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Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica
Diseño y Cálculo para Red de Abastecimiento de
Agua Proveniente de un Lago y Remoción de
Aguas Residuales de Comunidad Suburbana.
Seminario de Título presentado en
conformidad a los requisitos para
obtener el título de Ingeniero de
Ejecución en Mecánica.
Profesor Guía:
Sr. Vicente Pita Vives
Ignacio Javier Barra Reyes
Concepción, 2013
Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
Este Seminario de Título está dedicado a mi familia en su totalidad, por
todo el aliento y cariño que me han entregado de su parte.
A mis padres, por su apoyo incondicional, por ser el pilar fundamental de
todo lo que soy, por entregarme el ejemplo para ser siempre una mejor persona y
por todo el amor que me han entregado.
A mi familia, a mis hermanos, tíos, primos, etc. Porque con su amor,
hermandad, convivencia y ejemplo han sido parte fundamental para mi formación
personal, animándome constantemente para salir adelante.
El agradecimiento de mi Seminario es para todos aquellos que me
ayudaron a llevarlo a cabo y en mi formación académica. A mi tía Ivet y su familia,
por sus consejos y su apoyo en todo momento. A los conocimientos y
experiencias entregado por mi tío Julio. A ese profesor que me hizo trabajar más
de la cuenta y a todos mis compañeros de carrera que me prestaron su ayuda y
solidarizaron desinteresadamente para poder ser un mejor profesional.
Mil palabras no bastan para agradecerles su comprensión, apoyo y buenos
consejos. A cada uno de ellos espero no defraudarlos.
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i
CONTENIDOS
Pág.
CONTENIDOS ........................................................................................................ i
NOMENCLATURA.................................................................................................iv
SIMBOLOGÍA ........................................................................................................ v
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ......................................................................... 1
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................... 2
2.1 ORIGEN DEL PROYECTO........................................................................2
2.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO .................................................................2
2.2.1 Objetivo General................................................................................. 2
2.2.2 Objetivos Específicos ......................................................................... 2
2.3 CONDICIONES INICIALES .......................................................................3
2.3.1 Necesidades Reales........................................................................... 3
2.4 DEFINICIÓN DE CRITERIOS ....................................................................3
2.4.1 Criterio de Análisis y Cálculos ............................................................ 4
2.4.2 Criterio Comercial............................................................................... 4
CAPÍTULO III: DISEÑO DE LA RED ................................................................... 7
3.1 CÁLCULOS DE DISEÑO...........................................................................7
3.1.1 Consumo ............................................................................................ 9
3.1.2 Velocidades ........................................................................................ 9
3.1.3 Presión ............................................................................................... 9
3.2 PRIMER CIRCUITO.................................................................................10
3.2.1 Cálculo de Caudal Máximo Probable.................................................10
3.2.2 Cálculo de la Presión Primer Circuito ................................................14
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ii
3.2.2.a) Determinación del Tamaño de Cañería de Cobre y Perdida
Regular.......................................................................................................15
3.2.2.b) Determinación del Tamaño de Cañería de PVC y Perdida Regular
del Primer Circuito ......................................................................................20
3.2.2.c) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de Cobre y PVC
del Primer Circuito. .....................................................................................23
3.3 SEGUNDO CIRCUITO.............................................................................26
3.3.1 Caudal ...............................................................................................27
3.3.2 Cálculo de la Presión Segundo Circuito ............................................27
3.3.2.a) Pérdidas de carga en cañería de PVC Para Segundo Circuito .....27
3.3.2.b) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de PVC del
Segundo Circuito. .......................................................................................29
CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DE EQUIPOS........................................................31
4.1 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL PRIMER CIRCUITO..................31
4.1.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Primer Circuito .............................35
4.1.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba Primer Circuito .............................36
4.2 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO PARA EL PRIMER CIRCUITO .............37
4.2.1 Presión de Operación del Sistema Hidroneumático ..........................37
4.2.2 Volumen de Regulación.....................................................................38
4.2.3 Elección de Tanque Hidroneumático.................................................40
4.3 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL SEGUNDO CIRCUITO .............41
4.3.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Segundo Circuito .........................45
4.3.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba del Segundo Circuito....................45
4.4 CLORADOR DE AGUA...........................................................................46
4.5 FLOTADOR ELÉCTRICO PARA ESTANQUE DE AGUA ......................48
CAPÍTULO V: REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES.....................................49
5.1 INTRODUCCIÓN .....................................................................................49
5.2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, MEDIANTE TECNOLOGIA
NO CONVENCIONAL. ......................................................................................49
5.2.1 Partes y Elementos Para el Tratamiento de Aguas ...........................51
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iii
5.2.1.a) Cámara Desgrasadora ..................................................................51
5.2.1.b) Cámara de Inspección...................................................................51
5.2.1.c) Fosa Séptica..................................................................................52
5.2.1.d) Ventilación.....................................................................................57
5.2.1.f) Tubería de Drenaje.........................................................................58
5.2.1.g) Terreno de Infiltración....................................................................60
5.3 DISEÑO DE LA RED DE REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES.........62
CAPÍTULO VI: ESTUDIO DE COSTOS..............................................................68
6.1 COSTO DE MATERIALES ......................................................................68
6.2 MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA......................................................70
6.2.1 Costo de Mano de Obra ....................................................................70
6.2.2. Consumo de Combustible .................................................................71
6.2.3 Costo de Herramientas......................................................................72
6.2.4 Costo Suministro Eléctrico.................................................................73
6.2.5 Costo Adicionales..............................................................................75
CONCLUSIÓNES .................................................................................................77
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................79
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iv
NOMENCLATURA
A : Área [m2
]
D : Diámetro [m]
Dagua : Dotación de Aguas Servidas [L/hab/día]
Efmec : Eficiencia Mecánica de la Bomba [%]
f : Factor de Fricción
g : Aceleración de Gravedad [m/s2
]
HP : Altura Manométrica [m.c.a.]
L : Largo [m]
Lf : Contribución de Lodos frescos
N : Número de Habitantes Servidos (65 personas)
P : Presión [Bar]
Pbom : Potencia de la Bomba [kW]
Q1 : Caudal del Primer Circuito [m3
/h]
Q2 : Caudal del Segundo Circuito [m3
/h]
Qf : Caudal Afluente, de Fosa Séptica [L/día]
T : Periodo de Retención
V : Velocidad [m/s]
VF : Volumen de Fosa Séptica a Construir [L]
VFOSA : Volumen Total de la Fosa [L]
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v
Vr : Volumen de Regulación [L]
VOLtanque : Volumen Estanque Hidroneumático [L]
Z : Diferencia de Altura [m]
SIMBOLOGÍA
: Baños
: Bomba
: Cabaña / Casa
: Cabaña / Baño. Vista Superior
: Cámara Desgrasadora
: Cámara Distribuidora
: Cámara de Inspección
: Codo Radio Grande 90°
: Ducto de Ventilación
: Estanque Acumulador de Agua
: Manómetro Bourdon
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vi
: Reducción
: Tanque Hidroneumático
: Tee
: Unión Universal
: Válvula Check (Retención)
: Válvula de Bola
: Válvula de Globo
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1
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
El abastecimiento de agua potable y la remoción de aguas residuales es un
sistema de obras de ingeniería, conectadas que permite llevar el agua potable y
evacuar las aguas negras, hasta y desde las viviendas de una ciudad, pueblo o
área rural relativamente densa.
Sin ir más lejos, el sector chileno de agua y saneamiento se distingue
porque la mayoría de las empresas de abastecimiento urbano son de propiedad
privada. Uno de sus puntos débiles son las pérdidas relativamente altas de agua,
sin embargo, ello no se reconoce totalmente en las tarifas, puesto que se
determinan con base a una empresa modelo.
A raíz de lo anterior, se ha pensado en suministrar agua a una comunidad
suburbana a construir, junto a un lago, además de evacuar las aguas residuales.
Esta comunidad se encuentra a más de 500 metros de la red de alcantarillado y
suministro eléctrico. Por lo que se desea aprovechar el agua del lago para
consumo y uso doméstico. Actualmente en el lugar cuentan con un estanque en
altura, un baño común y una fosa séptica, aprovechando el agua del lago para el
uso doméstico de estos.
