualquier persona.

4. TRABAJO INGENIERIL

4.1 DISEÑO DE SUMINISTRO

4.1.1 Acometida domiciliaria 4.1.1.1 Diseño del tanque, el diseño de suministro depende directamente del tipo

de uso que se le de a la edificación, de esto depende la estimación del consumo.

Uso de la edificación: Vivienda

Litros/hab-día: 200 A 250

Caudal requerido por la edificación

Q= Dotación * habitantes

Donde:

Dotación del Acueducto de Bogotá Q = 210 litros/hab./día

Habitantes (12 personas x 5 Pisos) = 60 habitantes.

Q= 210 *60*

Lts personaspersona día

=12.600 ltsdía

Q= 12.63m

día

78

Caudal suministrado por el acueducto:

Qa=( / )

( )Q Lts día

T seg

Donde:

Tiempo de recolección = 4 horas = 14400 seg

Caudal requerido por la edificación Q = 12600 Lts/día

Qa= 12600 /14400

Lts díaseg

Qa= 0.88Lts/día

El tanque se diseña con un caudal de 312.6 /Q m día= . Se asume únicamente un

tanque bajo siguiendo los parámetros utilizados en la actualidad. Jeringa

Volúmen del tanque por diseño = 12.6 m3

Volúmen obtenido según dimensiones = 14.0 m3

Dimensiones del tanque, por diseños arquitectónicos el tanque se divide en 2

rectángulos.

h: Altura máxima nivel del agua h = 2 m

A: Área total del tanque vista en planta A = A1 + A2

79

A1: 3.34m * 1.41m A1= 4.69m2

A2: 1.70m * 3.56m A2= 6.05m2

At: 10.74m2

V: 10.74m2 * 2m = 21.48m3

Figura 6. Detalle perfil tanque de almacenamiento

Figura 7. Dimensiones reales tanque de almacenamiento

DIMENSIONEN METROS

80

4.1.1.2 Determinación del diámetro de la red de distribución hasta el tanque

del edificio. Se debe tener en cuenta que cada diámetro presenta un valor

diferente de perdidas por fricción. El criterio depende de que al multiplicar este

valor por la longitud total de la tubería (desde la red de distribución hasta la

totalizadora), produzca una perdida suficientemente pequeña para poder seguir

aprovechando la presión que entrega el Acueducto de Bogotá a la vivienda.

Los diámetros son escogidos según el caudal y las pérdidas que tengan hasta la

llegada al tanque revisando que la velocidad no supere 2.0m/s,

Q (caudal en lps) = Q/t = 12600/14400 = 0.88lps

4.1.1.3 Pérdidas en la acometida, se calculan por medio de la formulas de

Flamant que han sido adaptadas para tuberías de diámetros pequeños.

Tabla 6. Calculo de pérdidas en tuberías y accesorios

CAUDAL (LPS) DIAM (PULG) V(m/s) hv(m) Df0,95 1 1/4" 1,2 0,07 0,041 28

Diámetro escogido 1 1/4”, cumple con la velocidad menor a 2.0 m/s, las pérdidas

permiten una altura prudente de presión para la llegada al tanque.

28 PÉREZ CARMONA, R Diseño de instalaciones hidrosanitarias y de gas para edificicaciones. 2 ed. Bogotá: Ecode Ediciones, 1997. p.50. ISBN 958-648-267-7.

81

4.1.1.4 Pérdidas en la tubería, la longitud del tramo desde el suministro del

acueducto hasta la llegada al tanque de la edificación, presenta pérdidas en la

tubería y en los accesorios.

Longitud total de la tubería 15.84 + 17.01 + 2.76 = 35.6m ≈ 36 m

Perdidas por fricción: 36m x 0.041m = 1.48m

Perdidas por velocidad: 36m x 0.07 m = 2.52m

4.1.1.5 Pérdida en los accesorios, el material utilizado para el medidor y el

registro válvula de compuerta abierta es galvanizado C=100, a diferencia del codo

de radio corto y la salida que se trabaja en PVC C=150.

Figura 8. Detalle acometida domiciliaria

DETALLE ACOMETIDA DOMICILIARIA

COLLAR DEDERIVACION

REGISTRO DE DERIVACION

TUBERIA PF+UAD

REGISTRO ANTIFRAUDE

REGISTRO BOLA

MEDIDOR

UNION GALV.

ADAPTADOR PF + UAD MACHO

UNION GALV.

ADAPTADOR MACHO PVC

TUBERIAPVC

82

Tabla 7. Pérdidas totales producidas por accesorios en la acometida

ACCESORIO DIAM (PULG) MATERIAL CANTIDAD UNIDAD TOTALRegistro antifraude 1 1/2" Bronce 1 0,4 0,4Mediror 1 1/2" 1 1,5 1,5Reg. valv. com. abierta 1 1/2" Bronce 1 0,4 0,4Codo radio corto 1 1/2" Pvc 2 0,87 1,74Salida 1 1/2" Pvc 1 0,79 0,79

4,83Pérdida total producida por accesorios

Total pérdidas = Perdidas de la tubería + perdidas por accesorios

Total pérdidas = 1.48m + 2.52m + 4.83m

Total perdidas = 8.83 m

4.1.1.6 Altura de presión de llegada al tanque, la presión efectiva vertical

proporcionada por el acueducto de Bogotá se encuentra entre 15 y 20 m. Para la

zona norte entre calles 200 y 160 oeste esta altura es de 16 m.

Altura de presión de llegada al tanque = 16.0 m – 8.83 m = 7.17 m

4.1.2 Estimación de caudales en la edificación 4.1.2.1 Prediseño, se hace el prediseño en los planos de la ruta que llevará la

distribución de agua caliente y de Agua fría de tal manera que abastezca a

TODOS los aparatos con la mínima cantidad de agua que satisfaga los requisitos

de presiones y velocidad.

Es recomendable que la tubería de suministro dentro de un mismo apartamento

este equipada con una o más válvulas para cerrar el paso del agua a los aparatos

83

y equipos o al conjunto sanitario servido de forma individual sin que esto interfiera

con el servicio a los otros cuartos.

4.1.2.2 Método de Hunter para determinar el caudal y diámetro para cada

tramo de la distribución interna de cada cuarto (distribución de agua fría),

para la suma ordenada de las unidades correspondientes a cada tramo en la

tubería principal de distribución, es recomendable hacer un registro en cada salida

del cuarto de baño, cocina o patio que tengan entrada de suministro, para que las

unidades que pertenece a cada cuarto sea un único valor que hace parte de la

sumatoria en la tubería principal del apartamento hasta llegar al medidor. Ver

anexo 1 y anexo 2

Dato de entrada: Caudal en el tramo.

Baño

Figura 9. Instalación tubería agua fría para el baño

A

REGISTRO

14

84

Tabla 8. Especificación tubería agua fría para el baño

TRAMO UNIDADES CAUDAL LPS DIAM (PULG) VEL. (m/s)14-A Ducha → Lavamanos 1.5 0.16 ½” 0.10

A-REG Lavamanos → Registro 2,25 0,19 1/2" 1,52,25 0,19 1/2" 1,5TOTAL UNIDADES DE AGUA

APARATO

Calentador para los aptos 102,103, 104

El total de la unidades que llegan al calentador equivale a la sumatoria de las de la

unidades que llega a cada uno aparatos, respetando el porcentaje dado al peso

de agua fría o agua caliente al cual se le de mayor peso. Esta unidad equivale a

¼, o sea al 25% de la unidad.

Figura 10. Instalación tubería agua fría de llegada al calentador

APTO 102, 103 Y 104

4

17

14

11

8

9

1016

d

e

f

19 UNDMEDIDOR

0.25

0.

75 0.5

1.5

1.50.5

0.75

0.25

1.5 0.5

0.51.5

3

0.75 und

7 un

d

5.25 und

10.5

und

19 und

DISTRIBUCION DE UNIDADES

A.F. (75%) A.C.(25%)

BAÑO 1

BAÑO 2

COCINA

TOTAL

2.25 0.75

2.25 0.75

6 1

10.5 2.5

0.75 und

1 und

8.5 und

15

85

Tabla 9. Especificación tubería agua fría de llegada al calentador

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)14-16 (Ducha1 +Lavm1) →Punto 16 0,75 0,06 1/2" 0,4715-16 (Ducha2 +Lavm2) →Punto 16 0,75 0,06 1/2" 0,4716-17 punto 16 →Punto 17 1,5 0,1 1/2" 0,75

19-18 lavaplatos →Lavadora 0,5 0,06 1/2" 0,4718-17 Lavadora →Punto 17 1 0,06 1/2" 0,47

17-cal ∑ unid entra al pto 17 →Calentador 2,5 0,16 1/2" 1,272,5 0,16 1/2" 1,27

APARATO

TOTAL UNID. DE ENTRADA AL CALENTADOR

Patio y cocina. Mayor peso a.f. para los aptos 102,103, 104

Figura 11. Instalación tubería agua fría de llegada al calentador

86

Tabla 10. Especificación tubería agua fría para patio y cocina

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)CAL -Punto D Calentador → Punto D 2.5 0.16 1/2" 1.27LAV -Punto D Lavadero → Punto D 3.0 0.19 1/2" 1.5Punto D - E Punto D → Lavadora 5.5 0.29 3/4" 1.23

E - Punto F Acum. Lavadora → Punto F 7.0 0.38 3/4" 1.33LVP - Punto F Lavaplatos → Punto F 1.5 0.1 1/2" 0.75Punto F-11 Punto F →Registro 8.5 0.46 3/4" 1.6

8.5 0.46 3/4" 1.6TOTAL UNIDADES AGUA FRIA

APARATO

Calentador para el apto 101. Llegada al calentador. Mayor peso Agua Fría 75% y

Agua Caliente 25%

Figura 12. Especificación tubería agua fría para la llegada al calentador

0.75

1.5

0.5 0.

2520

0.5

0.5

21

23

22

0.75 und

1.5

1.5

3.0

1 un

d

1.75 und

87

Tabla 11. Especificación tubería agua fría para la llegada al calentador

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)20-21 (Ducha1 +Lavm1) → Punto 21 0,75 0,06 1/2" 0,47

23-22 Lavaplatos → Lavadora 0,5 0,06 1/2" 0,4722-21 Lavadora → Punto 21 1 0,06 1/2" 0,47

21-Cal Punto 21 → Calentador 1,75 0,11 1/2" 0,891,75 0,11 1/2" 0,89

APARATO

TOTAL UNID. DE ENTRADA AL CALENTADOR

Patio y cocina mayor peso agua fría para el apto 101

Tabla 12. Especificación tramos de tubería agua fría para el patio y cocina apto 101

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)CAL -Punto G Calentador → Punto G 1.75 0.11 1,/2" 0.89LAV -Punto G Lavadero → Punto G 3.0 0.19 1/2" 1.5Punto G - H Punto G → Lavadora 4.75 0.24 1/2" 1.91H - I Lavadora → Punto I 6.25 0.34 3/4" 1.17J -I Lavaplatos → Punto I 1.50 0.1 1/2" 0.75I - 12 Punto I → Registro 7.75 0.42 3/4" 1.49

7.75 0.42 3/4" 1.49TOTAL UNIDADES AGUA FRIA

APARATO

4.1.2.3 Método de Hunter para determinar el caudal y diámetro para cada

tramo de la distribución interna de cada cuarto (distribución de agua

caliente), la asignación de las unidades comienza a partir del aparato más lejano

de cada ramal y sigue un recorrido hasta la salida del calentador, donde llegan

todas las unidades de agua caliente que estiman el caudal necesario para la

distribución.

88

Calentador Apartamentos 102,103, 104, Llegada al calentador. Agua Fría 25% y

Agua Caliente 75%

Figura 13. Especificación tramos de tubería de llegada al calentador con mayor peso de agua fría

APTO 102, 103 Y 104

4

17

14

11

8

9

1016

d

e

f

19 UNDMEDIDOR

0.75

0.

25 1.5

0.5

0.51.5

0.25

0.75

0.5 1.5

1.50.5

3

2.25 und

7 un

d

0.75 und

7.5

und

19 und

DISTRIBUCION DE UNIDADES

A.F. (75%) A.C.(25%)

BAÑO 1

BAÑO 2

COCINA

TOTAL

0.75 2.25

0.75 2.25

4 3

5.5 7.5

2.25 und

3 und

11.5 und

15

Tabla 13. Especificación tramos de tubería agua caliente en llegada del calentador en los aptos 102, 103, 104

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)14-16 (Ducha1 +Lavm1) →Punto 16 2,25 0,15 1/2" 1,1515-16 (Ducha2 +Lavm2) →Punto 16 2,25 0,15 1/2" 1,1516-17 punto 16 →Punto 17 4,5 0,24 1/2" 1,85

19-18 lavaplatos →Lavadora 1,5 0,1 1/2" 0,7518-17 Lavadora →Punto 17 3 0,19 1/2" 1,5

17-cal ∑ unid entra al pto 17 →Calentador 7,5 0,41 3/4" 1,417,5 0,41 3/4" 1,41

APARATO

TOTAL UNID. DE ENTRADA AL CALENTADOR

89

Patio y cocina mayor peso a.c. para los aptos 102,103, 104

Tabla 14. Especificación tramos de tubería agua caliente en patio y casino en los aptos 102, 103, 104

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)CAL -Punto D Calentador → Punto D 7.5 0.41 3/4" 1.41LAV -Punto D Lavadero → Punto D 3.0 0.19 1/2" 1.5Punto D - E Punto D → Lavadora 10.5 0.51 3/4" 1.81

E - Punto F Acum. Lavadora → Punto F 11.0 0.54 3/4" 1.83LVP - Punto F Lavaplatos → Punto F 0.5 0.06 1/2" 0.47Punto F-11 Punto F →Registro 11.5 0.56 3/4" 1.61

11.5 0.56 3/4" 1.61TOTAL UNIDADES AGUA FRIA

APARATO

Calentador Apartamento 101, Llegada al calentador. Agua Fría 25% y Agua

Caliente 75%

Tabla 15. Especificación tramos de tubería agua caliente, llegada al calentador en el apto 101

TRAMO UNIDADE CAUDAL DIAM VEL. (m/s)20-21 (Ducha1 +Lavm1) → Punto 21 2.25 0.15 1/2" 1.2

23-22 Lavaplatos → Lavadora 1.5 0.1 1/2" 0.7522-21 Lavadora → Punto 21 3 0.19 1/2" 1.5

21-Cal Punto 21 → Calentador 5.25 0.27 3/4" 0.95.25 0.27 3/4" 0.94

APARATO

TOTAL UNID. DE ENTRADA AL CALENTADOR

Patio y cocina mayor peso a.c. para los aptos 101, Los diámetros obtenidos en

el diseño de agua fría se respetan de igual forma que se respetan los obtenidos

con mayor peso en agua caliente.