Para lograr el suministro, es necesario diseñar una red de abastecimiento
de agua. Utilizando un sistema hidroneumático para garantizar una presión
estable. También se pretende lograr potabilizar el agua mediante un filtro y un
clorador, para que no sea solo de uso doméstico, sino también para consumo
humano.
Para completar el sistema, se pretende diseñar una red de remoción de
aguas residuales, provenientes del conjunto habitacional, con el fin de tratar estas
aguas y depurarlas. Para lograr el saneamiento del ambiente.
Finalmente, calcular el costo que tendría implementar estos sistemas en el
lugar que se desea construir.
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2
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1 ORIGEN DEL PROYECTO
Tras la necesidad de construir un conjunto habitacional a orillas del lago
“Lanalhue”, 8ª Región del Bío-Bío. Surge el problema del suministro de agua,
dado que el sector se encuentra a más de 500 metros de la red de alcantarillado y
el tendido eléctrico. Deseando satisfacer las necesidades domésticas de
alimentación de agua no potable con una red proveniente del mismo lago.
Además de diseñar una red para la evacuación de aguas residuales provenientes
de las casas. El conjunto habitacional que será construido, considera 7 cabañas,
para un máximo de 65 personas de capacidad.
2.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO
2.2.1 Objetivo General
Diseñar, calcular y evaluar la factibilidad técnica y económica para una red
de abastecimiento de agua, para uso doméstico, proveniente de un lago y la
remoción de aguas residuales, para una comunidad suburbana.
2.2.2 Objetivos Específicos
 Diseñar y/o seleccionar las máquinas y los equipos necesarios para
un funcionamiento eficáz y eficiente del sistema propuesto.
 Determinar el costo de implementación de dicho sistema.
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3
2.3 CONDICIONES INICIALES
El sitio en el cual será construido el conjunto habitacional es de 2.500 m2
.
En el día de hoy, se cuenta con una red de suministro de agua, la que está
situada a una distancia de 20 metros de la orilla del lago y una altura aprox. de 6,5
metros del nivel del agua, mostrado en la Figura n° 2.1. Esta red de suministro
contempla 2 baños, un estanque de 2.500 litros y una fosa séptica, ilustrados en
la Figura n° 2.2 y en la Figura n°2.3 se muestra el circuito del estanque hasta los
baños. El agua al estanque es impulsada por una pequeña bomba conectada a
generador eléctrico, el cual se hace funcionar cuando el estanque tiene un nivel
bajo de agua, hasta llenarlo.
2.3.1 Necesidades Reales
Las necesidades reales corresponden primordialmente al caudal
(consumo) y presión (carga) requerida por el sistema, correspondiente a
las casas a construir y la cantidad de personas.
2.4 DEFINICIÓN DE CRITERIOS
Para el buen desarrollo de los cálculos que conlleva el diseño de la red de
abastecimiento, se utilizaran dos criterios.
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4
2.4.1 Criterio de Análisis y Cálculos
Mediante el uso apropiado de fórmulas derivadas de la mecánica de fluidos
clásica, se hará el diseño de las redes de aguas y se obtendrán las
magnitudes y características de los componentes necesarios.
2.4.2 Criterio Comercial
Puesto que no existen elementos o materiales de todas las dimensiones o
magnitudes calculadas, la selección de componentes se aproximará a los
valores comerciales disponibles.
Figura n° 2.1 Esquema Lago-Estanque
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5
Figura n° 2.2 Baños, Estanque y Fosa séptica existente
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6
Figura n° 2.3 Circuito de abastecimiento existente
Diámetro
Nominal
D
1-2
=
32
mm
D=
25
mm
(resto
del
circuito)
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7
CAPÍTULO III: DISEÑO DE LA RED
En el capítulo anterior, se planteó las distintas estructuras ya existentes
(estanque, baños), además del circuito que abastece el baño. Esto ayudará para
el diseño de la red de abastecimiento de agua a los distintos puntos de consumo.
3.1 CÁLCULOS DE DISEÑO
En primer lugar, se definen 2 circuitos conectados al estanque de acopio de
agua. El primer circuito se instalará desde el estanque, hasta las cabañas o
puntos de consumo, el que constará de una bomba para poder impulsar el agua y
un sistema hidroneumático para asegurar una presión de agua favorable. El
segundo circuito es el que va desde el lago hasta dicho estanque, el cual tendrá
una bomba para impulsar el agua hasta el estanque. Los dos circuitos en conjunto
se ilustran el la Figura N° 3.1, para tener una idea más clara de cómo será el
sistema de abastecimiento.
Para poder definir las dimensiones de las cañerías por donde se
transportará el agua, que abastecerá las viviendas, es necesario primero que
todo, saber cuál será el consumo (caudal) y presión (carga) requerida por el
sistema.
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8
Figura N° 3.1 Primer y Segundo Circuito Para Abastecimiento de Agua
Primer
Circuito
Segundo
Circuito
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9
3.1.1 Consumo
En este caso, se utilizará las normas de la Superintendencia de Servicios
Sanitarios (SISS), las que determinan un caudal instantáneo posible de acuerdo al
número de artefactos instalados en la vivienda y por medio de la utilización de una
tabla de simultaneidad (Tabla Nº 3.2) se obtiene el caudal máximo probable.
Para el último artefacto, el caudal máximo probable se debe considerar
igual al caudal instalado.
3.1.2 Velocidades
Las velocidades del agua en las tuberías no deben exceder de 2,5 m/s en
las tuberías exteriores y de distribución principal y 2,0 m/s en las tuberías de red
interior.
3.1.3 Presión
Para el caso de una alimentación desde la red pública, la presión de salida
en el artefacto más desfavorable, debe ser al menos de 0,392 bar (4 m.c.a.).
Si la alimentación es mediante elevación mecánica, el artefacto más
desfavorable debe tener en el diseño una presión mínima de 0,686 bar (7 m.c.a.).
En este caso no debe superar la máxima presión aceptada por cualquier artefacto
ni exceder 4,90 bar (50 m.c.a.).
Para este caso, se utilizará una presión de 1,5 bar (15 m.c.a.)
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10
3.2 PRIMER CIRCUITO
Ya mencionado anteriormente, el primer circuito de la red se encontrará
situado entre el estanque (ubicado a 5,70 m de altura) y los puntos de consumo
(cabañas y baños).
Primeramente se debe determinar el caudal y presión que se necesita
suministrar y que deberá soportar el circuito.
3.2.1 Cálculo de Caudal Máximo Probable
Para determinar el caudal a suministrar, se debe tener en cuenta que los
artefactos no estarán todos abiertos en simultaneidad, por lo que el caudal real es
muy inferior al instalado y se le conoce como Caudal Máximo Probable.
Se debe sumar el caudal de todos los artefactos que tienen las 7 casas.
Para ello se utiliza la Tabla Nº 3.1. El caudal determinado para cada artefacto se
denomina caudal instantáneo posible. Realizando una sumatoria de todos los
valores obtenidos de los artefactos presentes, y se lleva a la columna A de la
Tabla nº 3.2. Para obtener a su consecuente en la columna B de la misma tabla, y
así obtener el Caudal Máximo Probable.
 Caudal instantáneo posible: también conocido como “Caudal Instalado”,
obtenido por los valores de consumo de la Tabla Nº 3.1. Es la base para
obtener el caudal máximo probable
 Caudal real: Se conoce como “Caudal Máximo Probable”, obtenido de la
Tabla Nº 3.2. Bajo la premisa de que no todos los artefactos están
funcionando simultáneamente.
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11
Desarrollo:
[ ⁄ ]
[ ⁄ ]
( ) [ ⁄ ]
[ ⁄ ]
[ ⁄ ]
( ) [ ⁄ ]
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12
Tabla Nº 3.1. Caudal Mínimo Instalado en Artefactos Sanitarios.
Fuente NCh 2485 of 2000
Tipo de artefacto
Gasto (L/min)
Agua fría Agua caliente
Inodoro corriente 10
Inodoro con válvula automática Especificaciones del fabricante
Baño lluvia 10 10
Tina 15 15
Lavatorio 8 8
Bidet 6 6
Urinario corriente 6
Urinario con válvula automática Especificaciones del fabricante
Lavaplatos 12 12
Lavadero 15 15
Lava copas 12 12
Bebedero 5
Salivera dentista 5
Llave de riego, 13 mm 20
Llave de riego, 19 mm 50
Urinario con cañería perforada por metro 10
Ducha con cañería perforada por metro 40
Máquina de lavar vajillas 15 15
Máquina de lavar ropa 15 15
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13
Tabla Nº 3.2. Tabla de Relación Entre el Caudal Instantáneo Posible (A) y el
Caudal Máximo Probable (B). Fuente Flygt Chile S.A.