90

Tabla 16. Especificación tramos de tubería agua caliente, patio y cocina en el apto 101

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)CAL -Punto G Calentador → Punto G 5.25 0.27 3/4" 0.9LAV -Punto G Lavadero → Punto G 3.00 0.19 1/2" 1.5Punto G - H Punto G → Lavadora 8.25 0.47 3/4" 1.57H - I Lavadora → Punto I 8.75 0.47 3/4" 1.57J -I Lavaplatos → Punto I 0.50 0.06 1/2" 0.47I - 12 Punto I → Registro 9.25 0.48 3/4" 1.67

9.25 0.48 3/4" 1.67TOTAL UNIDADES AGUA FRIA

APARATO

4.1.2.4 Método de Hunter para determinar el caudal y diámetro para tramos

principales de la tubería de distribución dentro de cada apartamento,

teniendo especificado los caudales de salida de cada cuarto independiente, la

sumatoria de unidades por medio de los tramos principales nos entrega el

diámetro a utilizar en las zonas de corredores y llegadas a la columna de

distribución. Ver anexo 3.

Tabla 17. Especificación de unidades por apartamento

TRAMO UNIDAD CAUDAL DIAM (PULG) VEL. (m/s)APTO 101

13-12 2,25 0,27 3/4" 0,912-4 10 0,5 3/4" 1,75

APTO 1029-15 2,25 0,19 1/2" 1,58-10 2,25 0,19 1/2" 1,510-11 4,5 0,25 3/4" 0,8811-4 13 0,64 1" 1,26

APTO 1031-2 2,25 0,19 1/2" 1,52-3 4,5 0,25 3/4" 0,883-4 13 0,64 1" 1,26

APTO 1047-6 2,25 0,19 1/2" 1,56-5 4,5 0,25 3/4" 0,885-4 13 0,64 1" 1,26

91

Figura 14. Especificación tramos de tubería de llegada al calentador con mayor peso de agua fría

APTO 103

APTO 101

6

5

78

9

4

1

2

3

10

11

12

13

APTO 102

APTO 104 4

3

2

1

5

6

7

16

13

12

14

11

8

9

1015

a

b

c

2.25 und0.19 lps1.5 m/s1/2"

4.5 und0.25 l/s1.97 m/s3/4"

2.25 und0.19 l/s1.5 m/s

2.25 und0.19 l/s1.5 m/s

10 und0.50 l/s1.75 m/s

2.25 und0.19 l/s1.5 m/s

13 und0.64 l/s1.26 m/s

13 und0.64 l/s1.26 m/s

13 und0.64 l/s1.26 m/s

2.25 und0.19 lps1.5 m/s

4.5 und0.25 l/s1.97 m/s

4.5 und0.25 l/s1.97 m/s

El total de unidades por piso es la suma de las unidades de los apartamentos

Unidades por piso: 13*3 + 10=49 und.

92

4.1.2.5 Cálculo de la columna de distribución, una vez obtenidas las unidades

de salida de cada apartamento, se cuantifica el total de todos para tener la

cantidad requerida por piso, luego se baja a través de la columna de distribución

sumando unidades por piso hasta llegar a las bombas. Ver anexos 4,5 y 6.para la

determinación de diámetros.

Figura 15. Esquema vertical de suministro

93

Tabla 18. Especificaciones de la tubería en columna vertical.

UNID. DIAM. (PLG) CAUDAL (l/s) VEL (m/s)PISO 5-4 49 1 ½” 2 1,7PISO 4-3 98 2" 2,75 1,36PISO 3-2 147 2 ½” 1,41 1,08PISO 2-1 196 2 ½” 4,08 1,27

PISO 1-Bomba 245 2 ½” 4,7 1,46TOTAL UNIDADES 245 2 ½” 4,7 1,46

El caudal necesario para la bomba es 4.7 m/s

4.1.2.6 Cálculo de la impulsión de la bomba, la presión final de la ducha más

lejana del apartamento más alto del edificio mas alejado del cuarto de bombas NO

debe ser menor a 10 m.c.a. Esto depende del tipo de estrato que se este

manejando en la construcción y el tipo de duchas que se estén utilizando según

las especificaciones.

La ruta crítica se sigue desde el predimensionamiento de la ducha mas lejana

siguiendo la ruta establecida por agua caliente hasta llegar al calentador; Cuando

sale del calentador sigue por la ruta de agua fría hasta el medidor respetando los

diámetros seleccionados cuando el Agua fría se dimensiono con su peso.

Después de ubicada la presión final, de la salida del apartamento, pasa por el

medidor y de allí llega a la columna de suministro y se baja por ella hasta llegar a

las bombas.

94

Pérdidas producidas por los accesorios en la tubería, para representar la

pérdida adicional dentro de un tramo que tenga accesorios, éste se puede

convertir en una longitud equivalente que ocasione dentro de la tubería la misma

pérdida por fricción que la que puede producirse en un tramo recto.

Figura 16. Ruta critica

14

16

17

11

4

CALENTADOR

2.25U; Q=0.15lps; 1/2 "

APTO 102

4.5U; Q=0.24lps; 1/2 "

7.5U; Q=0.41lps; 3/4 "

10.5U; Q=0.51lps; 3/4 "

11U; Q=0.54lps; 3/4 "

11.5U; Q=0.56lps; 3/4 "

19U; Q=0.86lps; 1 "

d

e

f

95

Tabla 19. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en Pvc C=150

DIAMETRO CODO 90· TEE P.D TEE P.L½” 0.28 0.20 0.76¾” 0.39 0.29 1.021" 0.50 0.38 1.28

Tabla 20. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en Cobre (Cu) C=140

DIAMETRO VALV DE RET TIPO PESADO VALV. COMP. ABIERTA2" 4.83 0.28

2 ½” 4.83 0.343" 4.83 0.41

Tabla 21. Longitudes equivalentes (ml) para cálculos de pérdidas en (Hg) C=100

DIAMETRO CODO 90 r.m· TEE P.D TEE P.L ENTRADA SALIDA2" 2.00 1.54 4.89 1.18 2.21

2 ½” 2.47 1.91 5.98 1.50 2.753" 2.94 2.28 7.08 1.82 3.29

Pérdidas por accesorios en el Tramo 14-16

2 Codos ½” Pvc → Le= 0.28 m x 2 = 0.56 m

1 Tee P.D ½” Pvc → Le= 0.20 m x 1 = 0.20 m

1 Tee P.L ½” Pvc → Le= 0.76 m x 1 = 0.76 m

Total pérdidas por accesorios en el tramo 14-16

(0.56m + 0.20m + 0.76m) → Le=1.52 m

96

Cálculo de pérdidas en la ruta crítica dentro del apto desde la ducha hasta

llegar al calentador. Se toma ruta crítica en la tubería de agua caliente debido a

las pérdidas que presenta el calentador.

Las tablas y tramos están especificados en la figura 16.

Tabla 22. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta la llegada del calentador

CANT. DESCRIPCIÓN Φ Le ∑Le14-16 0,15 1/2" CPVC 2 Codo 1/2" 0,28 0,56 1,32

1 Tee P.L 1/2" 0,76 0,76

16-17 0,24 1/2" CPVC 1 Ampliacion 1/2"x3/4" 0,16 0,16 0,451 Tee P.D 3/4" 0,29 0,29

17 -CAL 0,41 3/4" CPVC 2 Codos 3/4" 0,39 0,78 0,78

MATERIAL LONGITUD EQUIVALENTE DEL ACCESORIO TOTAL Le ACCESORIOTRAMO CAUDAL

(l/s)DIAM. (pulg)

Cálculo de pérdidas en el calentador.

Tabla 23. Pérdidas causadas dentro del calentador

10 9

15 10

20 11

CALENTADOR EN LPM PERDIDA EN PSI

La universidad nacional ha efectuado pruebas de laboratorio para calcular las

pérdidas en un calentador de paso y los datos obtenidos se encuentran en la

siguiente tabla. Ver detalle de calentador de paso utilizado en el anexo 7.

97

Cálculo de pérdidas del calentador hasta el medidor.

Figura 17. Isométrico de la ruta critica

CALENTADOR

REG 34"MEDIDORLAVAPLATOS

LAVADERO

1"

1"

34"

34"

1"

12"

12"

D

F

11

Tabla 24. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta la llegada del calentador

CANT. DESCRIPCIÓN Φ Le ∑Le

CAL-D 0,41 3/4" PVC 2 Codos 3/4" 0,39 0,78 0,78

D-E 0,51 3/4" PVC 1 Tee P.L 3/4" 1,02 1,02 1,71 Codo 3/4" 0,39 0,391 Tee P.D 3/4" 0,29 0,29

E-F 0,54 3/4" PVC 1 Codos 3/4" 0,39 0,39 1,411 Tee P.L 3/4" 1,02 1,02

F-11 0,56 3/4" PVC 4 Codos 3/4" 0,39 1,56 2,681 Valvula comp. abieta 3/4" 0,1 0,11 Tee P.L 3/4" 1,02 1,02

11-MED 0,86 1" PVC 5 Codos 1" 0,50 2,5 2,69PVC 1 reducción 1 X 1/2" 0,11 0,11

GALV 4 Niple 8 cm x 1/2" 0 0C=100 1 Registro corte 1/2" 0,08 0,08

MATERIALLONGITUD EQUIVALENTE DEL ACCESORIO TOTAL Le

ACCESORIOTRAMO CAUDAL (l/s)

DIAM. (pulg)

98

Cálculo de pérdidas en el medidor.

Las pérdidas de presión de los medidores cumplen a la siguiente ecuación.

2

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

QnQd

PnPd

Pd = Caída de presión para el caudal de diseño (m.c.a).

Pn = Caída de presión para el caudal nominal (m.c.a) = 10m.

Qd = Caudal de diseño LPS

Qn = Caudal nominal en LPS (de acuerdo con el tamaño del medidor).

Inicialmente se toma un medidor con un tamaño de ½”, que produce una pérdida

de presión de 10 m.c.a

Tabla 25. Características de los medidores volumétricos de pistón rotativo29

TAMAÑO ½” ¾” 1”MAX o NOMINAL. Produciendo una pérdida de presión de 10 m.c.a (m3/h)

3.3 5.7 7.8

mPd

LPSQd

LPSQn

10

86.0

92.03.6

/h3.3m3

=

=

==

29 GRANADOS, Op. Cit., P. 127.

99

mmLPSLPSPd 73.810*

92.086.0 2

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

Cálculo de pérdidas desde el medidor hasta el tanque bajo. (Flauta)

Tabla 26. Especificación tramos de tubería en la ruta crítica hasta el tanque de agua potable

CANT. DESCRIPCIÓN Φ Le ∑LeMed-F2 0,86 1 1/2" galv 1 Registro Cortina 1/2" 0,08 0,08 4,55

GALV 1 Bushing 1/2 x 1 1/2" 0,67 0,67Galv 1 Tee P.L 1 1/2" 3,8 3,8

F2-F3 1,33 1 1/2" GALV 1 Tee P.D 1 1/2" 1,17 1,17 1,17

F3-F4 1,69 1 1/2" GALV 1 Tee P.D 1 1/2" 1,17 1,17 1,17

F4-4˚P 2,21 1 1/2" PVC 1 Codo 1 1/2" 0,72 0,72 3,661 Tee P.L 1 1/2" 1,79 1,791 Ampliación 1 1/2 x2 " 0,42 0,421 Tee P.D 2" 0,73 0,73

4˚P-3˚P 3,28 2" PVC 1 Ampliación 2 x 2 1/2" 0,52 0,52 1,421 Tee P.D 2 1/2" 0,9 0,9

3˚P-2˚P 4,22 2 1/2" PVC 1 Tee P.D 2 1/2" 0,9 0,9 0,9

2˚P-1˚P 5,11 2 1/2" PVC 1 Tee P.D 2 1/2" 0,9 0,9 0,9

1˚P-Bomba 5,99 2 1/2" PVC 6 Codos r.m 2 1/2" 1,17 7,02 20,19Hg 2 Codos r.m 2 1/2" 2,47 4,94Cu 1 Valv. Com Abierta 2 1/2" 0,34 0,34Hg 1 Tee P.D 2 1/2" 1,91 1,91Hg 1 Tee P.L 2 1/2" 5,98 5,98

Bomba-Tanque 2,995 2 1/2" Hg 2 Tee P.D 2 1/2" 1,91 3,82 37,32Hg 1 Codo r.m 2 1/2" 2,47 2,47Cu 1 Valv. Com Abierta 2 1/2" 0,34 0,34Hg 1 Valv. Ret tipo pesado. 2 1/2" 4,83 4,83Hg 1 Tee P.D 2 1/2" 1,91 1,91Hg 1 Entada Normal 2 1/2" 1,5 1,5Cu 1 Valv. Pie con coladera 2 1/2" 12,29 12,29

MATERIALLONGITUD EQUIVALENTE DEL ACCESORIO TOTAL Le

ACCESORIOTRAMO CAUDAL (l/s)

DIAM. (pulg)

100

Pérdidas por fricción en las tuberías, Para determinar el porcentaje de pérdidas

se utiliza la gráfica para determinar pérdidas producidas por tubería PVC y PVCP.

(Ver anexo 7).

Datos de entrada: Caudal en el tramo (LPS)

Diámetro de la tubería (Pulg).

Material de la tubería (Especificación pvc, cobre, Cpvc.)

La longitud equivalente del accesorio se puede sumar con la de los tramos rectos

y con el total de halla la perdida total.

Porcentaje de pérdidas (h%) en el Tramo 14-16

Caudal: 0.19 LPS

Diámetro: ½”

Material: Cpvc.

h% 26%

h% es la proyección del cruce entre el caudal y el diámetro teniendo en cuenta el

material. (Ver Anexo 10)

Longitud equivalente accesorio. → Le =1.32m

Longitud de la tubería horizontal → L =4.7m

Longitud Total del tramo → L =6.22m

∑%h (pérdida de altura en el tramo) → ∑%h = 6.02m* 26% = 1.57 m

101

Longitud de la tubería vertical (Δz) → L = 1.0 m

Presión en m.c.a → P = 1.57m+1.0m = 2.57m

4.1.2.7 Cálculo de las presiones finales

Se ha elaborado una tabla en Excel que especifica la presión final del sistema de

suministro. (Ver anexo 8. Calculo de las presiones finales en la red de suministro

de agua potable)

Caudal de diseño → Qd = 6.0 l/s

Presión para la llegada de la bomba → P = 45.78 m.c.a

4.1.3 Control de equipos de bombeo para el suministro de agua, los sistemas

de bombeo están diseñados para mantener la demanda del agua en las presiones

que requiere cada aparato sanitario.

Pero existen sistemas que controlan el encendido y apagado de las bombas en

caso de demandas bajas o ningún tipo de uso.

4.1.3.1 Escogencia de la bomba

Caudal de llegada a la bomba → Q = 6.0 l/s

Q= 6.0 l/s

Q= 6.0 *603.785lps = 95.11gpm

102

Diámetro de llegada → Ф = 2 1/2”

Velocidad (m/s) → v = 1.76 m/s

Hv(m) → Hv = 0.20 m

Cabeza de impulsión → hf = 45.78 m

La altura dinámica de succión. Es la diferencia de nivel entre la válvula coladera

y el eje de la bomba.

Altura de la succión → As = 1.50 m

N.P.S.H (altura de succión positiva). Es la presión mínima que demanda la

bomba para funcionar correctamente.

. . .N P S H K ADS= −

Valor de K para Bogotá

Tabla 27. Calculo de la N.P.S.H,30

ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR

5 10 15 203000 7,01 6,97 6,93 6,862600 7,39 7,35 7,31 7,242000 7,95 7,91 7,87 7,81900 8,05 8,01 7,97 7,9

TEMPERATURA

30 PEREZ, Op. Cit., P. 83.

103

Altura sobre el mar: = 2600m

Temperatura ambiente: = 15·C

K: = 7.31 m.c.a

Succión ADS = 1.50 m

N.P.S.H = 7.31m – 1.50m

N.P.S.H = 5.81 m.c.a

Altura máxima de succión AMS.

10.33 ( )AMS a b c d e f= − + + + + +

a= Pérdida por altura sobre el nivel del mar (2600 m) → a= 2.854 m

Tabla 28. Pérdidas por altura Ja sobre el nivel del mar en metros (m)31

ALTURA Ja

6,97 6,937,35 7,317,91 7,878,01 7,97

b= Pérdida por Temperatura → b= 0.17 m

Tabla 29. Pérdida por temperatura Jt en metros (m)32

ALTURA Jt

5 0,0910 0,1315 0,1720 0,24

31Ibid., p. 82 32 Ibid., p. 82

104

c= Pérdida por depresiones barométricas → c = 0.360 m

(0.36 m Steel recomendada)

d= Pérdida por vacío imperfecto → d = 2.400m

(1.8 – 2.40m. Steel)

e= Pérdida por fricción y accesorios → J = 0.70 m

f= Pérdida por cabeza de velocidad → hv = 0.20 m

AMS = 10.33 – (2.854+ 0.170+0.360+2.40+0.70+0.20)

AMS = 10.33 – 7.174 → AMS = 3.646 m.c.a

Altura Dinámica Total Ht de diseño. Es la sumatoria de la altura de succión y la

altura de impulsión obtenida por medio del recorrido de la ruta crítica desde el

aparato con más dificultad de servicio hasta la llegada al equipo de presión.

Altura Dinámica total (Ht) = Impulsión + succión

Altura Dinámica total (Ht) = 45.78 m + 1.50m

Ht= 47.28 m

105

Potencia de la bomba

76t

HPH QP γ

η×

=

Donde:

1kg/1 = ال → Peso especifico del agua :ال

Ht: Altura dinámica total → Ht = 48.48m

Q: Caudal de diseño l/s → Q = 6.0l/s

% 65 = ח → Nb*Nn eficiencia del conjunto bomba-motor :ח

PHP= 1*47.28*6.0

76*0.65 → PHP = 5.74 HP

Se busca un equipo que se encuentre en el comercio con la libertad de

incrementar la potencia hasta un 20%.

La bomba escogida corresponde al modelo 20A-30ª marca IHM, el despiece de

ésta se encuentra especificado (Ver Anexo 9).

4.1.3.2 Escogencia del equipo hidroneumático

Donde:

Entre un rango de presión entre 40-60psi

Qon =95.11 gpm para 40Psi

Qof =25% Qon

106

Qof =23.77 gpm para 60 psi

Modelo: 20 A 5.0 HF -220

Tabla 30. Selección de presión33

20-40 GPM 30-50 GPM 40-60 GPM 60-80 GPM

JSI -1/2HF -15P 14 13 - -JSI -1/2HF -42P 14 13 - -JSI -3/4HF -42P 16 15 14 -JSI -1,0HF -42P 20 19 18 -JSI -3/4HF -82P 16 15 14 -JSI -1,0HF -82P 20 19 18 -1,1 /2A -1,0HF -82 37 - - -1,1 /2A -1,5HF -83 44 35 - -15H -2,0HF -82 50 45 - -15H -2,0HF -120 50 45 - -15H -3,0HF -120 60 55 50 -15H -5,0HF -120 90 85 80 -20H -5,0HF -120 - - 44 3520A - 5,0HF -220 - 120 100 -15H -1,8HF -82 45 40 - -15H -2,4HF -83 50 45 - -15H -3,6HF -120 60 55 50 -15H -4,8HF -120 - 85 80 6015H -4,8HF -220 - 85 80 6020A -4,8HF -220 140 120 - -20H -4,8HF -120 - 90 70 -20A -6,6HF -220 160 140 120 -20H -6,6HF -120 - 100 95 90

Rango de presión-PsiModelo

33 Ibid., p. 40.

107

Volúmen de regulación

*8

T QpicoVR =

VR: Volúmen de regulación

T= Tiempo

Qpico Caudal de bombeo máximo en el sistema

Tabla 31. Determinación de ciclos según la potencia

POTENCIA (HP) Tmin No ciclos

por hora1 - 3 1,20 503 - 5 1,80 33

5 - 7,5 2,00 307,5 - 15 3,00 20

VR= 1.8*95.1 / min 21.398gal gal=

VR= 80.90 litros para 33 ciclos por hora máximo

Volúmen del tanque (VT)

*VT F VR=

Donde:

108

F: factor que depende de una presión absoluta de encendido y apagado de las

bombas para un rango de 40-60 psi

/( / 1)

Of On

of On

P PF

P P=

−

F= 3.74

VR= 21.39 gal

VT= 3.74 * 21.39 gal

VR= 80.0 gal

VT= 302.48 litros se toman 310 litros

Volúmen hidroneumático

1 2( )CHVRxPAVP P

=−

P= Presión absoluta → = P. manométrica+ P. Atmosférica

PA= Presión absoluta → = P1+1 (En atmósferas)

PA= 60 114.7

+ → PA = 5.1 atmósferas

P1= 60 114.7

+ → P1= 4.1 atmósferas

P2= 4014.7

→ P2= 2.7 atmósferas

109

Vch= 80 5.1(4.1 2.7)

x−

→ Vch = 291.5 litros se toman 300 litros

Volúmen de la bolsa con la presión de corte

.min*( 1)

Pc PVbc VchPc−

=+

Vbc: Volúmen da la bolsa corregida

Pc: Presión de corte → Pc = 65psi ≈ 4.4 atmósferas

Vch: Volúmen precargado → Vch= 340 litros

Vbc= 4.4 2.7300*(4.4 1)

−+

→ Vbc= 95 litros

Las especificaciones y detalles del equipo hidroneumático se encuentran en el

anexo 8

4.2 DISEÑO DE DESAGÜES Y BAJANTES

Para el diseño que corresponde a esta sección se realiza un procedimiento similar

al planteado para la dotación de suministro, se inicia con la asignación de

unidades dadas por la norma Icontec 1500.

110

Tabla 32. Unidades de desagüe de aparatos sanitarios

APARATO OCUPACIONTIPO DE

CONTROL DE SUMINISTRO

UNID DE DESCARGA

DIAM DE TUBERIA DE DESAGUE

mm(pulgadas)INODORO PUBLICO FLUXOMETRO 10 102(4)INODORO PUBLICO LIMPIEZA 5 102(4)ORINAL PUBLICO FLUXOMETRO(1”) 10 51(2)ORINAL PUBLICO LIMPIEZA 3 51(2)ORINAL PUBLICO LLAVE 2 51(2)

LAVAMANOS PUBLICO LLAVE 4 51(2)TINA/DUCHA PUBLICO MEZCLADORA 4 51(2)

INODORO PRIVADO FLUXOMETRO 6 102(4)INODORO PRIVADO LIMPIEZA 3 102(4)

LAVAMANOS PRIVADO LLAVE 1 51(2)BIDÉ PRIVADO LLAVE 1 51(2)TINA PRIVADO LLAVE 2 51(2)

DUCHA PRIVADO MEZCLADORA 2 51(2)FREGADERO DE COCINA PRIVADO LLAVE 2 51(2)

LAVADORA PRIVADO LLAVE 2 *51(2)POCETA DE ASEO PRIVADO LLAVE 3 *26(11/2)

SIFON DE PISO PRIVADO 1 51(2)

De ahí se procede a comprobar los máximos de unidades dados tanto como para

bajantes o ramales horizontales.

4.2.1 Dimensionamiento del sistema de desagüe para aguas negras

4.2.1.1 Dimensionamiento de bajantes. Colocar las unidades de cada aparato y

establecer el número que recibe cada ramal horizontal y finalmente el total de

unidades que recibe la bajante.

Se determina el diámetro del ramal horizontal según el número de unidades que

éste tenga, siguiendo los parámetros de la siguiente tabla.

111

Tabla 33. Número máximo de unidades para ramales horizontales

DIAMETRO DEL RAMAL (PULG) UNIDADES

1 ½” 32" 63" 124" 206" 160

La bajante es diseñada para cumplir con el número de unidades obtenidas por la

sumatoria de cada piso hasta llegar a su base, Este diámetro es el mismo para

toda la columna desde la base hasta la cubierta.

Tabla 34. Número máximo de unidades para bajantes

DIAMETRO DE LA BAJANTE (PULG)

TOTAL PARA LA BAJANTE TOTAL EN U PISO O INTERVALO VERTICAL

2" 24 63" 42 94" 60 166" 500 90

Las Aguas Negras (AN) serán las provenientes del sistema que se evacuarán al

colector destinado para este propósito por el acueducto.

BAN No 1

Aparato sanitario: 1 Ducha, 1 Lavamanos,

1 Sanitario y 1 Sifon

Unidades que llegan a la bajante x piso: 7 unidades

No de pisos: 5 pisos

112

Total unidades en la base de la bajante: 7 unid* 5 pisos = 35 und.

Diámetro de bajante: 3”

El diámetro de esta bajante esta condicionado por la presencia de un sanitario lo

que condiciona el sistema a un diámetro mínimo de 4”

BAN No 2

Aparato sanitario: 2 Sanitarios, 2 Lavamanos,

1 Ducha y 2 Sifones.

Unidades que llegan a la bajante x piso: 12 unidades

No de pisos: 5 pisos

Total unidades en la base de la bajante: 12 unid* 5 pisos = 60 und.

Diámetro de bajante: 3”

El diámetro de esta bajante esta condicionado por la presencia de dos sanitarios lo

que condiciona el sistema a un diámetro mínimo de 4”.

BAN No 3

Aparatos sanitarios: 1Lavaplatos, 1 Lavadero,

1 Sifón, 1 Lavadora y 1 Ducha.

Unidades que llegan a la bajante x piso: 11 unidades

No de pisos: 5 pisos

Total unidades en la base de la bajante 11 unid* 5 pisos = 55 und.

Diámetro de bajante: 3”

113

BAN No 4

Aparatos sanitarios: 1 Lavaplatos, 1 Sifa, 1 lavadero

y 1 lavadora.

Unidades que llegan a la bajante x piso: 9 unidades

No de pisos: 5 pisos

Total unidades en la base de la bajante 9 unid* 5 pisos = 45 und.

Diámetro de bajante: 3”

BAN No 5

Aparatos sanitarios: 2 Sifones, 2 Lavaplatos,

2 Lavadoras.

Unidades que llegan a la bajante x piso: 12 unidades

No de pisos: 5 pisos

Total unidades en la base de la bajante: 12 und* 5 pisos = 60 und.

Diámetro de bajante: 3”

BAN No 6 Y 7

Aparatos sanitarios: 2 Sifones, 2 Sanitarios,

2 Lavamanos, 2 Duchas y

1 Lavadora.

Unidades que llegan a la bajante x piso: 16 unidades

No de pisos: 5 pisos

Total unidades en la base de la bajante: 16 und* 5 pisos = 80 und.

114

Diámetro de Bajante: 4”

Los diámetros de conexión de los ramales están dados por los diámetros de

descarga de cada aparato, en el trayecto las unidades de los aparatos que se

adhieren al sistema son sumadas y de esta forma se incrementa el diámetro de la

ramal hasta llegar a la conexión con la bajante.

4.2.1.2 Diseño de las tuberías horizontales en el sótano. Partiendo de los

diámetros de cada bajante se adopta un diámetro mínimo para cada colector

ubicado en el sótano y de ahí se comprueban si cumple las condiciones de

funcionamiento del sistema.

Se observa que el colector funcione como un canal es decir trabaje con un borde

libre y no este afectado por una presión atmosférica, la altura recomendada

máxima del nivel del agua es el 75% del diámetro de la tubería.