A B
10 8.5
20 14
30 18
40 22
50 26
60 29
70 32.5
80 36
90 39
100 42
120 47
140 52
160 57
180 62
200 67
220 72
240 76
A B
260 80
280 84
300 88
350 96.5
400 105
450 113.5
500 122
550 130.5
600 139
650 147.5
700 156
750 164.5
800 173
850 181.5
900 190
950 198.5
1000 206
A B
1200 235
1400 260
1600 285
1800 310
2000 335
2200 355
2400 375
2600 395
2800 415
3000 435
3500 485
4000 530
4500 575
5000 630
5500 670
6000 710
6500 750
A B
7000 790
7500 830
8000 870
8500 910
9000 945
9500 990
10000 1020
12000 1150
14000 1280
16000 1400
18000 1500
20000 1600
22000 1775
24000 1875
26000 1975
30000 2175
35000 2430
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14
El caudal máximo probable (columna B) se obtiene a partir del caudal
instantáneo posible ya conocido (columna A) de la siguiente tabla:
Por lo tanto:
[ ⁄ ]
[ ⁄ ]
[ ] [ ] [ ]
3.2.2 Cálculo de la Presión Primer Circuito
Para calcular la presión de bombeo se debe realizar un balance de energía,
en el que se incluyen todas las diferencias de alturas, pérdidas de cargas y
presión útil. Para conseguir esto se recurre a la ecuación de Bernoulli, que está
definida de la siguiente manera:
( ) ( ) (Ecuación 3.1)
Dónde: 1 corresponde al punto de entrada (centro de abastecimiento)
situado en un estanque de acopio, cuya presión en ese punto corresponde a la
atmosférica, y 2 pertenece a la salida (centro de consumo), a nivel de las duchas.
Luego haciendo los correspondientes arreglos se obtiene la carga de la bomba,
que a su vez es la carga del circuito.
( ) ( ) ( )
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15
Para realizar el cálculo de la presión a bombear se deben calcular todas las
pérdidas de carga (pérdidas de presión en la tubería), tanto en los accesorios
como en la tubería misma. Además de las diferencias de altura que existen entre
el punto de abastecimiento y de consumo. Para ello, se ha creado una red
tentativa que abastecerá cada una de las casa, ilustrada en la Figura n°3.3.
Este primer circuito consta con tramos de distinto diámetro nominal, y de
distinto material (cobre y PVC), con el fin que los puntos de consumo más alejados
tengan una presión tan favorable como en los primeros. De esta manera se
asegurará una presión homogénea en todo el circuito.
3.2.2.a) Determinación del Tamaño de Cañería de Cobre y Perdida
Regular.
Determinación del tamaño de las líneas de transporte de agua (pérdidas
fricciónales). Para el dimensionamiento conviene recurrir a un criterio de
velocidad. Se recomiendan velocidades entre 1,5 a 3,0 [m/s]. Para este caso
tomaremos una velocidad de 2,0 [m/s]
Se utilizará tubería de cobre para el tramo donde va montada la bomba, con
las respectivas válvulas. Este tramo mide aprox. 3 metros. Se muestra ilustrado en
la figura n° 3.2
Figura N° 3.2 Circuito Donde Va Montada la Bomba
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16
Figura N° 3.3 Esquema de Circuito Tentativo
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17
Ecuación de continuidad
(Ecuación 3.2)
La velocidad tomada es 2 [m/s]
Luego con la Ecuación 3.2 se tendrá las áreas.
[ ]
(Ecuación 3.3)
A su vez con la ecuación 3.3 se obtendrá los diámetros.
√ √
( )
[ ] [ ]
Para la tubería de cobre, se determinó un diámetro interior de 38,8 [mm],
por lo que se selecciona una cañería de Cobre tipo “M” de 1 ½” (40 mm)
( )
[ ]
[ ]
También se determinó una velocidad del fluido de 1,85 [m/s], dentro de la
cañería de cobre de 40 [mm].
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18
Se sabe que f es función de Re y
D
e
pero en esta situación se tienen
tubo liso de cobre  f ( Re)
v
D
V 

Re (Ecuación 3.4)
Al observar el resultado obtenido para Re, se puede afirmar que tienen un
régimen turbulento el fluido dentro de la cañería de cobre.
Ahora con la obtención del número de Reynolds, se conduce al Diagrama
de Moody Figura N°3.4 de donde se obtendrá el factor de fricción:
Con el factor de fricción determinado, se utiliza la ecuación fundamental de
Darcy-Weisbach [1], para obtener las pérdidas en la cañería de cobre.
( )
(Ecuación 3.5)
( )
( )
[ ]
[1] La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el
cálculo de la pérdida de carga debido a la fricción dentro de una tubería. La ecuación fue inicialmente
una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada
por Julius Weisbach, de Sajonia, hasta la forma en que se conoce actualmente. Fuente: Wikipedia
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19
Figura N°3.4 Diagrama de Moody
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20
3.2.2.b) Determinación del Tamaño de Cañería de PVC y Pérdida
Regular del Primer Circuito
Dado que el caudal no es el mismo para todos los tramos, ya que se divide
para abastecer los puntos de consumo, se emplea la tabla N° 3.2 para determinar
el caudal en cada tramo. El caudal de cada cañería estará determinado por la
cantidad de artefactos que alimentará y se estimará un valor de caudal máximo
probable. En la Figura N° 3.5, se ilustra los tramos con su respectivo caudal y
dimensionamiento de cañerías.
En la Tabla N° 3.4 permite definir los diámetros y pérdidas de carga
correspondiente a cañería de PVC C10, según el caudal a transportar. Por lo que
se definen los diámetros para cada cañería. Para un caudal igual a 140 [L/min] se
recomienda un diámetro de 50 [mm], el cual tendrá el primer tramo del circuito
(PVC.1). El tramo intermedio (PVC.2), con un caudal de 105 [L/min] se utilizará un
diámetro de 32 [mm] y en los tramos finales, de 36 [L/min] de caudal, se utilizará
un diámetro de 25 [mm]. Todos ellos se empleará cañerías de PVC Hidráulico
C10.
La tabla N° 3.4 también muestra la velocidad y la pérdida de carga que
tendría la tubería para cierto caudal, para el caso de las cañerías definidas se
resumen en la Tabla N°3.3, con la perdida regular para cada tramo de cañería:
Tabla N° 3.3 Pérdidas de Carga en Tramos de PVC del Primer Circuito
CAUDAL
[L/min]
VELOCIDAD
[m/s]
PERIDA DE
CARGA
LARGO
[m]
PERDIDA
REGULAR [m]
PVC.1 140 1,45 0,05 66 3,30
PVC.2 100 - 60 2,63 – 1,58 0,24 – 0.09 21,5 3,15
PVC.3 40 1,75 0,16 12,1 1,94
[ ]
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21
Figura N° 3.5 Caudales Y Cañerías del Primer Circuito
Tramo
Inicial,
PVC.1
(50
mm)
Tramo
Intermedio,
PVC.2
(32
mm)
Tramo
Final,
PVC.3
(25
mm)
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22
Tabla Nº 3.4 Tabla de Selección de Diámetros de Cañería de PVC y Pérdidas de
Carga
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23
3.2.2.c) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de Cobre
y PVC del Primer Circuito.
Para el cálculo de las pérdidas singulares, se utiliza la Ecuación 3.6, donde
se necesita los coeficientes “K” para determinar el valor de la pérdida singular,
expuestos en la tabla N° 3.5
Singularidades:
Conducto Cobre
 1 Reducción = 1,0
 1 Ensanchamiento = 0,3
 1 Válvula Check = 2,0
 2 Válvula Esférica = 10 * 2
 2 Uniones Universal = 0,4 * 2
 1 Tee Paso Directo = 0,1
Conducto PVC.1
 5 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 5
 1 Tee Cambio de Dirección = 1,8
 2 Reducciones = 1,0 * 2
Conducto PVC.2
 1 Reducción = 1,0
 4 Tee Paso Directo = 0,1 * 4
Conducto PVC.3
 1 Reducción = 1,0
 2 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 2
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24
∑
( )
(Ecuación 3.6)
[( ) ( )]
( )
( ) ( )
[ ]
[( ) ( )]
( )
( ) ( )
[ ]
[( ) ]
( )
( ) ( )
[ ]
[( ) ]
( )
( ) ( )
[ ]
Al sumar las pérdidas tanto regulares como singulares, tenemos:
[ ]
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25
Con las pérdidas calculadas, regulares (6,44 m) como singulares (8,64 m),
en las cañerías, las diferencias de altura, velocidades y presiones, se puede
determinar mediante la ecuación 3.1, ecuación de Bernoulli la carga de la bomba.