Tramo A

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

A 4" 60

Q (l/s) 3,44s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,44Y 0,522Ø

115

Tramo B

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

B 3" 55

Q (l/s) 3,33s(%) 1,5

Qo (l/s) 4,43Ø 3"

Q/Qo 0,75Y 0,721Ø

Tramo C. En este trayecto se unen los colectores que vienen de recoger las

bajantes de aguas negras 2 y 3, por ello se incrementan el número de unidades y

se considera en forma especial.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO QUE

VIENE EL COLECTOR

UNIDADES

C 4" 115

Q (l/s) 4,5s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,58Y 0,613Ø

Tramo D

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

D 3" 45

Q (l/s) 3,06s(%) 1,5

Qo (l/s) 4,43Ø 3"

Q/Qo 0,69Y 0,683Ø

116

Tramo F

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

F 4" 35

Q (l/s) 2,74s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,35Y 0,460Ø

Tramo E. Reúne el colector C y el ramal que viene de la bajante 4.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO QUE

VIENE EL COLECTOR

UNIDADES

E 4" 160

Q (l/s) 5,16s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,66Y 0,663Ø

Tramo G. Reúne el colector E y el ramal que viene de la bajante 1.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO QUE

VIENE EL COLECTOR

UNIDADES

G 4" 195

Q (l/s) 5,6s(%) 0,5

Qo (l/s) 16,23Ø 6"

Q/Qo 0,35Y 0,460Ø

117

Tramo H

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

H 3" 60

Q (l/s) 3,44s(%) 1,5

Qo (l/s) 4,43Ø 3"

Q/Qo 0,78Y 0,741Ø

Tramo I

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

I 4" 80

Q (l/s) 3,88s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,50Y 0,561Ø

Tramo J

Este tramo recoge los ramales I y H.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMO DIÁMETRO QUE VIENE EL COLECTOR UNIDADES

J 4" 140

Q (l/s) 4,84s(%) 1,0

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,62Y 0,638Ø

118

Tramo K

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMODIÁMETRO DE

DESCARGA DE LA BAJANTE

UNIDADES

I 4" 80

Q (l/s) 3,88s(%) 1

Qo (l/s) 7,78Ø 4"

Q/Qo 0,50Y 0,561Ø

Tramo L

Este tramo recoge los ramales K y J.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMO DIÁMETRO QUE VIENE EL COLECTOR UNIDADES

L 6" 220

Q (l/s) 5,84s(%) 0,5

Qo (l/s) 16,23Ø 6"

Q/Qo 0,36Y 0,468Ø

Tramo M. Este ramal recoge todos los ramales dentro del edificio y es el colector

final del edificio. Une por medio de una yee los tramos G y L. estos dos últimos

colectores llegan en un diámetro de 6”.

Datos iniciales Relaciones hidráulicas

TRAMO DIÁMETRO QUE VIENE EL COLECTOR UNIDADES

M 6" 415

Q (l/s) 8s(%) 1,0

Qo (l/s) 22,95Ø 6"

Q/Qo 0,35Y 0,46Ø

119

4.3 DISEÑO DE CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA SUMINISTRO DE

APARATOS SANITARIOS Y RIEGOS

4.3.1 Conducción y recolección de agua superficial. Para la suficiente

recolección de agua lluvia, se ha canalizado la captación de las cubiertas de las 3

edificaciones que son exactamente iguales en arquitectura y diseños y hacen

parte del mismo conjunto residencial, para un total de tres torres.

4.3.1.1 Área de captación

Área cubierta del edificio (Ac1). Es la sumatoria del área proyectada

horizontalmente y la captada por efectos del viento en la vertical. Su factor

multiplicador es tres, debido al número de edificios que componen el proyecto.

AT= (ATh+ATv)*3

Área horizontal (Ah). Es únicamente la proyección vista en planta sin tener en

cuenta la inclinación o distancias verticales.

Ach1= 13.15m * 14.60m → Ah1 = 192.0m2

120

Figura 18. Vista en planta de la cubierta en teja, cubierta plástica y jardín del área de captación

Ac1

Ap2

A j3

Área vertical (Av). Es la inclinación de la cubierta, se asume un 35% del área

vertical debido a la posible captación por acción del viento.

Figura 19. Vista perfil de la cubierta en teja, y cubierta plástica

Acv1= (13.15m* 14.6m)*35% → Acv1= 67.2m2

Total área de captación por cada edificio:

ACT = 192.0m2+67.2m2 → ATc =259.2m2

121

Total área de captación por todo el proyecto:

ACT = (259.2m2)*3 → ATc= 777.6 m2

Área cubierta en teja del parqueadero (Ap2). Es una extensión en teja como se

especifica en la figura 16. que cubre el mismo ancho de la cubierta del edificio con

un largo igual a la vía vehicular de ingreso al parqueadero.

Aph2= 13.15m * 3.85m → Aph2 = 50.6m2

Apv2= (13.15* 3.85)*35% → Ah2 = 17.7m2

Total área de captación por cada extensión de teja:

ApT = 50.6m2+17.7m2 → ATp= 68.3m2

Total área de captación por todo el proyecto:

ApT = (68.3m2)*3 → ATp = 204.9 m2

Área Jardín (Aj3). Para aumentar el área de captación de aguas lluvias se ha

sumado la zona izquierda del jardín con ayuda de grava como sistema de filtración

inicial.

A3= (14.60m*3.30m) → Ajt = 48.18 m2

122

Área total de captación de aguas lluvias. Es la sumatoria de todas las áreas

proyectadas. la sumatoria de las cubierta de las tres torres mas el área del jardín.

Área cubierta (Ac) + Área parqueadero (Ap) + Área jardín (Aj)

AT= 777.6 m2 + 204.9m2 + 48.18m2 → AT= 1030.7 m2

4.3.1.2 Obtención del caudal recolectado por captación. El caudal obtenido

por captación e aguas lluvias en la cubierta

AiQ *=

Caudal unitario

i= 20278.0m

sL

Q= 1030.7m2 * 0.0278 2

Ls

m = → Q = 28.65L/s

4.3.1.3 Dimensionamiento y pendientes en las canales para aguas lluvias.

Canales para cada una de las cubiertas del edifico. Con la ayuda de las tablas

presentadas a continuación se puede determinar las dimensiones de las canales

según la capacidad en m2 del sistema.

Área aferente → Ac= 259.2m2

Velocidad mínima de flujo → V= 0.95 m/s

123

Tabla 35.Capacidad de canales rectangulares (m2)(L/s)de aguas lluvias, pendiente 0.5%34

base (cm) 10 15 20 25 30 3510 130 215 - - - -15 225 383 549 721 895 107120 327 567 825 1092 1367 1645

Altura incluyendo borde libre

La canal tendrá un dimensionamiento de:

Base = 15cm

Altura = 15cm

Capacidad = 383m2

Tubería para la recolección caudal obtenido de las cubiertas en los edificios

del conjunto. Su función es la recolección del agua conducida por la canal de la

torre 3, y entregada por la bajante tres, para unirse con el caudal recolectado por

la torre dos entregado por la bajante dos mas el agua captada de la canal de la

torre 1 entregada por la bajante 1, llevando el total del agua captada para el

proyecto.

Relaciones hidráulicas

Q (l/s) 28,65s(%) 2,5

Qo (l/s) 36,29Ø 6"

Q/Qo 0,79Y 0,748Ø

V (m/s) 1,99

34 GRANADOS, Op. Cit., P. 88.

124

Para calcular sus dimensiones se realiza el mismo procedimiento que desagües y

colectores

Canales de recolección para la extensión de cubierta del parqueadero:

Área aferente → Aj= 68.3 m2

Canal rectangular

Tabla 36. Capacidad de canales rectangulares (m2) (L/s) de aguas lluvias, pendiente 0.25%35

base

(cm) 10 15 20 25 30 3510 92 152 215 278 372 40715 159 271 388 510 633 75720 231 401 583 772 966 1.163

Altura incluyendo borde libre (cm)

La canal tendrá un dimensionamiento de:

Base = 10 cm

Altura = 10 cm

Capacidad = 92 m2

Canales de recolección para el jardín:

Área aferente → Aj= 48.18 m2

Canal rectangular

35 Ibid., p. 88.

125

Tabla 37. Capacidad de canales rectangulares (m2) (L/s) de aguas lluvias, pendiente 0.25%36

base

(cm) 10 15 20 25 30 3510 92 152 215 278 372 40715 159 271 388 510 633 75720 231 401 583 772 966 1.163

Altura incluyendo borde libre (cm)

La canal tendrá un dimensionamiento de:

Base = 10 cm

Altura = 10 cm

Capacidad = 92 m2

4.3.1.4 Dimensionamiento de las bajantes. El agua ocupa 1/3 del área total (se

maneja el mismo concepto de bajante de aguas negras).

Bajantes de conducción de las canales de la cubierta

Tabla 38. Carga máxima para bajantes de aguas lluvias (m2)37

Intensidad

(mm/hora) 2 2 1/2 3 4 6 850 132 240 402 841 2469 530375 88 160 268 560 1645 3535

100 66 120 201 420 1234 2652125 53 95 161 336 987 2121

Diámetro en pulgdas

Con una intensidad específica 100 mm/hora, se han colocado dos bajantes, una

por un lado del edificio y la otra opuesta como se especifica en el plano, con el fin 36Ibid., p. 88. 37Ibid., p. 88.

126

de facilitar y asegurar un desagüe efectivo en caso de obstrucción de algunas de

ellas.

Área de captación =259.2 m2

Ф escogido =3 (pulgadas).

Carga máxima =201 m2

Para bajantes rectangulares se incrementa el área en un 10% debido a la pérdida

por fricción del que se presenta por las esquinas y por mayor perímetro mojado.

Tabla 39. Bajantes rectangulares equivalentes a circulares.38

Diametro bajante circular (pulgadas)

Dimensiones bajante rectanguar (pulgadas)

2 2 x 2"3 2 x 4"

2 1/2" x 3"

Las dimensiones mejor obtenidas en las bajantes de sección rectangular

corresponden a 2x4” pulgadas. Por método constructivo.

Bajantes de conducción de las canales de las cubiertas de los parqueaderos:

Área de captación =68.3 m2

Ф escogido =2 (pulgadas).

Carga máxima =66 m2

38Ibid., p. 89.

127

Bajante rectangular =2x2”

No Bajantes =2

Bajantes de conducción de las canales del jardín, se realiza el mismo

procedimiento con la ayuda de las tablas utilizadas para el cálculo de bajantes

para las cubiertas.

Área de captación = 48.2 m2

Diámetro escogido = 2” (pulgadas).

Carga máxima = 66 m2

Bajante rectangular = 2 x 2”

No bajantes = 1

Las especificaciones y mejor entendimiento se encuentran en el plano No 3

4.3.1.5 Cantidad de agua que aporta el sistema

Cálculo de la oferta promedio diaria

365A C

PDP AON

×=

×

Donde:

OPD: Oferta promedio de agua lluvia (m3/hab/día)

128

PA: Precipitación media anual (m3) PA=1000(mm)

AC: Área de captación (m2) AC=1030 (m2)

N: Numero de habitantes de la edificación N=60

1000 1030 (47.03 Lt/hab/día)60 365PDO ×

= =×

El consumo debe ser cercano a 45 Lt por habitante, entonces entramos a

determinar que conexiones pueden ser suministradas de agua lluvia que no

sobrepasen este valor.

Cálculo de la demanda promedio diaria. Para satisfacer el consumo es

necesario conocer la demanda de agua en las viviendas, teniendo en cuenta la

Dotación Diaria Neta, que se puede encontrar por los registros de consumos

pasados del sector o con el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y

Saneamiento Básico RAS 2000 numeral A.11.1 donde el valor determinado del

consumo de agua se puede utilizar para el consumo del agua en viviendas,

Tabla 40.Dotación neta mínima y máxima

Nivel de complejidad del sistema

Daotación neta mínima (L/hab*día)

Dotación neta máxima (L/hab*día)

Bajo 100 150Medio 120 175

Medio-Alto 130 -Alto 150 -

129

Corrección por temperatura

Tabla 41. Variación de Dotación Neta según el clima y la complejidad Ras 2000 B.2.4.4.2

Nivel de complejidad del sistema

Clima templado (20·C-28·C)

Clima frio ( menos de 20·C)

Bajo +10%Medio +10%

Medio-Alto +15%Alto +15%

No se admite corrección por temperatura

Cálculo de la demanda total de agua lluvia

Según los porcentajes establecidos en el numeral 1.3, se determina la demanda

diaria para cada aparato en el sistema de recirculación. (Ver tabla 1).

*t iD D N=

Dt: Demanda total de agua lluvia en un día.

Di: Demanda Individual de agua lluvia en un día

N: Número de habitantes

Evaluación 1

No hay corrección de la Dotación Neta por temperatura

30%*PDO DotaciónNeta> → El diseño es factible

47 30%*150>

47 / * 45 / *L Hab dia L Hab día> → El diseño es factible

130

4.3.1.6 Filtración en las bajantes. Se instalará un filtro llamado tragante en cada

una de las bajantes, son de fácil remoción y compra.

Al dividir el área de captación aumentar las facilidades en la filtración.

4.3.1.7 Dimensionamiento óptimo del tanque de aguas lluvias. Utilizando el

modelo de Almacenamiento de Dixon se obtiene la curva WSE VS Smáx.

Los datos iniciales para realizar los cálculos se encuentran mostrados en la tabla

No 41, donde se discrimina el área de captación, la demanda que satisface los

aparatos a suministrar, el numero de habitantes, la demanda inicial y finalmente la

demanda total.

Tabla 42. Entrada de datos a la hoja de Cálculo de Excel

No habitantes 60Dotación neta 150Agua lluvia 9000Área de Captación (m2) 1030

DEMANDA PARA CUBRIR LA OFERTAuso (%) (lt)

Lavado de ropaSanitario 19,9 34,4Aseo viviendaLavado de autoRiego jardines 1,9 3,3Riego plantas 0,6 1,0SUMATORIA 22,4 38,7

Demanda inicial m3/día 0,039Numero de habitantes HAB 60,000Demanda total Dt m3/día 2,322

ENTRADA DE DATOS

131

Paso 1. Volúmen recolectado por la cubierta. Al restar el valor de 1mm a la

cubierta en la ecuación anterior, se desprecia el agua utilizado como uso propio de

la cubierta (Lavado y evaporación rápida).

( )1 *I P A= −

Ejemplo:

I= (1000mm-1mm)*1030m2 → I = 1028.97m3

Paso 2. Suposición de valores máximos de Smáx, deben ser cercanos a cero,

pero nunca iguales (Smáx ≠0).

Smax 1 Smax 2 Smax 3 Smax 4 Smax 5 Smax 6 Smax 70,1 0,2 0,5 1 2 3 4

Paso 3. Pérdidas por excedencia.

i 1 máxS + I > S → Hay pérdidas por excedencia → 1 i 1 máxW = S +I - S

i 1 máxS + I < S → No hay pérdidas por excedencia → 1W = 0

Ejemplo:

Smáx= 0.1 m3

0.1 < (0+1.029) → Hay pérdidas por excedencia → 1 i 1 máxW = S +I - S

W1= 0 m3 + 1029 m3-0.1 m3 → W1= 1028.87m3

132

Paso 4. Cumplimiento de demanda. Se comparan los valores de demanda diaria

y los volúmenes de almacenamiento y se efectúa las ecuaciones según la

respuesta del algoritmo.