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
[ ]
La velocidad de 1,63 [m/s] es un promedio estimado de las velocidades de
las 4 cañerías; cobre, PVC1, PVC2 y PVC3.
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26
Tabla N° 3.5 Coeficiente “K” para pérdidas singulares
3.3 SEGUNDO CIRCUITO
Una vez determinado el primer circuito de la red, podemos diseñar el
segundo. Dado que es necesario saber el caudal que se debe suministrar para el
primer circuito, con el fin de que el segundo circuito sea capaz de abastecer las
necesidades del primero (caudal). Además, se propone que sea completamente
de tubos de PVC C10.
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27
3.3.1 Caudal
Tomando como referencia el caudal del primer circuito, se debe elegir uno
que sea relativamente mayor para el diseño del segundo circuito.
Dado que:
[ ] [ ] [ ]
El caudal para el segundo circuito será:
[ ] [ ] [ ]
3.3.2 Cálculo de la Presión Segundo Circuito
Para calcular la presión de bombeo que necesitará el segundo circuito, se
utilizará el “Método Analítico”, utilizado para la determinación del primer circuito.
Para tener una idea más clara de cómo será el circuito, se ilustra en la
figura N° 3.6 un circuito tentativo para el tramo que va desde el lago hasta el
estanque.
La velocidad del agua dentro de la tubería deberá ser de 2,0 [m/s]
3.3.2.a) Pérdidas de carga en cañería de PVC Para Segundo Circuito
De igual forma que se hizo en el primer circuito, las pérdidas de
carga para cañerías de PVC se determinan mediante la Tabla N°3.4, que permite
definir los diámetros y pérdida de carga según el caudal a transportar. Para un
caudal de 160[L/min] se recomienda un diámetro de 50 [mm].
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28
Figura N° 3.6 Segundo Circuito. Tramo Entre Lago y Estanque
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29
Se Selecciona una cañería de PVC Hidráulico C10 de diámetro nominal de
50 [mm]. Si entramos a la Tabla N° 3.4, con caudal de 160 [L/min] y diámetro
50[mm], tenemos una pérdida de carga unitaria por cada metro lineal de 0,06 [m],
y velocidad del agua de 1,66[m/s].
Tabla N° 3.6 Perdida de Carga en PVC del Segundo Circuito
CAUDAL
[L/min]
VELOCIDAD
[m/s]
PERDIDA
REGULAR
LARGO PERDIDA
DE CARGA
PVC.4 160 1,66 0,06 48,1 2,89
3.3.2.b) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de PVC
del Segundo Circuito.
Para el cálculo de las pérdidas singulares, se utiliza la Ecuación 3.6, donde
se necesita los coeficientes “K” para determinar el valor de la pérdida singular,
expuestos en la tabla N° 3.5
Singularidades:
 11 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 11
 1 Codo 30° Radio Grande = 0,35
 1 Reducción = 1,0
 1 Ensanchamiento = 0,3
 1 Válvula Check = 2,0
 1 Válvula de Pie = 2,5
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30
∑
( )
(Ecuación 3.6)
[( ) ]
( )
( ) ( )
[ ]
Con las pérdidas calculadas, regulares como singulares, las diferencias de
altura, velocidad y presiones, se puede determinar mediante la Ecuación N° 3.1,
ecuación de Bernoulli, la carga de la bomba que irá montada en el segundo
circuito.
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
[ ]
Para el segundo circuito se selecciona una cañería de PVC C10, con
diámetro nominal de 50 [mm], en donde el agua a transportar tendrá una velocidad
de 1,66 [m/s]. Además, se determinó una altura manométrica de 19[m] aprox. para
la bomba que se montara en el circuito para impulsar el agua.
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31
CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DE EQUIPOS
En este capítulo se abordara la selección de cada equipo necesario para el
funcionamiento de la red de abastecimiento. Tales como bombas, tanque
hidroneumático, clorador, etc. Con el fin de poder determinar el equipo que
satisface de mejor manera las necesidades de la red.
4.1 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL PRIMER CIRCUITO
Preferentemente las bombas a emplearse en sistemas de elevación de
agua son del tipo “Monoblock” o acoplamiento directo de bomba y motor, con
rodete cerrado y sello mecánico. Para el caso de equipos, cuya presión no exceda
los 58 [m.c.a.] y que por lo tanto empleen una sola red de distribución, el tipo de
bomba más adecuada será la de un rodete o unicelular.
Para poder seleccionar la bomba impulsora adecuada, es necesario
determinar 4 elementos importantes; Tipo de líquido a bombear, Caudal requerido,
Presión/Altura requerida y Clase y tipo de bomba.
Tipo de Líquido a bombear
El sistema de abastecimiento diseñado, pretende suplir necesidades
domésticas. El fluido a suministrar es agua limpia, sin sólidos en suspensión,
desde un depósito, por lo que es recomendado utilizar una bomba de tipo
centrifuga de rodete.
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32
Caudal Requerido
Mediante los cálculos efectuados en el subcapítulo 3.3, se determinó el
caudal necesario que se deberá suministrar a la red, el cual es:
[ ] [ ] [ ]
Presión/Altura requerida
En el subcapítulo anterior, 3.3, se determinó la altura manométrica, que se
debería suministrar al sistema. Tomando este valor, se selecciona un valor de
presión o altura.
[ ] [ ]
Clase y Tipo de Bomba
Para la red diseñada, la bomba a seleccionar deberá entregar el caudal (Q),
a la presión (Hm) requerida, determinados anteriormente.
Dado el tipo de fluido (agua sin sólidos), y los requerimientos de presión y
caudal, el tipo de bomba más adecuada sería de tipo centrífuga de flujo radial
Para la elección de la bomba, se elige al proveedor ,
producidas por un mundialmente reconocido fabricante de bombas hidráulicas,
importadas directamente de Italia hacia Chile.
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33
Al revisar el catálogo de bombas, se selecciona una bomba de la serie
PLURIJET, dado que cumple de mejor forma las condiciones de trabajo, al ser
autocebante trabaja de forma óptima al acoplarse a un tanque de presurización.
Figura N° 4.1 Curva de Funcionamiento de Bombas (H v/s Q). Modelos PLURIJET
Tabla N° 4.1 Datos de Funcionamiento Modelos de Bombas PLURIJET
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34
Figura N° 4.2 Dimensiones y Peso de Bombas Modelos PLURIJET
Tabla N° 4.2 Consumo de Amperios de Bombas Modelos PLURIJET
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35
De la curva de bombas (Figura N° 4.1) y los datos de funcionamiento (Tabla
N°4.1), se determina que la bomba adecuada para el circuito es el modelo
“PLURIJET 3/200” con acople directo de un motor trifásico
4.1.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Primer Circuito
Para determinar la potencia que la bomba entrega al fluido, en este caso
agua, está dada por la siguiente ecuación:
(Ecuación N° 4.1)
Dónde:
Hp= Altura manométrica (27,5 m)
r=Peso específico del agua (1000 kg/m3
)
g= Aceleración de gravedad (9,81 m/s2
)
Q= Caudal (2,33*10-3
m3
/s)
[ ⁄ ]
[ ]
Para calcular la potencia de la bomba se calculó una altura manométrica de
27 m,
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36
4.1.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba Primer Circuito
Para determinar esta eficiencia, se sabe que el proveedor de la bomba
estipula que el eje del motor, en acero inoxidable, entrega una potencia de 0,75
kW (potencia de entrada a la bomba). Por lo tanto:
(Ecuación N° 4.2)
( )
( )
El valor de Efmec en las bombas no solo depende del diseño de estas, sino
también de las condiciones en que operan, en particular de la carga total y del flujo
volumétrico. Para las bombas utilizadas en sistemas hidráulicos, precisamente
centrifugas, para transferir o hacer circular líquidos, la eficiencia va de 50% a 85%.