Si:

i 1 1S + I -W < D

Ejemplo:

Si+I1-W= 0.1m3

Dt = Demanda inicial x numero de habitantes

Dt = 2.3 m3 x 3.5 días de almacenamiento prevención de sequía

Dt = 8.1 m3

Con los valores relacionados se obtiene el siguiente condicional

0.1m3 < 8.1 m3

Entonces:

Volúmen de salida = Volúmen de almacenamiento y los valores del volúmen de

salida es:

1 i 1 0=S +IO W−

O =0.1m3

La demanda M no satisfecha se calcula como:

1 1 1= D -OM

133

Ejemplo:

M =8.1m3-0.1m3 → M= 8.027m3

Si:

i 1 1S + I -W > D

Entonces:

Volúmen de salida = D total y los valores del volúmen de salida es:

1 1=DO

La demanda M no satisfecha se calcula como:

1= 0M

Paso 5. Se calcula el volumen inicial para el siguiente día.

11101 OWISS −−+=

Ejemplo:

S1 = 0 + 1027.97 m3 – 1028.870 m3 – 0.100 m3 → S1 = 0

134

Paso 6. Cálculo de WSE (Water Saving Efficiency).

1 1

1

T T

t tt t

T

tt

D MWSE

D

= =

=

−=∑ ∑

∑

Ejemplo:

WSE =127.8

027.8127.8 − *100% → WSE = 1.2%

Paso 7. Grafica Smáx Vs WSE. Se repite los pasos del 1 al 6 con los diferentes

valores de S máximo ubicando los puntos en una grafica semilogarítmica.

Paso 8. Determinación del volúmen de almacenamiento. En solo un tramo de

la curva graficada, el logaritmo natural de volúmen máximo de almacenamiento es

directamente proporcional al índice de eficiencia WSE, donde la relación deja de

ser lineal y supera el 50% WSE.

El primer punto que se encuentra por encima donde la relación deja de ser lineal.

Al tener este punto inferior a este valor, La Demanda Total de agua lluvia (Dt) no

es abastecida y hay que cubrir menos servicios.

Se ha realizado un logaritmo en Excel siguiendo los pasos explicados en los

numerales del 1 hasta el 7 y anexado en medio magnético a este proyecto.

135

Gráfica 1. Hoja de cálculo

Volúmen óptimo de almacenamiento. Estos son los resultados obtenidos de la

hoja de cálculo según los datos de este proyecto.

La entrada de datos se realiza en las celdas de color verde, las celdas azules

están programadas para el cálculo.

Tabla 43. Obtención de valores de WSE Vs S Máx de la hoja de cálculo en Excel

136

Precip sMax I W O Dt M WSE(mm) (m3) (m3) (m3) (m3) (m3) (m3)1000 0,1 1028,97 1028,87 0,10 8,13 8,03 1,2%1000 0,2 1028,97 1028,77 0,20 8,13 7,93 2,5%1000 0,5 1028,97 1028,47 0,50 8,13 7,63 6,2%1000 1,0 1028,97 1027,97 1,00 8,13 7,13 12,3%1000 2,0 1028,97 1026,97 2,00 8,13 6,13 24,6%1000 3,0 1028,97 1025,97 3,00 8,13 5,13 36,9%1000 4,0 1028,97 1024,97 4,00 8,13 4,13 49,2%1000 5,0 1028,97 1023,97 5,00 8,13 3,13 61,5%1000 6,0 1028,97 1022,97 6,00 8,13 2,13 73,8%1000 7,0 1028,97 1021,97 7,00 8,13 1,13 86,1%1000 8,0 1028,971 1020,97 8,00 8,13 0,13 98,4%1000 9,0 1028,971 1019,97 8,13 8,13 0,00 100,0%1000 10,0 1028,9701 1019,843 8,127 8,127 0,000 100,0%

17,685

Después de la entrada de datos, se grafica la curva que permite determinar el

volúmen óptimo.

Gráfica 2. Curva WSE Vs Smáx para determinar el volúmen óptimo

WSE Vs Smáx

0,1

1

10

1,2%

2,5%

6,2%

12,3

%

24,6

%

36,9

%

49,2

%

61,5

%

73,8

%

86,1

%

98,4

%

100,

0%

100,

0%

WSE(%)

S m

áx (m

3)

137

Los datos obtenidos por la gráfica muestran que el índice de eficiencia se ha

ubicado en 61.5% asegurando de esta forma que el sistema se suministre todos

los aparatos.

Volúmen óptimo del tanque: 5.0 m3

Volúmen adoptado por procesos constructivos 5.0 m3

Eficiencia del sistema: 61.5%

Ahorro del agua para toda la edificación: 17.685m3/año

Dimensiones

h: Altura máxima nivel del agua h= 1.0 m

b Base del tanque b= 2.5 m

p Profundidad o ancho p= 2.0 m

Material: Concreto impermeabilizado

Sedimentador. Recolecta las primeras aguas de lavado de la cubierta y

sedimenta las partículas

Volumen del interceptor = 1Lt/m2

Área cubierta edificios = 1030 m2

Volumen interceptor = 1030 Litros

138

4.3.1.8 Diseño de suministro en el sistema de recirculación. Se realiza el

mismo procedimiento que el mostrado en el suministro de toda la edificación.

Prediseño, se hace el prediseño en los planos de la ruta que llevará la distribución

de agua fría de tal manera que abastezca a TODOS los sanitarios con la mínima

cantidad de agua que satisfaga los requisitos de presiones y velocidad.

El registro o válvula de cada cuarto de baño ya no se hace necesario debido a que

se ha establecido una única entrada de agua tratada a cada apartamento.

Cuantificación de consumos (unidades de cada aparato), método de Hunter

para determinar el caudal y diámetro para tramos principales de la tubería

de distribución interna para el suministro de cada aparato sanitario, este es

el procedimiento para la estimación de diámetros con la ecuación de HAZEN

WILLIAMS para una tubería en PVC (Ver tabla 5 y anexo 1)

BAÑO. PARA APTOS 102,103,104

Tabla 44. Especificación tramos de tubería para baños aptos 102, 103, 104de agua recirculada.

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM (PULG) VEL. (m/s)1R-A Sanitario → PUNTO A 3 0,19 ½” 1,32R-A Sanitario → PUNTO A 3 0,19 ½” 1,3

A-COLM 1 PUNTO A → COLMN 1 6 0,38 3/4” 1,53R-COLM 1 Sanitario → COLMN 1 3 0,19 ½” 1,3

9 0,49 3/4” 1,75

APARATO

TOTAL UNID EN LA COLMN 1

139

BAÑO. PARA APTOS 101

Tabla 45. Especificación tramos de tubería para baños apto 101 de agua recirculada.

TRAMO UNIDADES CAUDAL DIAM VEL. (m/s)4R-B Sanitario → PUNTO B 3 0.19 ½” 1.3

B-COLMN 2 B → COLMN 2 6 0.38 3/4” 1.55R-C Sanitario → PUNTO C 3 0.19 ½” 1.3

C-COLMN 2 C → COLMN 2 6 0.38 3/4” 1.512 0.57 3/4” 1.85

APARATO

TOTAL UNID EN LA COLMN 2

Cálculo de la columna de distribución

Columna 1. Apartamentos 101 y 102

Tabla 46. Especificación tramos de tubería en la columna 1 de distribución en agua recirculada.

UNID. DIAM. (PLG) CAUDAL (l/s) VEL (m/s)PISO 5-4 9 3/4" 0.49 1.75PISO4-3 18 1 0.90 1.8PISO 3-2 27 1 1/4" 1.20 1.4PISO 2-1 36 1 1/4" 1.45 1.6

PISO 1-Bomba 45 1 1/4" 1.70 1.8TOTAL UNIDADES 45 1 1/4" 1.70 1.8

Columna 2. Apartamentos 103 y 104

Tabla 47. Especificación tramos de tubería en la columna 2 de distribución en agua recirculada.

UNID. DIAM. (PLG) CAUDAL (l/s) VEL (m/s)PISO 5-4 12 3/4" 0.57 1.85PISO4-3 24 1 1.07 1.83PISO 3-2 36 1,25 1.45 1.6PISO 2-1 48 1,25 1.77 1.85

PISO 1-Bomba 60 1,5 2.08 1.77TOTAL UNIDADES 60 1,5 2.08 1.77

140

El caudal total que debe manejar la bomba es la suma de la demanda de la

edificación + los consumos estipulados por los diferentes usos las unidades de las

dos columnas.

Unidades de llegada 60+45+45

Unidades totales: 110

Unidades de llegada 3.50 lps

Procedimiento para el cálculo de la presión final

Cálculo de la impulsión de la bomba. La presión de un inodoro de tanque

corresponde a 10.5 m.c.a con un caudal mínimo de 0.19 a 0.32 l/s y un diámetro

de conexión de ½.

La columna de distribución 2 es la ruta que desarrolla la mayor distancia desde

bomba de impulsión hasta el sanitario mas alejado.

Pérdidas producidas por los accesorios en la tubería

Porcentaje de pérdidas (h%) en el Tramo 4 – RB:

Caudal: 0.19 LPS

Diámetro: ½”

Material: PVC.

H% 4%

141

h% es la proyección del cruce entre el caudal y el diámetro teniendo en cuenta el

material. (Ver anexo 10).

Longitud equivalente accesorio. → Le=1.41m

Longitud de la tubería horizontal

∑ (tramos internos) =2.97m+ 0.72m → Lh = 3.69m

Longitud Total del tramo

∑ (Le + Lh) = 1.41m+ 3.69m → L = 5.10m

∑%h (pérdida de altura en el tramo)

* Long total * h% = 5.10* 4% → ∑*%h = 0.20m

Longitud de la tubería vertical (Δz) → Δz =0.60 m

Presión en m.c.a → Presión = 0.80 m.c.a

∑ (∑*%h + Δz) = 0.20 m+0.60 m

142

Tabla 48. Pérdidas producidas por accesorios en la tubería en el sistema de recirculación

CANT. DESCRIPCIÓN Φ Le ∑Le4R-B 0,19 1/2" PVC 4 Codo 1/2" 0,28 1,12 1,41

1 Tee P.D 3/4" 0,29 0,29

B- COLMN 2 0,38 3/4" PVC 1 Codo 3/4" 0,39 0,39 0,39

CLMN 2 -4P 0,57 3/4" PVC 1 Codo 3/4" 0,39 0,39 1,611 Ampliacion 3/4" x1" 0,22 0,222 Codo 1" 0,5 1

4˚P-3˚P 1,07 1" PVC 1 Ampliacion 1" x1 1/4" 0,29 0,29 1,592 Codo 1 1/4" 0,65 1,3

3˚P-2˚P 1,45 1 1/4" PVC 2 Codo 1 1/4" 0,65 1,3 1,3

2˚P-1˚P 1,77 1 1/2" PVC 1 Ampliacion 1 1/4"x1 1/2" 0,37 0,37 1,812 Codo 1 1/2" 0,72 1,44

1˚P-CLMN 1+2 2,08 1 1/2" PVC 3 Codos r.m 1 1/2" 0,65 1,95 2,371 Ampliacion 1 1/2" x 2" 0,42 0,42

3,5 2" pvc 1 Tee P.D 2" 0,73 0,73 11,68Hg 2 Codos r.m 2" 2 4Cu 1 Valv. Com Abierta 2" 0,52 0,52Hg 1 Tee P.D 2" 1,54 1,54Hg 1 Tee P.L 2" 4,89 4,89

1,75 2" Hg 2 Tee P.D 2" 1,54 3,08 36,41Hg 1 Codo r.m 2" 2 2Cu 1 Valv. Com Abierta 2" 0,52 0,52Hg 1 Valv. Ret tipo pesado. 2" 0,52 0,52Hg 1 Tee P.D 2" 1,54 1,54Hg 1 Entada Normal 2" 2,1 2,1Cu 1 Valv. Pie con coladera 2" 18,44 18,44Hg 3 Codos r.m 2" 2 6Hg 1 Salida de Tubeía 2" 2,21 2,21

CLMN 1+2-Tanque

Bomba-Tanque

MATERIALLONGITUD EQUIVALENTE DEL ACCESORIO TOTAL Le

ACCESORIOTRAMO Q (l/s) DIAM. (pulg)

Cálculo de las presiones en la columna 2. Se ha elaborado una tabla en Excel

que especifica la presión final del sistema de suministro. (Ver anexo 11. Cálculo de

las presiones finales en la red de suministro de agua recirculada)

Los datos obtenidos son:

Caudal de diseño → Cd = 3.6 l/s

Presión para la llegada de la bomba → p = 24.91 m.c.a.

143

4.3.1.9 Escogencia de la bomba

Caudal de llegada a la bomba l/s → Q = 3.60 l/s

3.6 *60 216

3.6 *60 57.13.785

Q lps lpm

lpsQ gpm

= =

= =

Caudal de llegada gpm → Q = 57.1gpm

Diámetro de llegada → Ф = 2”

Velocidad (m/s) → v = 1.76 m/s

Hv (m) → hv = 0.16 m

Hf (%) → hf = 5.7%

Cabeza de impulsión: → hf = 24.91 m

Altura de la succión: → As = 1.20 m

Cálculo de la N.P.S.H (altura de succión positiva). (Ver tabla 31)

. . .N P S H K ADS= −

Valor de K para Bogotá

Altura sobre el mar: 2600m

Temperatura ambiente: 16·C

K: 7.31 m.c.a

144

Altura dinámica de succión

Succión ADS = 1.20m

N.P.S.H = 7.31m – 1.20 m

N.P.S.H = 6.1 m.c.a

Cálculo de la altura máxima de succión AMS

a= Pérdida por altura sobre el nivel del mar → a = 2.854 m

(2600 m) (Ver tabla 32)

b= Pérdida por Temperatura → b = 0.17 m

(Ver tabla 33)

c= Pérdida por depresiones barométricas → c = 0.360 m

(0.36 m Steel recomendada)

d= Pérdida por vacío imperfecto → d = 2.400m

(1.8 – 2.40m. Steel)

e= Pérdida por fricción y accesorios → J = 0.70 m

f= Pérdida por cabeza de velocidad → hv = 0.16 m

AMS = 10.33 – (2.854+ 0.170+0.360+2.40+0.70+0.16)

AMS = 10.33 – 7.174 → A.M.S =3.156 m.c.a

145

Altura Dinámica total

Impulsión + succión

24.18m + 1.20 m → Ad= 25.38 m

Altura Dinámica Total Ht de diseño → Ht = 27 m

76t

HPH QP γ

η×

=

Peso especifico del agua: 1kg/1 :ال

Ht: Altura dinámica total: 27m

Q: Caudal de diseño l/s: 3.6l/s

% Nb*Nn eficiencia del conjunto bomba-motor: 65 :ח

PHP= 1*27*3.6 2.0176*0.65 PH=

Se busca un equipo que se encuentre en el comercio con la libertad de

incrementar la potencia hasta un 20%.