Por lo tanto la eficiencia calculada esta entre los rangos normales de trabajo.
Finalmente, tenemos para la motobomba:
Potencia bomba: 0,629 kW
Potencia de Motor: 1,1 kW / 1,5 HP (motor trifásico)
Eficiencia mecánica: 82 %
Velocidad de rotación: 2.900 RPM
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37
4.2 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO PARA EL PRIMER CIRCUITO
Dada su versatilidad y eficiencia, los sistemas hidroneumáticos aseguran
que la red hidráulica mantenga su presión de manera constante, mejorando el
funcionamiento de los diferentes artefactos del circuito
El hidroneumático, esta formado por un depósito (tanque) de fierro, con una
membrana de caucho que almacena el agua, al tanque se le inyecta aire a
presión. Estos sistemas sirven para automatizar las bombas y controlan el
número de partidas horarias de los motores eléctricos. Esto es muy importante
cuando se bombean caudales variables; es el caso de los artefactos sanitarios.
Los motores eléctricos disipan calor, si tienen demasiadas partidas consecutivas,
se recalientan. Cuanto más grande es el tamaño del hidroneumático menor son
las partidas del motor de la bomba y este trabaja más frío.
4.2.1 Presión de Operación del Sistema Hidroneumático
Para que el sistema hidroneumático pueda funcionar con normalidad, es
necesario determinar 2 presiones distintas de trabajo:
Presión Mínima (Pmin)
La presión mínima de operación (Pm) del cilindro en el sistema
hidroneumático deberá ser tal que garantice en todo momento, la presión
requerida en la toma más desfavorable. Por lo tanto se considera como la altura
manométrica total del sistema
[ ] [ ]
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38
Para esta presión de trabajo, la bomba seleccionada (PLURIJET 3/200),
entrega un caudal Qa= 143 [L/min] = 2,38 [L/s]
Presión Diferencial y Máxima (PMAX)
Se asigna una presión de detención de la bomba, que debe ser un
diferencial entre las presiones mínima y máxima del sistema. Se debe tener en
cuenta que al aumentar el diferencial de presión, aumenta la relación de eficiencia
del cilindro considerablemente y por lo tanto reduce en tamaño final del mismo;
pero aumentar demasiado el diferencial puede ocasionar inconvenientes
pequeños, tales como un mayor espesor de la lámina del tanque, elevando así su
costo y obligando a la utilización de bombas de mayor potencia para vencer la
presión máxima, o graves, tales como fugas en las piezas sanitarias y
acortamiento de su vida útil.
Para estos casos es recomendado que el diferencial de presión no sea
inferior a 20 Psi (14 m.c.a.).
Se considerará una presión máxima, para la determinación de sistema
hidroneumático igual a:
[ ]
Para esta presión de trabajo, la bomba seleccionada (PLURIJET 3/200),
entrega un caudal Qb= 54 [L/min] = 0,9 [L/s]
4.2.2 Volumen de Regulación
Habiéndose determinado la curva característica de la bomba, la siguiente
etapa es el cálculo del volumen de regulación (Vr), o cantidad de agua que debe
acumularse dentro del tanque, que es función del caudal medio (Qm) de la bomba,
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39
y del números de partidas horarias que se le desee imprimir, para el consumo más
desfavorable.
Mientras mayor sea la potencia del motor, el tiempo entre partidas será
mayor. La Tabla N° 4.3 sugiere una relación mínima entre T (tiempo) y la potencia
del motor.
Tabla N° 4.3 Tabla Relación Entre Potencia y Partidas Horarias.
Para motores de 0,5 a 3 HP de potencia, la tabla sugiere una relación de
tiempo de 1,2 [min]
(Ecuación N° 4.3)
[ ]
(Ecuación N° 4.4)
[ ] [ ]
[ ]
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40
Finalmente se calcula el volumen del taque, que tendrá una relación directa
con el volumen de regulación (Vr) resultante y la presión mínima de trabajo (Pmáx),
y una relación inversa al rango elegido.
Por lo tanto:
( ) (Ecuación N° 4.5)
( ) [ ] ( )
[ ]
4.2.3 Elección de Tanque Hidroneumático
Una vez obtenido el volumen que deberá tener el tanque, se debe corregir
este volumen, para poder seleccionar uno de los estanques ofrecidos en el
mercado. Del catálogo PEDROLLO (Figura N° 4.3), con V= 100[L], para
seleccionar el estanque.
Figura N° 4.3 Catalogo PEDROLLO, Tanque hidroneumático
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41
Seleccionamos del catálogo, tanque Cilíndrico:
Modelo: 100 CL
Capacidad: 100[L]
Presión máx.: 10 [bar]
Conexión: 1”
4.3 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL SEGUNDO CIRCUITO
De manera similar a la utilizada para seleccionar al bomba del primer
circuito, se hará para la determinación de la bomba más adecuada para el
segundo circuito.
Tipo de Líquido a bombear
El fluido a suministrar es el mismo que en el primer circuito, agua limpia, sin
sólidos en suspensión, desde un depósito, por lo que es recomendado utilizar una
bomba de tipo centrifuga de rodete.
Caudal Requerido
Se determinó mediante cálculos, en el capítulo, que el caudal necesario
que se deberá suministrar al circuito será de:
[ ] [ ] [ ]
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42
Presión/Altura requerida
En el subcapítulo anterior, 3.3, se determinó la altura manométrica, que se
debería suministrar al sistema, siendo de:
[ ] [ ]
Clase y Tipo de Bomba
Para la red diseñada, la bomba a seleccionar deberá entregar el caudal (Q),
a la presión (Hm) requerida, determinados anteriormente.
Dado el tipo de fluido (agua sin solidos), y los requerimientos de Presión y
caudal, el tipo de bomba más adecuada sería de tipo centrifuga de flujo radial
Al revisar el catálogo de bombas , se selecciona la
bomba “AL-RED”, utilizada generalmente en el campo doméstico, agrícola e
industrial. Todos los componentes que están en contacto con el agua son de acero
inoxidable, garantizando una higiene total y una máxima resistencia a la corrosión
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43
Figura N° 4.4 Curva de Funcionamiento de Bomba AL-RED (H v/s Q).
Tabla N° 4.4 Datos de Funcionamiento de Bomba AL-RED
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44
Figura N° 4.5 Dimensiones de Bomba AL-RED
Tabla N° 4.5 Consumo de Amperios de Bomba AL-RED
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45
4.3.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Segundo Circuito
De la misma forma utilizada para determinar la potencia de la bomba en el
subcapítulo 4.1, se determinará la potencia que la bomba entrega al fluido,
usando la ecuación N° 4.1
(Ecuación N° 4.1)
[ ⁄ ]
[ ]
Para calcular la potencia de la bomba se calculó una altura manométrica de
19 m.
4.3.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba del Segundo Circuito
Para determinar esta eficiencia, se sabe que el proveedor de la bomba
estipula que el eje del motor, en acero inoxidable AISI 304, entrega una potencia
de 0,66 KW (potencia de entrada a la bomba). Por lo tanto:
(Ecuación N° 4.2)
( )
( )
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46
El valor de Efmec en las bombas no solo depende del diseño de estas, sino
también de las condiciones en que operan, en particular de la carga total y del flujo
volumétrico. Para las bombas utilizadas en sistemas hidráulicos, precisamente
centrifugas, para transferir o hacer circular líquidos, la eficiencia va de 50% a 85%.
Por lo tanto la eficiencia calculada esta entre los rangos normales de trabajo.
Finalmente, tenemos para la motobomba:
Potencia bomba: 0,498 kW
Potencia de Motor: 0,75 kW / 1 HP (motor trifásico)
Eficiencia mecánica: 76 %
Velocidad de rotación: 3.450 RPM
4.4 CLORADOR DE AGUA
Como es necesario clorar el agua proveniente del lago antes de su
consumo, se instalaran cloradores de línea en las cañerías de PVC.
El dosificador de cloro en línea contiene en su interior un canastillo con una
cápsula de hipoclorito cálcico HTH. A través del flujo del agua en la cañería a la
salida del estanque, se disuelve la tableta de cloro, permitiendo la potabilización
del agua en forma rápida y sencilla. Se recomienda para instalaciones
domiciliarias, con un caudal a tratar de 160 [L/min] aprox. como máximo.