La bomba escogida corresponde al modelo GS 50-2M, el despiece de ésta se

encuentra especificado (Ver Anexo 13).

146

4.3.1.10 Escogencia del equipo hidroneumático

Entre un rango de presión entre 40-60psi

Qon= 51.7 gpm para 40Psi

Qof= 25% Qon

Qof= 13.0 gpm para 60 psi

Modelo: 20H - 4.8HF - 120

Cálculo del volumen de regulación

*8

T QpicoVR =

VR: Volúmen de regulación

T: Tiempo (ver tabla 35)

Qpico Caudal de bombeo máximo en el sistema

VR= 1.2*54.1 / min 8.118gal gal=

VR= 30.68 litros para 50 ciclos por hora máximo

Volúmen del tanque (VT)

*VT F VR=

147

F: factor que depende de una presión absoluta de encendido y apagado de las

bombas para un rango de 40-60 psi

/( / 1)

Of On

of On

P PF

P P=

−

F= 3.74

VR= 8.11 gal

VT= 3.74 * 8.11 gal

VR= 30.35 gal

VT= 114.75 litros se toman 120 litros

Volúmen hidroneumático

1 2( )VRxPAVchP P

=−

P= Presión absoluta = P. manométrica+ P. Atmosférica

PA= Presión absoluta = P1+1 (En atmósferas)

PA= 60 114.7

+ = 5.1 atmósferas

P1= 60 114.7

+ = 4.1 atmósferas

P2= 4014.7

= 2.7 atmósferas

148

Vch= 30.35 5.1(4.1 2.7)

x−

= 110.6 litros se toman 120 litros

Volúmen de la bolsa con la presión de corte

.min*( 1)

Pc PVbc VchPc−

=+

Vbc: Volúmen da la bolsa corregida

Pc: Presión de corte = 65psi ≈ 4.4 atmósferas

Vch Volúmen precargado = 120 litros

Vbc= 4.4 2.7120*(4.4 1)

−+

= 38 litros

4.4 SUMINISTRO AUXILIAR AL TANQUE DE AGUAS LLUVIAS

El tanque de almacenamiento tiene capacidad para 3 días de suministro, al existir

una escasez de agua lluvia, el nivel del agua almacenada bajara hasta la tercera

parte enviándole la señal eléctrica a la dándole al sistema 1 día de

almacenamiento para recuperar la altura máxima de llenado.

La válvula solenoide enviará una señal eléctrica cuando el nivel del agua se

encuentre a 1/3 de su altura, el caudal mínimo para 2 días de llenado es de

0.03l/s.

VQT

=

149

Q= 5.00048*3.600

ltsg

Qmin= 0.03 l/s

Tiempo máximo de llenado= 2 días

Diámetro de la válvula= 3/4”

4.5 ENSAYOS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR CALIDAD Y

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS LLUVIAS EN EL SECTOR DE SAN JOSÉ

BAVARIA.

4.5.1 Toma de muestras 4.5.1.1 Captación. Se tuvo especial cuidado en obtener las muestras en

condiciones normales para determinar realmente como funcionaría le sistema, es

decir, que el agua se captó directamente de las canaletas provenientes del tejado,

los envases de recolección estuvieron previamente esterilizados para ser

utilizadas en los ensayos de coliformes; éstas requirieron cuidado especial debido

a que se utilización tenía un plazo máximo de 6 horas.

4.5.1.2 Conservación. Se procedió a congelar los recipientes con su contenido

desde el momento de la recogida hasta la realización de los ensayos.

150

4.5.2 Ensayos 4.5.2.1 Acidez. Se realiza en un montaje con un poste universal que soporta una

buretra que proporciona gotas de hidróxido de sodio al agua ubicada en un vaso

de precipitado de 100 ml.

El agua cambia sus propiedades físicas y químicas gracias a la fenoltaleína, que

funciona como reactivo que contrarresta el efecto del hidróxido generando una

reacción casi inmediata que afecta el color natural tornándola en rosado, éste

color indica la poca o nula acidez que tiene la muestra

Cálculos. Para efectos de interpretación los resultados obtenidos se traspasan a

unidades de carbonato de calcio.

El volúmen depositado de hidróxido de sodio a la muestra para tornarse rosada

fue de 0.05 ml a una concentración de 0.1 Normal.

La ecuación a trabajar es la siguiente:

2211 CVCV =

Volúmenes conocidos:

Volúmen 2: Hidróxido depositado para que el agua se modifique

151

Volúmen 1: Cantidad de agua depositada en el Erlenmeyer y que previamente

fue calibrado en una probeta calibrada

C2: Concentración 2 esta dada por el fabricante del hidróxido.

C1: Incógnita

Despejando:

2 21

1

*V CCV

=

Remplazando valores:

C1= 0.05 *0.150ml N

ml

C1= 0.0001N

El resultado se debe expresar en mg/l de Carbonato de Calcio (CaCO3).

ln*slt

grequN−

=

El carbonato de calcio posee un peso molecular de 100 mg y se dan dos

equivalencias por ser la cantidad de electrones disponibles, entonces el factor

multiplicativo es:

152

f= 1002

mgequ

Al multiplicar se obtiene:

C1= 1000.001 *ln 2mgequ

lt s equ−

C1= 30.05mg deCaCOlt

4.5.2.2 Alcalinidad total. El tamaño de la muestra fue de 50ml lo que cambia es

que el reactivo utilizado fue Acido Clorhídrico (HCL) a una concentración de 0.1 N.

Se dispusieron de 0.25 ml de solución para que la muestra tomara un color

naranja.

Cálculos. Se utiliza las mismas ecuaciones utilizadas en el ensayo

inmediatamente anterior.

1

221

*V

CVC =

Remplazando valores:

C1= 0.25 *0.150ml N

ml

153

C1= 0.0005N

Expresando el mg/lt de CaCO3:

C1= 1000.0005 *ln 2mgequ

lt s equ−

C1= 30.025mg deCaCOlt

4.5.2.3 Cloruros. Se efectúa el montaje en un soporte universal de una bureta

conteniendo un volúmen de lectura inicial de Nitrato de plata (AgNO3), en un

Erlenmeyer se depositan 20 ml de agua lluvia y 80 ml de agua destilada, adicional

se deposita 1 ml de cromato de potasio (K2CRo4) a los 100 ml del erlenmeyer,

este funciona como titulante y le da una tonalidad amarilla.

Después se toma la lectura por la cual la muestra cambia de tono amarillo a un

color rosado, este mismo procedimiento se repite pero se varía por una de solo

agua destilada.

Cálculos. Se tomaron las lecturas de volúmen tanto de marcación inicial como

final en las dos muestras; obteniendo:

Muestra 1 =(80ml agua destilada - 20ml agua lluvia)

154

Volumen inicial =20.75ml

Volumen fina l =22.65ml

Muestra 2 (100ml agua destilada)

Volumen inicial =23.25ml

Volumen final =24.95ml

Ecuación:

( )* *35.450A B Nmg deCLlt mldemuestra−

=

Donde:

A: ml. de titulante gastados en la muestra

B: ml. de titulante gastados en el testigo de agua destilada

N: Normalidad del AgNO3

Entonces:

A= (22.65 20.75 )ml ml− = 1.9ml

A= (24.95 23.25 )ml ml− = 1.7ml

0.0141N N=

155

Remplazando:

mg deCLlt = (1.9 1.7 )*0.0141 *35.450100

ml ml Nml

− 0.00099 mg deCLlt=

4.5.2.4 DQO. Se dispone de un termo reactor – Nanocolor, para la lectura de

DQO.

Sencillamente se prepara una muestra que se diluye con un reactivo que viene

con el equipo para que este tome la lectura, después de calentarla se deja enfriar

para una posterior lectura en el equipo.

Foto 2. Fotómetro 400 D

El valor promedio total leído fue de 72 mg/lt.

4.5.2.5 Coliformes Fecales Y Totales. La determinación de coniformes fecales y

totales consiste en la formación de familias de bacterias dentro de las muestra

después de esta haberse cultivado de 24 a 48 horas.

156

El procedimiento se inicia con el montaje de un filtro que es el que absorve el agua

y puede separar los embriones de bacterias, éste filtro se ubica dentro de una caja

Petry que contiene una almohadilla con un reactivo que produce una coloración

azul.

Foto 3. Montaje muestra coliformes Foto 4. Muestras en incubadora

Las cajas se ubican en una incubadora durante un periodo de 24 a 48 horas, asi

las bacterias se alimentan y crecen.

En este proceso se realizó un primer ensayo con la muestra sin diluir pero las

impurezas dejaron el filtro demasiado sucio y seria demasiado difícil identificar las

familias formadoras, así que se utilizaron 20 ml de muestra y 80 ml de agua

destilada para facilitar la lectura.

157

Tras el paso del tiempo indicado se tomaron las lecturas y se encontraron un total

de 4 familias formadoras de coliformes totales para las 5 cajas petry, no se

encontraron coliformes fecales.

Foto 5. Muestras 24 horas después de incubación

Cálculos. Como se realizó una disolución con la muestra. éstas familias

formadoras totales se deben multiplicar por 5 para que el volúmen total de 100 ml

sea el equivalente, entonces por cada 100 ml se encontró un total de 10 familias.

Esto da entonces un valor total para comparar con las diferentes normatividades

de: 10NPM/100ml.

4.5.2.6 Sólidos totales. Se halla la diferencia de pesos entre el peso del agua

mas los sólidos y luego el líquido se evapora por medio de hornos a temperaturas

promedio de 105oC, por medio de la obtención de éstos datos se hallará los

sólidos totales presentes en la muestra.

158

Después de su evaporación pasa a el mufle que calcina los sólidos que quedan

libres sobre el crisol a temperatura de 550oC. Este proceso se realiza para

encontrar los sólidos totales volátiles y fijos.

Foto 6. Peso de la muestra antes de la calcinación

Foto 7. Muestra en la mufla a 550oc

Cálculos

Resultados obtenidos:

Vol. =50 ml

Peso crisol (Wc) =52.5718 gr

159

Peso después de evaporación del agua (W1) =52.5763 gr

Peso después de calcinación a 550oc (W2) =52.5757 gr

Sólidos totales (ST)

ST (mg / lt) ( )*1000B Amldemuestra−

=

Donde:

B= peso después de evaporación del agua, mg.

A= peso crisol, mg.

Reemplazando:

ST = 52.5763 52.5718 0.0950

gr gr grmlml

−=

Sólidos totales volátiles (SV) y Sólidos fijos (SF)

SV (mg/lt) = ( )*1000B Cmldemuestra−

SF (mg/lt) = ( )*1000C Amldemuestra−

160

Donde:

A= peso crisol, mg.

B= peso después de evaporación del agua, mg.

C= peso después de calcinación.

Remplazando:

SV = (52.5763 52.5757 )*1000 0.01250

gr gr grltml

−=

SF = (52.5757 52.5718 )*1000 0.07850

gr gr grltml

−=

4.5.2.7 Metales: Plomo - Hierro. Para el desarrollo de este ensayo se procedió

en un principio a evaporar un porcentaje aproximado del 50% de los 100ml

tomados inicialmente, éstas muestras se dejaron en evaporación durante

aproximadamente dos horas; luego de esto se procedió a ubicar la muestra en un

balón aforado de 250ml, a la par de que se realizaba este procedimiento para la

muestra de agua lluvia, también se realizaba lo mismo para una muestra

denominada muestra blanco hecha con agua desionizada, que también termino en

un balón debidamente identificado.

161

Foto 8. Evaporación de muestra en blanco (der.) y muestra agua lluvia (izq.)

Después de que las muestras se colocan en los balones, se dispusieron los

patrones con los que funciona el “espectrofotómetro de adsorción atómica”, estos

patrones nos dieron la pauta para saber en que rangos se encontraba los

contenidos de metales dentro de la muestra.

Foto 9. Patrones de plomo

162

Foto 10. Espectrofotómetro de adsorción atómica

El manejo propiamente dicho del equipo se realizo de una manera secuencial, es

decir en un primer paso se procedió al encendido, este se realiza desde el

computador que lleva conectado, luego a esto mide el blanco; este muestra un

valor resultante de 0.0 ya que contiene agua destilada que supone estar libre de

cualquier metal pesado; posteriormente se pasa la manguera extractora por cada

patrón y por ultimo se ubica la muestra, a medida que se realiza este proceso el

computador va generando una grafica de los datos obtenidos.

Cálculos

Tabla 49. Resultados definitivos de ensayo de metal Plomo (Pb)

MUESTRA CONCENTRACIÓN (gr/ml ) DATOBLANCO 0,000

1 1 0,0072 5 0,0273 10 0,0384 20 0,0635 50 0,069

AGUA LLUVIA 1,8

163

Tabla 50. Resultados definitivos de ensayo de metal Hierro (Fe)

MUESTRA CONCENTRACIÓN (ppm ) DATO

BLANCO 0,0001 0,11 0,002

2 1,3 0,039

3 2,5 0,041

4 4,3 0,071

5 6,0 0,119

AGUA LLUVIA 0,004

4.5.2.8 Dureza Total. Se recomienda el ajuste de la muestra a un pH de 10, esto

se logró por medio de al aplicación de un reactivo llamado Buffer 10, a medida que

se aplicaba el reactivo el pH se mide por medio de un papel especial que se

compara con una simbología de colores dada por el fabricante hasta conseguir la

escala de 10.

Sobre un soporte universal, se apoya una bureta donde se contiene un reactivo

conocido como EDTA, debajo de la bureta se sitúa un vaso de precipitado con una

muestra de 50 ml donde se depositará el reactivo hasta que este modifique el

color, se lee el volúmen inicial y el final y esa diferencia será el valor tomado para

realizar los cálculos.

164

Foto 11. Obtención de un pH = 10 en la muestra

Foto 12.Montaje ensayo de dureza

Cálculos. Los resultados del ensayo se expresan en mg / lt de CaCO3 por medio

de la siguiente ecuación:

* *1000A BDurezamlmuestra

=

∆V = 0.45ml

165

Donde:

A= ml. de titulante EDTA

B= mg. De CaCO3 equivalente a ml. De EDTA.

Remplazando:

Dureza= 0.45 *1 *1000 950

ml ml mgltml

=

4.5.2.9 Turbidez. Se basa en la comparación de la intensidad de la luz desviada

por la muestra, y la de una suspensión establecida como referencia, a mayor

intensidad de luz desviada mayor turbiedad presente.

El equipo disponible es un Turbidímetro 2100 N marca HACH.

Foto 13. Turbidímetro 2100 N marca HACH

Se ubican dos tubos de ensayo adaptados para la cavidad del equipo y este

realizad la lectura de la muestra.

166

El valor dado por el equipo fue de 11.2 UNT.

4.5.2.10 PH. El procedimiento es muy sencillo debido al desarrollo de equipos que

expresan directamente los resultados con solo la ubicación de un accesorio dentro

de la muestra; el equipo utilizado fue el PH Meter 744.

Foto 14. PH Meter 744

El resultado dado por el equipo fue de 6.2 a una temperatura de 17.4oC.

4.5.3 Resumen de resultados Los valores obtenidos se compararon con los

valores dados por el RAS 2000, el decreto 15.94 de 1984 y el decreto 475 de

1998; la comparación se realizo en base de estas tres normatividades ya que son

las que reglamentan los usos de aguas en el país y se utilizaron de esta forma:

• RAS 2000; de aquí se obtuvieron los valores y parámetros de coliformes

totales dados en el titulo A.11; para aguas potables ya que este documento

167

solo controla ese aspecto y adicional a esto es un factor muy importante

para controlar la formación de familias de virus y bacterias.

• DECRETO 15.94; el articulo 42 da los parámetros de calida admisibles para

la utilización del agua en forma recreativa, mediante contacto primario. De

ahí se compararon los resultados de pH y plomo.

El valor comparativo del plomo se tomo del artículo 39 que indica los

estándares de calidad admisibles para la utilización del recurso para

consumo humano, e indican que para su potabilización solo se requiere

desinfección.

• DECRETO 475 DE 1998; en el articulo 35 enuncia las “aguas seguras” y las

cita como si en la eventualidad de un desastre o emergencia de un fallo en

el suministro de agua potable, esta pueda ser un agua segura para el uso

de actividades básicas. De aquí se tomaron casi todas las comparaciones

de normas con los datos obtenidos en el laboratorio ya que presentaba la

descripción que mas se asemejaba al agua que se va a trabajar y adicional

a esto brindaba casi los mismos parámetros a evaluar, es quizás la

normatividad mas completa en este aspecto.

168

Tabla 51. Resumen de resultados del análisis químico del agua lluvia

PARÁMETRO UNIDAD NORMA CLASIFICACIÓN SEGÚN NORMA

VALOR ADM

RESULTADO ENSAYO

Coliformes totales (NPM/100ml)RAS 2000

potable 0-50 10,00

PH decreto 15,94 recreativa 5,0-9,0 6,20

DQO mg/L ---------- 72,00

Dureza mg/lt de CaCO3 decreto 475 agua segura 180 9,00

Alcalinidad mg/lt de CaCO3 decreto 475 agua segura 120 0,03

Acidez mg/lt de CaCO3 decreto 475 agua segura 60 0,05

Plomo mg/L decreto 475 agua segura 0,05 1,80

Hierro mg/L decreto 475 agua segura 0,5 0,00

Cloruros mg/lt de CaCO3 decreto 475 agua segura 300 0,00099Turbiedad UNT decreto 475 agua segura <5 11,20

solidos totales mg/L decreto 475 agua segura <1000 0,09

Por medio de estos análisis se observaron los parámetros a considerar en el

tratamiento de las aguas antes de que lleguen a su destino; los puntos más

críticos son turbidez y contenido de plomo.

Los métodos de tratamiento detallarán mas adelante, pero por medio de ellos se

espera llegar a valores que aunque no sean aceptados por las normas si sean

aptos para la utilización en sanitarios, es decir el plomo se espera llevarlo a una

concentración aproximada de 0.5 mg/lt y la turbidez reducirla a un índice de 5

UNT.

4.6 TRATAMIENTO DEL AGUA

4.6.1 Filtración. Las partículas grandes son retenidas en los tragantes que están

ubicadas en los puntos más altos de las bajantes (en las canales de las cubiertas),

y una última ubicada antes de entrar al tanque sedimentador.

169

4.6.2 Sedimentador. Logra reducir los sólidos flotantes del agua primaria de las

cubiertas entre un 40% y 60%.

Caudal = 0.0287m3/sg

Volúmen = 1 litro/ m2cubierta

1 mm de lluvia para lavar 1 m de cubierta39

Área cubierta = 1030m2

Volúmen del interceptor = 1030 litros

Volúmen constructivo = 1m3 (b= 2m x h=1m x p=0.8m)

4.6.3 Elaboración del hipoclorador. Se instalará un hipoclorador sencillo, en un

tanque de concreto diseñado con capacidad para 40 a 50 litros. Este sistema

desinfecta un tanque de 4500 Lt/día por un periodo de 7 días.

Volúmen del tanque = 50 litros

Volúmen constructivo = 0.064m3 (b=0.4m x h= 0.4m x p=0.4m)

4.6.3.1 Grava. En la parte inferior del tanque (1/3 del volúmen) se coloca una

capa delgada de grava gruesa y luego una capa de grava mas fina.

h grava total =0.15m

h grava gruesa =0.10m 39 TEXAS WATER DEVELOPMENT BOARD, “Texas guide to rainwater Harvesting. Austin Texas 1997

170

h grava fina =0.05m

4.6.3.2 Polvo de cloro. Se realiza una mezcla con desinfectante y arena en

relación 1:2, utilizando generalmente 1.5 Kg de cloro y 3.0 Kg de arena.

h cloro+arena = 0.23m

4.6.2.3 Gravilla. Se coloca una capa aproximadamente de 2cm de espesor

tratando de que llegue al tope del tanque.

h gravilla = 0.02m

La especificación y dibujo del tanque se encuentra en el plano 3 anexado en este

proyecto.

4.7 MANTENIMIENTO DEL SISTEMA

4.7.1 cubierta. Realizar la constante remoción de hojas o semillas que eviten que

los animales estén sobre la cubierta y dejen heces fecales desmejorando

considerablemente la calidad del agua.

4.7.2 Limpieza de filtro. Constante suministro de arena con cloro y la remoción y

limpieza del filtro que lo compone la grava en dos capas (inferior y superior)

171

4.8 PERSPECTIVA FINANCIERA

4.8.1 Reducción de pagos en las facturas de la Empresa de Acueducto y

Alcantarillado de Bogotá E.A.A.B, depende de la cantidad de agua ahorrada.

Esta se calcula a partir del volúmen de salida desde el almacenamiento (Ot)

durante el tiempo de vida útil que tiene el proyecto que está estimado en 10 años.

Volúmen promedio anual de salida del almacenamiento.

1 *365

T

Tt

PA

OO

T==∑

OPA: Volumen promedio anual de salida desde el almacenamiento

Ot: Volúmen de salida desde el almacenamiento.

OPA = 3

317.685 *365 1768.5 /365 *10

m dias m añodías años

=

OPA= 1768.53m

año

Ahorro del agua para toda la edificación (Ot). El valor de metro cúbico para

Bogotá estrato 3 esta en $1.887. Valor tomado en Octubre de 2006, tomando un

172

incremento en el último año de $120 comparado con el valor metro cúbico para

octubre de 2005.

4.8.2 Inversión en el sistema. Según las cantidades del proyecto en la instalación

del Sistema de Reciclaje de Aguas Lluvias el valor estimado son de $21.352.579.

(El presupuesto se encuentra especificado en el anexo 14).

4.8.3 Costos Fijos. Se asume un costo fijo anual en el mantenimiento del equipo

y operación del sistema de $700.000

4.8.4 Flujo de fondo del proyecto. Se aplica una taza de descuento del 10%

para obtener un flujo de fondos en valor descontado. Los datos utilizados para el

flujo son presentados a continuación, y el cuadro total esta especificado en el

anexo 15.

Tabla 52. Entrada de datos para obtener el flujo del proyecto.

Tasa de descuento 10%Incremento tarifa E.A.A.B $ 120Ahorro anual de agua (m3/año) 1768,5Valor metro cubico de agua potable $ 1.887

ENTRADA DE DATOS

173

4.8.5 Indicadores financieros. Tabla 53. Indicadores Financieros.

TIR 12%VPN Inversión 19.411.435VPN Ingresos 28.655.255Périodo de Retorno de la Inversión 5,1PRI descontado 10,6Beneficio/Costo 1,5

INDICADORES FINANCIEROS

4.8.6 Análisis de resultados. El proyecto resulta ser rentable, debido a que el

costo de la inversión es de $21.352.579 obteniendo un Valor Presente Neto de

$28.655.255 y el periodo de recuperación del dinero invertido es de 5 años.

174

5. COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN

5.1 RECURSOS MATERIALES

CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

Resma de papel und 2 9.500 19.000Cartucho impresora negro und 2 60.000 120.000Cartucho impresora color und 1 80.000 80.000CD regrabables und 3 3.500 10.500Fotocopias und 400 50 20.000Cuaderno und 1 1.200 1.200Esferos und 10 800 8.000Portaminas und 4 700 2.800Minas und 20 900 18.000Resaltadotes und 3 1.500 4.500Borradores und 5 300 1.500Carpeta archivador und 2 5.000 10.000Laboratorios quimicos und 2 200.000 400.000

695.500 TOTAL RECURSOS MATERIALES

5.2 RECURSOS INSTITUCIONALES

• Universidad de la salle

• Universidad Nacional de Colombia

• Sociedad colombiana de ingenieros

175

5.3 RECURSOS TECNOLÓGICOS

CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

Computador Global 1 800.000 800.000Internet Global 1 300.000 300.000Cámara Digital Global 1 200.000 200.000Memoria USB Global 1 350.000 350.000Plotter Global 1 80.000 80.000Impresora Global 1 200.000 200.000Scanner Global 1 80.000 80.000Uso laboratorio Global 1 300.000 300.000

1.650.000VALOR TOTAL RECURSOS MATERIALES

5.4 RECURSOS HUMANOS40

CARGO ENCARGADOS No horas VALOR TOTAL

Investigadores principales Estudiantes de proyecto de grado 200 0

Colaborador Laboratorista* 20 136.303 Director temático** 10 115.100

Asesor metodológico*** 64 148.148

399.551 VALOR TOTAL RECURSOS HUMANOS

Coinvestigadrores

*Valor asumido por la Universidad de La Salle, según contrato laboral. **Valor asumido por la Universidad de La Salle, según resolución rectorial No. 345 de noviembre 15 del 2005. ***Valor asumido por la Universidad de La Salle, según contrato laboral.

176

5.5 RECURSOS FINANCIEROS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE

ING CIVILESTUDIANTES VALOR TOTAL

Recursos Humanos $ 399.551 $ 399.551Recursos Materiales $ 695.500 $ 695.500Recursos Tecnológicos $ 0 $ 1.650.000 $ 1.650.000Presupuesto de Bibliografía $ 60.000 $ 60.000Subtotal $ 399.551 $ 2.405.500 $ 2.805.051Imprevistos ( 5%) $ 19.978 $ 120.275 $ 140.253

$ 2.945.304COSTO TOTAL DE LA INVESTIGACIÒN

FUENTES DE FINANCIACIÓNRUBROS

177

6. CONCLUSIONES

Agua. Inicialmente se planteó la posibilidad de diseñar el sistema incluyendo

aguas residuales, sin embargo este trabajo se ha descartado dicho planteamiento

por los diferentes puntos que se presentan a continuación.

a) Elevados costos de tratamiento. El agua residual contiene grandes cantidades

de sólidos y espumas que afectan la calidad del material de las tuberías de

suministro, para remover un porcentaje elevado de estos componentes, los

equipos de limpieza y potabilización primaria son demasiado costosos y la

rentabilidad del proyecto no es viable por la pequeña área de cobertura.

b) El agua es un significativo transmisor de infecciones, bacterias y virus, y el

tratamiento de saneamiento adecuado, demanda altos controles de usos no

convencionales.

En la caracterización de aguas lluvias del sector Suba, se encontró mediante

ensayos de metales pesados un preocupante nivel de plomo, esto se debe a que

la gasolina contiene Tetraetilo de plomo, estas sustancias derivadas del metal, se

queman y se liberan en el aire y la lluvia las arrastra hacia la superficie.

178

El problema fundamentalmente consiste en que por ser un metal pesado puede

generar malestar al contacto directo con los habitantes, además de crear manchas

en los sanitarios y sedimentos en las tuberías.

Para neutralizar los niveles de plomo se dispone de dosmétodos:

a) Por medio de la aplicación del hipoclorito de sodio que a la vez que funciona

como desinfectante también ayuda a coagular las partículas de plomo y así que

estas se sedimenten y pueden ser removidas.

b) Se utiliza los filtros de gravas y arena con cloros que atrapan en gran parte las

partículas no deseadas incluyendo los metales pesados.

Eficiencia WSE. Es utilizado para determinar la eficiencia que ofrece el sistema

de captación de aguas lluvias, este valor esta sujeto a la demanda de

precipitaciones y las demandas no satisfechas.

La gráfica 2 del presente trabajo muestra una eficiencia del %61.5, logrando un

volúmen de almacenamiento óptimo para cubrir la demanda de la edificación en

proporción a la recolección de agua.

179

Ahorro total de agua en la edificación (Ot). El volúmen promedio anual de

salida del almacenamiento es de 1768.53

13m

dias , (datos tomados del volúmen de

salida desde el almacenamiento calculado en la tabla 43 de este proyecto, para un

periodo de 10 años).

Este volúmen promedio representa la cantidad de agua que NO será facturada por

E.A.A.B, debido a que ha sido suplida con la captación de agua lluvia.

Siendo la tarifa promedio anual de $1.887 m3 de agua potable, (estrato 3 de

Bogotá), el costo ahorrado por los habitantes de la edificación en un año es de

$3.337.160.

Con los resultados de los análisis financieros en la utilidad del proyecto, se

concluye que el periodo de recuperación en la inversión del sistema de captación

de agua es de 5 años. Además de obtener los siguientes datos:

TIR 12%

Beneficio/Costo 1.5

VPN (ingresos) $28.655.255

Valores que Indican que con una inversión de $21.352.579, el proyecto presenta

rentabilidad económica y ahorro significativo en el periodo siguiente a los 5 años

de recuperación de la inversión.

180

181

7. RECOMENDACIONES

En razón de que la zona de Suba es una de las grandes salidas viales de la

ciudad genera gran concentración de vehículos y niveles altos de plomo. Para

mejores resultados es conveniente determinar la ubicación del proyecto para

determinar que características tiene el agua y si cumple con la demanda de la

edificación según la precipitación.

La calidad del agua esta ligada con el sector, para viviendas en zonas aledañas a

la ciudad, es recomendable en viviendas de campo, sector que evitaría

considerablemente las proporciones de plomo en el agua.