Las tabletas proporcionan de forma rápida una extraordinaria capacidad de
destrucción bacteriana al mismo tiempo que inhiben su posterior desarrollo. Las
tabletas han sido especialmente diseñadas para ser usadas en los cloradores
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47
siendo eficientes, seguras y económicas. Contienen al menos un 70% de cloro
activo y son más seguras que cualquier otra forma de cloración puesto que no hay
exposición a polvos, líquidos o gases peligrosos
Este sistema es práctico, de fácil uso, regula la entrega de cloro en ppm. y
no requiere energía eléctrica para su funcionamiento.
Se selecciona un clorador de agua en línea marca VALAC. El cual tiene
como características:
Caudal a Tratar : 150 [L/min] aprox.
Diámetro de Conexión : 50 [mm]
Figura N° 4.6 Clorador de Agua en Línea, Marca VALAC
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48
4.5 FLOTADOR ELÉCTRICO PARA ESTANQUE DE AGUA
La utilización de un flotador eléctrico o interruptor de nivel, tiene como
función automatizar la bomba del segundo circuito, evitando que ésta funcione
cunado no sea necesario, y que el estanque se desborde por exceso de agua. Al
utilizar un flotador en el estanque se asegura una protección en la bomba, pues
ésta solo se enciende cuando el estanque le falta agua y se apaga cunado el
estanque está lleno.
El flotador es un producto de plástico, sellado herméticamente conocido
también como sensor o controlador flotante de nivel, su diseño es muy práctico, al
igual que su instalación, pues no requiere de mayores complicaciones para su
colocación.
Se selecciona un flotador de nivel de marca KOSLA modelo MAC3-3, el
cual tiene 3 [m] de largo, un voltaje AC 220 V. se ilustra en la Figura N° 4.7
Figura N° 4.7 Interruptor de Nivel MAC3-3
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49
CAPÍTULO V: REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
5.1 INTRODUCCIÓN
Las obras de alcantarillado tienen como necesidad esencial el saneamiento
del ambiente, mediante la evacuación de aguas residuales por medio de
colectores, que dirigen las aguas grises y negras para ser depuradas.
La depuración de las aguas residuales es crucial para la salud pública, ya
que elimina contaminantes químicos y biológicos, a fin de mantener condiciones
adecuadas de salud e higiene de la población, conservar la calidad de las fuentes
de agua e inclinarse a una utilización racional y sustentable de los recursos
acuáticos.
Existen diversos métodos para la depuración de aguas residuales. En el
presente proyecto se construirá un alcantarillado particular, excluyente del
alcantarillado público. Además, se abordará un tratamiento de aguas residuales
mediante tecnología no convencional. Por la condición de que solo se depurarán
aguas residuales domésticas o aguas negras, de una población baja, las cuales
proceden de actividades domésticas. Estas aguas residuales pueden contener;
detritus, detergentes, aceites, microrganismos y materia orgánica.
5.2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, MEDIANTE TECNOLOGIA
NO CONVENCIONAL.
Los caudales y calidades de las aguas residuales que se generan en las
pequeñas aglomeraciones urbanas difieren notablemente de las que proceden de
los grandes núcleos de población, como consecuencia del diferente grado de
desarrollo económico y social.
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50
Dado por la localización geografía y el grado de desarrollo que existe a los
alrededores del recinto, se dificulta la provisión de los servicios de saneamiento y
depuración. Por ello, para generar soluciones para el tratamiento de las aguas
residuales para pequeñas comunidades, se elige optar por alternativas que;
tengan un gasto energético mínimo, requieran un mantenimiento simple,
garanticen un funcionamiento eficaz y estable frente a las oscilaciones de caudal
y carga que se presentan.
Las tecnologías de depuración de aguas residuales que reúnen estas
características se conocen como “Tecnologías no convencionales”.
Este tipo de tecnologías requiere actuaciones de bajo impacto ambiental,
logrando la reducción de la carga contaminante con costes de operación inferiores
a los de los tratamientos convencionales y con unas necesidades de
mantenimiento sin grandes dificultades técnicas, lo que permite la manipulación
por personal no especializado.
Los procesos que intervienen en las tecnologías no convencionales
incluyen a muchos de los que se aplican en los tratamientos convencionales
(sedimentación, filtración, adsorción, precipitación química, intercambio iónico,
degradación biológica, etc.), junto con procesos propios de los tratamientos
naturales (fotosíntesis, fotooxidación, asimilación por parte de las plantas, etc.),
pero a diferencia de las tecnologías convencionales, en las que los procesos
transcurren de forma secuencial en tanques y reactores, y a velocidades
aceleradas (gracias al aporte de energía), en las tecnologías no convencionales se
opera a “velocidad natural” (sin aporte de energía). El ahorro en energía se
compensa con una mayor necesidad de superficie para tratar las aguas.
Dado por las condiciones reales, necesidades y por el rendimiento dentro
de los diferentes sistemas de depuración de aguas residuales, se opta por utilizar
el sistema de infiltración subterránea.
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51
5.2.1 Partes y Elementos Para el Tratamiento de Aguas
Es necesaria la instalación de distintos elementos para que el
sistema de remoción de aguas residuales sea de manera óptima, evitando que
alguna parte del sistema falle y no se logre de manera exitosa la evacuación y
depuración de las aguas residuales. Para esto se detallan y/o calculan los distintos
elementos y partes que se desean implementar.
5.2.1.a) Cámara Desgrasadora
Esta cámara cumple la función de retener grasas y jabones de las
aguas grises que se dirijan a la fosa séptica, con el único objetivo de
impedir su paso al sistema de drenaje, ya que estas lo podrían sellar o
impermeabilizar, es decir, las perforaciones de la tubería de drenaje se
taparán con grasas y jabones, impidiendo así que las aguas lleguen y se
filtren a la tierra, por consiguiente se llenará de agua, y todo el sistema se
rebasará. Generando de este modo un nulo o un mal funcionamiento.
5.2.1.b) Cámara de Inspección
Esta cámara cumple la función, como su nombre lo dice de inspeccionar,
permite revisar que las aguas estén fluyendo sin problemas hacia la fosa, ésta es
solo una cámara de paso no acumula ningún tipo de agua.
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52
5.2.1.c) Fosa Séptica
En lugares donde no exista alcantarillado, la fosa séptica es indispensable,
además de ser obligatoria, por la naturaleza de los desechos orgánicos que no
deben ser evacuados directamente al subsuelo, la fosa séptica es un dispositivo
de tratamiento, cuya finalidad es separar y depurar las materias sólidas, para así
degradar biológicamente los desechos orgánicos.
El sistema séptico consiste en la descomposición de los sólidos que llevan
las aguas servidas mediante procesos bacterianos, permitiendo acondicionar
estas aguas para que puedan ser infiltradas al subsuelo.
Dado que ya existe una fosa séptica, la cual tiene un volumen de 13,2 [m3
],
se deberá calcular el volumen real que se necesitara de fosa séptica para todas
las cabañas y los baños. Una vez calculada la fosa, se deberá colocar al lado de la
existente, con el fin de que sea una sola gran fosa, con una pared de separación
(2 cámaras).
Para determinar el volumen que deberá tener la fosa, se utiliza las
siguientes ecuaciones:
( ) (Ecuación 5.1)
Dónde:
VFOSA = volumen total de la fosa, en litros
N = Número de habitantes servidos (65 personas)
Dagua = Dotación de aguas servidas, en litros por habitante en un día
T = Periodo de retención
Lf = Contribución de lodos frescos
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53
La contribución de lodos frescos se obtiene de la ecuación 5.2
(Ecuación 5.2)
Se estima una dotación (Dagua) de 150 L/hab/día (ver Tabla N° 5.1) dado de
cataloga como “residentes”
Determinación del caudal Qf
(Ecuación N° 5.3)
Al calcular el caudal afluente de la fosa séptica (Qf) podemos entrar a la
tabla N° 5.2 para determinar el periodo de retención (T) que tendrán las aguas en
la fosa séptica.
( )
Restando el volumen de la fosa ya construida (13,2 m3
), se tiene que
el volumen que se necesita construir es de:
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54
Tabla N° 5.1 Relación Tipo de Edificio-Dotación de agua al día
Tabla N° 5.2 Relación Caudal-Periodo Retención de la Fosa
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55
Una vez obtenido el volumen de la fosa que se necesita construir, se
procede a determinar las dimensiones de esta.
Se recomienda como límite de profundidad máxima de 2,50 m, por razones
constructivas y de operación en la extracción del lodo; y una profundidad mínima
de 1,00 m, para que permita una buena operación de la fosa.
Dimensionamiento de la fosa:
El dimensionamiento de la fosa séptica vienen dado por:
(Ecuación N° 5.4)
La relación más conveniente de largo (l) y ancho (a) para la fosa es
2:1, vale decir:
Reemplazando se obtiene:
( )
Despejando, tenemos que:
( )
(Ecuación N° 5.5)
Dónde:
a = Ancho interior de la fosa [m]
l = Largo interior de la fosa [m]
h = Profundidad útil interior de la fosa [m]
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56
Tabla N° 5.3 Relación Caudal-Profundidad de la Fosa
Calculando:
( ) ( )
( )
Ajustando los valores obtenidos a números enteros, tenemos que:
a = 4,7 (m)
l = 9,2 (m)
h = 2,50 (m)
( )
Se debe adicionar (sumar) al valor de “h” 0,25 a 0,40 (m); los que
corresponde al colchón de aire que este debe tener la fosa.
En este caso se le adicionará 0,30 (m) por lo que el valor de “h” corregido
será de 2,80 (m)
Dado que el valor obtenido del volumen de la fosa es levemente
mayor al calculado antes, cumple las condiciones requeridas.
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57
Figura N° 5.1 Fosa Séptica
5.2.1.d) Ventilación
La fosa séptica debe tener una ventilación, que permita evacuar los gases
originados por la degradación de las materias orgánicas. Preferentemente, se opta
por que tenga una salida sobre el nivel del techo.
Una ventilación puede realizarse distintos lugares, descarga de W.C,
cámara de registro, fosa séptica, terminal de drenes, etc. Se recomienda evitar
muchos codos y tubería muy larga, para facilitar la extracción de los gases
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58
5.2.1.e) Cámara Distribuidora
Esta cámara tiene como función distribuir en forma homogénea, o de igual
forma las aguas hacia la tubería de drenaje para que se infiltren en la tierra en
forma pareja.
5.2.1.f) Tubería de Drenaje
Esta tubería cumple la función de trasladar las aguas e infiltrarla en la tierra
mediante una serie de perforaciones micro perforado que contiene a través de
todo su largo, por esas perforaciones el agua va cayendo hacia la tierra y así
terminando el ciclo del sistema.
La tubería de drenaje puede tener como máximo 30 (m), por lo que se
aconseja dividir en 2 o 3 tuberías, y un mínimo de 1,8 (m) de distancia entre
tuberías de drenaje, para optimizar el terreno de infiltración.
Para que el terreno tenga una óptima absorción de las aguas, es necesario
que la tubería de drenaje sea enterrada en una zanja a una distancia de 0,2 (m) de
la superficie, cubriéndola con material de relleno (este puede ser escombro,
piedras, graba, etc.), sobre el material de relleno deberá ir una malla (80% de
cobertura) para evitar que la tierra se mescle con el material de relleno se
especifica en la Figura N° 5.2.
De esta manera la flora bacteriana que crece sobre el material de relleno,
absorbe y se alimenta de las sustancias disuelta en el agua. Después de atravesar
1,20 (m) del suelo, el tratamiento del agua residual se ha completado y se
incorpora purificada al agua subterránea. Se especifica en la Figura N° 5.3
Se especifica que las tuberías de drenajes y sus accesorios sean de PVC
con un diámetro de 100 mm.
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59
Figura N° 5.2 Funcionamiento de Tuberías de Infiltración
Figura N° 5.3 Corte de Zanja Para infiltración de agua residual
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60
5.2.1.g) Terreno de Infiltración
El agua residual que sale de la cámara séptica pasa y se distribuye por el
terreno de infiltración. Este consiste en una red de tubos perforados, colocados en
zanjas rellenas con material poroso (que puede ser grava, escombro o piedra
partida) y tapadas con tierra. El agua sale por las perforaciones de los tubos y
pasa a través del material de relleno donde colonias de microorganismos
absorben y digieren los contaminantes. Finalmente llega al fondo de las zanjas y
penetra en el suelo.
Cada terreno tiene una absorción particular, por lo que se debe efectuar un
ensayo de absorción para determinar cuántos litros puede absorber un metro
cuadrado en un día.
Para poder calcular el sistema de drenaje, el cual dependerá del índice de
absorción del terreno de infiltración.
La fórmula para determinar el largo de las zanjas de drenaje es:
( )
( )
L : Largo de la zanja (m)
N : N° de habitantes servidos (65 personas)
Dagua : Dotación (L/hab/día)
A : Ancho de la zanja
K5 : Índice de absorción del terreno
Dado que se necesita hacer un ensayo de absorción en el terreno que se
desea infiltrar, tomaremos un valor de referencia, el cual será de K5= 70 L/m2
/día.
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61
El ancho de la zanja debe estar entre los parámetro de 0.70 y 1.00 (m)
( )
( )
( ) ( )
La zanja y las tuberías de drenaje será dividido en 4 secciones de 3
ramales cada una, con el fin de que para optimizar la superficie del terreno. Cada
rama tendrá una longitud de 17 (m). Se recomienda que entre las tuberías de
drenaje exista una distancia mínima de 1,8 (m), para este caso se considerará una
distancia de 2 (m) entre tuberías de drenaje. Se esquematiza en la Figura N° 5.4
Figura N° 5.4 Terreno de Infiltración y Tuberías de Drenaje
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62
5.3 DISEÑO DE LA RED DE REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Una vez determinada las partes y diferentes elementos que compondrán la
red de remoción de aguas residuales, se pude diseñar, determinar el tamaño de la
red y donde estará ubicado cada elemento.
Se debe tener en cuenta que a la salida de las casas o cabañas las aguas
grises (duchas, lavatorios, lavaplatos, etc.) deben ser tratadas por una cámara
Desgrasadora, no así las aguas negras, que solo van directo a la fosa séptica.
El dimensionamiento de la red de alcantarillado, diámetro y pendiente de
tuberías que transportan materias fecales y grasas, se efectuará a partir de la
determinación de las UEH (Unidades de Equivalencia Hidráulica) de los diferentes
artefactos conectados a la red.
Este diseño se basa según las recomendaciones del Reglamento de
Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado (RIDAA), en donde los
diámetros de la red de alcantarillado se fijan según las Tablas N° 5.4 y 5.5
Para poder determinar el diámetro más adecuado, es necesario contabilizar
el total de los artefactos instalados tanto el cada cabaña como en el baño común,
considerando que su utilización corresponderá a la clase 1.
Las tuberías de remoción de aguas residuales están sujetas a la presión
atmosférica, o por lo menos un punto de su área hidráulica. Estas tuberías
presentan una superficie libre, en contacto con el aire. De no suceder esto, el flujo
no existiría. Atascándose el agua en la cañería.
Por medio de las tablas N° 5.6 y 5.7 se calcularon las equivalencias
hidráulicas para cada cabaña y el baño común, según los artefactos instalados.
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63
Tabla N° 5.4 Unidad de Equivalencia Hidráulica (UEH) y Diámetro de la
Descarga Para Cada Artefacto Según Su Uso.
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64
Tabla N° 5.5 Capacidad de las Tuberías Horizontales de Descarga
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65
Tabla N° 5.6 Artefactos y Unidad de Equivalencia Hidráulica Total . Para
Cada Cabaña
ARTEFACTO CANTIDAD UEH UEH TOTAL
WC 1 3 3
Lp 1 3 3
Ld 1 50 50
Bll 1 50 50
Lt 1 38 38
TOTAL 144
Tabla N° 5.7 Artefactos y Unidad de Equivalencia Hidráulica Total. Para
Baño Común
ARTEFACTO CANTIDAD UEH UEH TOTAL
WC 3 3 3
Lp - - -
Ld 1 50 50
Bll 2 50 100
Lt 2 38 76
TOTAL 229
Dónde:
WC : Inodoro
Lp : Lavaplatos
Ld : Lavadero
Bll : Baño Lluvia
Lt : Lavatorio
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66
Para el caso de las cabañas, se estimó una UEH total de 144. Dado
que se recomienda una pendiente de 3% mínimo, y un diámetro de descarga de
100 [mm] mínimo, de la tabla N° 5.2 para tuberías segundarias de 100 [mm] y una
pendiente de 3% se tiene una UEH máxima de 230, por lo que satisface las
necesidades de remoción. Por lo tanto para el tramo que va desde cada cabaña
hasta la primera cámara de inspección será de tubería de PVC Sanitario Gris,
diámetro de 110 [mm].