Aunque el proyecto desertó respecto al tratamiento de las aguas residuales debido

a que éste es más costoso, se deja una iniciativa de seguir con reciclaje en

proyectos de vivienda muchos más grandes que puedan costear los procesos de

limpieza adecuados que exige la comunidad.

En el aspecto de tratamiento quedan las puertas abiertas a la evaluación de

métodos tanto de mejoramiento como de caracterización ya que a medida que el

hombre avanza va desarrollando nuevos contaminantes y que en su gran mayoría

van ligados con la contaminación atmosférica, entonces los tratamientos actuales

182

van resultando obsoletos. Y se requiere estar al tanto de la experimentación para

así producir las contravenciones correspondientes

Es aconsejable que se evite al máximo la utilización de cualquier tipo de tubería

galvanizada, hierro fundido o materiales similares, ya que estos tienen tendencia a

la corrosión y sus daños serian considerables, es por esto que los materiales

planteados en el diseño son de PVC en las tuberías y Cobre y bronce en los

registros y medidores.

183

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187

ANEXOS

Anexo 1Pérdidas en tubería y accesorios diámetro ½”41

DIAM: 1/2" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC1 0,06 0,47 0,01 0,0252 0,13 1,03 0,05 0,0983 0,19 1,50 0,11 0,1915 0,25 1,97 0,20 0,3086 0,32 2,53 0,33 0,4757 0,38 3,00 0,46 0,6428 0,44 3,49 0,62 0,83410 0,50 3,98 0,81 1,05412 0,57 4,48 1,02 1,295

Anexo 2. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro ¾” 42

DIAM: 3/4" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC2 0,13 0,46 0,01 0,0143 0,19 0,67 0,02 0,0285 0,25 0,88 0,04 0,0456 0,32 1,12 0,06 0,0697 0,38 1,33 0,09 0,0938 0,44 1,54 0,12 0,12110 0,50 1,75 0,16 0,15112 0,57 1,99 0,20 0,18914 0,63 2,21 0,25 0,226

41 PEREZ, Op. Cit., P. 48 42 Ibid., p. 48.

188

Anexo 3. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 1” 43

DIAM: 1" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC5 0,25 0,50 0,01 0,0127 0,38 0,75 0,03 0,0248 0,44 0,87 0,04 0,03110 0,50 1,00 0,05 0,03912 0,57 1,12 0,06 0,04816 0,76 1,49 0,11 0,08122 0,95 1,87 0,18 0,11827 1,14 2,24 0,26 0,16232 1,32 2,61 0,35 0,212

Anexo 4. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 1 1/2” 44

DIAM: 1 1/2" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC23 1,01 0,89 0,04 0,01930 1,26 1,11 0,06 0,02838 1,51 1,33 0,09 0,03940 1,58 1,38 0,10 0,04246 1,77 1,55 0,12 0,05147 1,89 1,66 0,14 0,05860 2,00 1,77 0,16 0,06570 2,21 1,94 0,19 0,07675 2,27 1,99 0,20 0,079

43 Ibid., p. 48. 44 Ibid., p. 48.

189

Anexo 5. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 2” 45

DIAM: 2" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC30 1,26 0,62 0,02 0,00840 1,58 0,78 0,03 0,01347 1,89 0,93 0,04 0,01870 2,21 1,09 0,06 0,02485 2,52 1,24 0,08 0,031

110 2,84 1,40 0,10 0,038130 3,15 1,56 0,12 0,046155 3,47 1,71 0,15 0,055175 3,79 1,87 0,18 0,065

Anexo 6. Pérdidas en tubería y accesorios diámetro 2 1/2” 46

DIAM: 2 1/2" CAUDAL V hv Pérdidas por friccion en m/m

UND LPS m/s m PVC200 4,10 1,29 0,09 0,025225 4,41 1,39 0,10 0,029250 4,73 1,49 0,11 0,033275 5,06 1,59 0,13 0,042300 5,36 1,69 0,15 0,046

45 Ibid., p. 48. 46 Ibid., p. 48.

190

Anexo 7. Detalle del calentador a gas de paso

Anexo 8. Despiece y curva de la bomba modelo 20A-30AIHM, (Suministro del sistema de Agua Potable)

191

192

Anexo 9. Esquema de hidroneumático

193

Anexo 10. Gráfica para determinar pérdidas producidas en tubería de PVC y CPVC47

47GRANADOS, Op. Cit., P. 48

194

Anexo 11. Calculo de las presiones finales en la red de suministro de agua potable

TUBERIA (m) ACCES (m) TOTAL(m) h% Total x h%DUCHA 10,00

14-16 0,19 1/2" 2,25 cpvc 4,70 1,32 6,02 26,0% 1,57 1,00 12,5716-17 0,24 1/2" 4,50 cpvc 0,42 0,45 0,87 41,0% 0,36 12,92

17 -CAL 0,41 3/4" 7,50 cpvc 0,26 0,78 1,04 17,0% 0,18 13,10CAL 0,41 3/4" 7,50 cpvc 17,0% 9,00 22,10

CAL-D 0,41 3/4" 7,50 pvc 0,17 0,78 0,95 5,1% 0,05 1,00 23,15D-E 0,51 3/4" 10,50 pvc 1,35 1,70 3,05 7,0% 0,21 23,36E-F 0,54 3/4" 11,00 pvc 1,16 1,41 2,57 8,8% 0,23 23,59F-11 0,56 1" 11,50 pvc 0,58 2,68 3,26 3,2% 0,10 23,69

11-MED 0,86 1" 19,00 pvc 4,30 2,69 6,99 8,0% 0,56 24,25medidor 0,86 1/2" 19,00 galv 0,40 0,40 9,13 33,38

Salida med-F2 0,86 1 1/2" 19,00 galv 0,10 4,55 4,65 2,7% 0,13 33,51F2-F3 1,33 1 1/2" 32,00 galv 1,17 1,17 5,9% 0,07 0,15 33,73F3-F4 1,91 1 1/2" 51,00 galv 1,17 1,17 5,7% 0,07 0,15 33,94F4-4˚P 2,21 1 1/2" 70,00 pvc 0,10 3,66 3,76 4,9% 0,18 2,45 36,584˚P-3˚P 3,28 2" 140,00 pvc 1,42 1,42 3,7% 0,05 2,30 38,933˚P-2˚P 4,22 2 1/2" 210,00 pvc 0,90 0,90 2,5% 0,02 2,30 41,252˚P-1˚P 5,11 2 1/2" 280,00 pvc 0,90 0,90 3,3% 0,03 2,30 43,58

1˚P-Bomba 5,99 2 1/2" 350,00 pvc 11,07 20,19 31,26 4,7% 1,47 0,20 45,25Bomba-Tanque 3,00 2 1/2" 350,00 pvc 0,80 37,32 38,12 1,4% 0,53 45,78

Δz Presión m.c.aUNDTRAMO CAUDAL (l/s) DIAM. (pulg) Material LONGITUDES PERDIDAS

195

Anexo 12. Cálculo de las presiones finales en la red de suministro de agua recirculada

TUBERIA (m) ACCES (m) TOTAL(m) h% Total x h%SANITARIO 10,00

AR-B 0,19 1/2" 3,00 Pvc 4,46 1,41 5,87 4,0% 0,23 0,60 10,83B-COLMN2 0,38 3/4" 6,00 Pvc 2,56 0,39 2,95 4,5% 0,13 0,15 11,12

COLMN 2 - 4P 0,57 3/4" 12,00 Pvc 1,61 1,61 9,5% 0,15 2,30 13,574˚P-3˚P 1,07 1" 24,00 Pvc 1,59 1,59 9,0% 0,14 2,30 16,013˚P-2˚P 1,45 1 1/4" 36,00 Pvc 1,30 1,30 5,0% 0,07 2,30 18,382˚P-1˚P 1,77 1 1/2" 48,00 Pvc 1,81 1,81 3,5% 0,06 2,30 20,74

I p -COLMN 1+2 2,08 1 1/2" 60,00 Pvc 2,37 2,37 4,9% 0,12 0,30 21,16CLMN 1+2 - Bomba 3,50 2" 150,00 Pvc 10,97 11,68 22,65 4,1% 0,93 0,11 22,20

Bomba-Tanque 1,75 2" 150,00 Pvc 0,50 36,41 1,50 1,1% 0,02 2,70 24,91

Δz Presión m.c.aUNDTRAMO CAUDAL (l/s) DIAM. (pulg) Material LONGITUDES PERDIDAS

196

Anexo 13. Despiece y curva de la bomba modelo GS 50-20 IHM, (Suministro del sistema de Agua lluvia)

197

198

Anexo 14. Cantidades y presupuesto en la instalación del sistema de suministro de Agua Lluvia

DESCRIPCIÓN DIAM UND CANT P/UNITARIO TOTALEXCAVACIÓNEXCAVACION RETRO M3 400 $ 3.100 $ 1.240.000IMPERMEABILIZACION M2 106 $ 5.500 $ 583.000MURO DE CONTENCION M3 6,4 $ 270.000 $ 1.728.000PISO CONCRETO M3 4,9 $ 270.000 $ 1.323.000RETIRO ESCOMBROS M3 400 $ 5.400 $ 2.160.000

MONTAJE DE TANQUES Y SISTEMAS DE TRATAMIENTOGEOMEMBRANA M2 50 $ 9.850 $ 492.500MALLA METALICA SOPORTE M2 50 $ 5.100 $ 255.000GRAVA M3 88 $ 70.000 $ 6.160.000ARENA M3 30 $ 28.000 $ 840.000TANQUE PLASTICO 1000 LT 1 $ 299.000 $ 299.000TANQUE PLASTICO 5000 LT 1 $ 1.390.000 $ 1.390.000MICROFILTROS Y CLORO EN POLVO UND 2 $ 150.000 $ 300.000ANGULO METALICO DE SOPORTE EN L X 6 MT UND 10 $ 112.900 $ 1.129.000

TUBERIA DE CONDUCCIONCANALETA RAINGO 2" ML 18 $ 7.695 $ 138.510UNION CANALETA UND 6 $ 4.244 $ 25.464ADAPTADOR CANALETA ALCANTARILLADO UND 1 $ 2.670 $ 2.670YEE 6"x4" UND 3 $ 28.651 $ 85.953BUJE 4"x3" UND 1 $ 2.090 $ 2.090S/CODO 6" UND 6 $ 11.620 $ 69.720CODO 2" UND 1 $ 870 $ 870

VALVULAS Y DISPOSITIVOS DE BOMBEOVALVULA DE PIE 3" UND 1 $ 151.960 $ 151.960VALVULA SOLENOIDE 3/4" UND 1 $ 81.300 $ 81.300MEDIDOR 3/4" UND 1 $ 80.000 $ 80.000BOMBA AGUAS RECIRCULADAS UND 1 $ 630.000 $ 630.000HIDRONEUMATICO UND 1 $ 468.000 $ 468.000QUEQUE HIDRO 2 1/2" UND 1

DISTRIBUCION SUMINISTRO AGUA RECIRCULADA SANITARIOSTUBERIA PVCP 21/2" ML 24 $ 6.530 $ 156.720TUBERIA PVCP 1/2" ML 60 $ 856 $ 51.360BUJE 21/2"x1/2" UND 10 $ 7.010 $ 70.100TOTAL CAPITULO $ 19.914.217

COSTO TOTAL DEL PROYECTO $ 21.352.579TOTAL URBANISMO + TOTAL CUARTO DE BOMBAS + TRATAMIENTO DE AGUAS LLUVIAS

CANTIDADES EN CUARTO DE BOMBAS Y TRATAMIENTO DE AGUA LLUVIA

199

DESCRIPCIÓN DIAM MATERIAL UND CANT P/UNIT TOTALACCESORIOSADAPTADOR CANALETA ALCANTARILLADO 2" RAINGO 6 $ 2.670 $ 16.020S/CODO 2" PVCS 16 $ 1.267 $ 20.272YEE REDUCIDAD 6"x4" PVCS 4 $ 28.651 $ 114.604CODO 4" PVCS 1 $ 2.814 $ 2.814BUJE 4"x2" PVCS 5 $ 2.090 $ 10.450BUJE 6"x4" PVCS 1 $ 7.932 $ 7.932TRAGANTE 2" 6 $ 1.500 $ 9.000TUBERIA TUBERIA SANITARIA 2" PVCS ML 6 $ 2.934 $ 17.604TUBERIA SANITARIA 4" PVCS ML 18 $ 6.105 $ 109.890TUBERIA SANITARIA 6" PVCS ML 60 $ 12.930 $ 775.800VARIOSEXCAVACION 0,5x1,0 M 72 $ 2.083 $ 149.976RELLENO ML 72 $ 2.000 $ 144.000CAMA DE ARENA M3 2 $ 30.000 $ 60.000TOTAL CAPITULO $ 1.438.362

CANTIDADES EN URBANISMO

200

Anexo 15. Flujo de fondo del proyecto

Año 0 1 2 3 4 5Volúmen ahorrado (m3) 1.769 1.769 1.769 1.769 1.769Tarifa poyectada $ 1.887 $ 2.007 $ 2.127 $ 2.247 $ 2.367 $ 2.487(+) Ingresos $ 3.549.380 $ 3.761.600 $ 3.973.820 $ 4.186.040 $ 4.398.260(-) Costos Fijos $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000(-) Inversión $ 21.352.579(=) Flujo de fondos -$ 21.352.579 $ 2.849.380 $ 3.061.600 $ 3.273.820 $ 3.486.040 $ 3.698.260(=) Flujo descontado -$ 21.352.579 $ 2.564.442 $ 2.491.724 $ 2.419.006 $ 2.346.288 $ 2.273.570

FLUJO DE FONDO DEL PROYECTO

Año 6 7 8 9 10 11Volúmen ahorrado (m3) 1.769 1.769 1.769 1.769 1.769 1.769Tarifa poyectada $ 2.607 $ 2.727 $ 2.847 $ 2.967 $ 3.087 $ 3.207(+) Ingresos $ 4.610.480 $ 4.822.700 $ 5.034.920 $ 5.247.140 $ 5.459.360 $ 5.671.580(-) Costos Fijos $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000 $ 700.000(-) Inversión(=) Flujo de fondos $ 3.910.480 $ 4.122.700 $ 4.334.920 $ 4.547.140 $ 4.759.360 $ 4.971.580(=) Flujo descontado $ 2.200.852 $ 2.128.134 $ 2.055.416 $ 1.982.698 $ 1.909.980 $ 1.837.262

FLUJO DE FONDO DEL PROYECTO