Para los pequeños tramos que une la primera cámara de inspección, hasta
la cámara de inspección en el colector principal, se determina una tubería de PVC
Sanitario Gris de 110 [mm], con una pendiente de 4%
Para el caso del baño común, se determinó una UEH de 229. Para este
caso se elige una tubería de PVC Sanitario Gris de 110[mm] pero con una
pendiente de 4%, para no estar tan al límite con una pendiente de 3%.
En el caso del colector principal, se necesitará una tubería con una UEH de
1.237 (7 cabañas y baño común), por lo que se selecciona una tubería de PVC
Colector de 160 [mm], el cual tendrá una pendiente de 3%.
El colector principal llegará hasta la fosa séptica y comenzará en la
segunda cámara de inspección más alejada de la fosa.
En la Figura N° 5.5 se esquematiza el circuito completo de la red de
remoción de aguas residuales de las cabañas y el baño común, depositándose en
la fosa séptica que finalmente se drenará al terreno de infiltración.
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67
Figura N° 5.5 Sistema de Remoción de Aguas Residuales
PVC
Sanitario:
Tubería
Segundaria
100
[mm]
Tubería
Segundaria
125
[mm]
Colector
Principal
175[mm]
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68
CAPÍTULO VI: ESTUDIO DE COSTOS
Una vez determinado los diseños de las redes de abastecimiento de agua y
remoción de aguas residuales y sus distintos componentes en los capítulos
anteriores, se está en condiciones de poder determinar los costos que conllevarán
la instalación y puesta en marcha del sistema.
Este análisis será realizado en virtud del costo que implica los distintos
elementos del sistema, además de la mano de obra necesaria para la instalación y
puesta en marcha del sistema, las diferentes herramientas y el costo del
transporte hacia el lugar que se construirá los distintos circuitos.
6.1 COSTO DE MATERIALES
Ya diseñada las 2 redes (abastecimiento y remoción), se confeccionó un
listado con todos los materiales y las cantidades de estos que se necesitarán.
Luego se realizó una cotización en el local comercial “HIDROCENTRO”,
“POLIMAQ LIMITADA” y “SODIMAC”, todos ellos son proveedores de materiales
de riego y construcción para obras hidráulicas y sanitarias. Con casa matriz o
sucursal en Concepción de la Paz y sucursal en Concepción.
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69
Tabla N° 6.1 Lista de Materiales/Equipos y Costos
Materiales/Equipos Cantidad
Especificación
(mm)
Costo
Unitario
($/unid)
Costo
total ($)
Cañería Cobre tipo “M” 6 m 40 (1½”) 64.844 64.844
Válvula Esférica, Bronce 2 40 7.658 15.316
Reducción, Bronce 2 40 1.697 3.394
Codo 90°, Bronce 4 40 4.858 19.342
Válvula Check (retención) 1 40 6.282 6.282
Tee, cañería de acero 1 40 5.031 5.031
Unión universal, cañería
de acero/PVC
2 40 8.149 16.298
Tubería PVC Hidráulico
C10
114 m 50 7.874 / 6 m 149.606
Tubería PVC Hidráulico
C10
12m 40 5.440 / 6 m 10.880
Tubería PVC Sanitario
Gris
96 m 110 15.432 / 6 m 246.912
Tubería PVC Colector CI 48 160 36.221 / 6 m 289.768
Tubería Drenaje 204 m 100 2.583 / 50 m 10.332
Codo Radio Grande 90°,
PVC
24 50 546 13.104
Codo 45°, PVC 2 50 654 1.308
Tee, PVC 7 50 792 5.544
Válvula Check (retención) 1 50 9.056 9.056
Válvula de pie, PVC 1 50 4.440 4.440
Reducción, PVC 2 50 421 842
Codo Radio Grande
90°,PVC
9 110 7.861 70.749
Tee, PVC 1 110 8.038 8.038
Bomba Pedrollo modelo
“PLURIJET 3/200”
1 Trifásico 428.750 428.750
Bomba Pedrollo modelo
“AL-RED”
1 Trifásico 165.760 165.760
Tanque Hidroneumático
Cilíndrico modelo “100 CL”
1 40 mm / 10 Bar 164.100 164.100
Manómetro Bourdon 1 - 2.592 2.592
Presostato 1 - 10.746 10.746
Tee Unión de 5 Vías 1 - 3.690 3.690
Flexible de Agua 1 - 12.057 12.057
Clorador de agua en línea
marca “VALAC”
1 150 [L/min] 74.792 74.792
Tabletas de Cloro 1 - 6.732 / 4 und. 6.732
Interruptor de Nivel 1 - 13.915 13.915
Filtro malla 6 bar 1 - 19.390 19.390
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70
Cámara Desgrasadora 8 170 L 45.708 365.664
Cámara de Inspección 6 - 39.764 238.584
Cámara de Distribución 6 170 L 45.708 274.248
Ladrillo 6700 - 120 804.000
Cemento 5 - 3.585 17.925
Gravilla 30 m3
- 10.000 / m3
300.000
Malla Sombra 200 m 1.380 / m 276.000
TOTAL 4.130.031
6.2 MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA
El montaje corresponde a la inversión que se realiza cuando se hacen las
instalaciones de los equipos, la unión de los distintos elementos y materiales que
dan forma a red de abastecimiento y de remoción. Además de su puesta en
marcha, que se refiere a dejar el sistema en perfecto funcionamiento.
6.2.1 Costo de Mano de Obra
Es necesario contar con mano de obra, herramientas y gastos varios en
general. Dentro de los gastos varios, se debe considerar además el gasto que
generará el traslado de los materiales, equipos y mano de obra al lugar de
emplazamiento. Se estima una distancia de 150 km, desde la ciudad de
Concepción hasta el punto donde deberán estar las redes de abastecimiento y
remoción (lago Lanalhue). Para los materiales y equipos se trasladaran en un
camión (2 viajes) y las personas en una camioneta.
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71
Costos Mano de obra:
1 Supervisor 5.000 $/h
1 Maestro 3.200 $/h
2 Ayudantes 1.200 $/h
La jornada laboral consta de 8 horas diarias de trabajo y se estipula que el
montaje y la puesta en marcha se hagan en 3 semanas, que equivalen a 15 días
laborales. Por lo que el costo total de la mano de obra seria:
Costo total mano de obra: $1.272.000
6.2.2. Consumo de Combustible
Se debe estimar una distancia de 150 km. Además se utilizaron 2 vehículos;
un camión de carga y una camioneta. El camión utiliza petróleo Diésel, realizará 2
veces el recorrido, ida y vuelta, y se estima un rendimiento cargado de 4 km/L y de
7 km/L descargado.
Para la camioneta que transportara al personal utilizará bencina de 95
octanos, se estima que realice 3 vueltas completas y se estima un rendimiento de
11 km/L.
Tabla N° 6.2 Lista de Combustibles y Costos
Recurso Cantidad Costo Unitario ($/unid) Costo Total ($)
Bencina 95 82 L 833 68.306
Petróleo Diésel 118 L 639 75.402
TOTAL 143.708
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72
6.2.3 Costo de Herramientas
Para poder llevar a cabo el montaje y la puesta en marcha, es necesario
contar con distintas herramientas, las cuales se contemplan en la Tabla N° 6.3
Tabla N° 6.3 Lista de Herramientas y Costos
HERRAMIENTAS CANTIDAD
COSTO
UNITARIO
($/Unid)
COSTO TOTAL
($)
Martillo 2 2.990 5.980
Arco de Sierra 2 2.990 5.980
Juego de Sierras 2 2.290 5.840
Huincha de Medir. 5 m 1 4.990 4.990
Huincha de Medir. 30 m 1 13.990 13.990
Lápiz para Marcar 1 2.590 2.590
Escuadra Aluminio 1 4.590 4.590
Regla de Nivel 1 5.090 5.090
Plomada 2 3.980 7.960
Pala 2 4.990 9.980
Chuzo 1 12.950 12.950
Llave Francesa 1 2.990 2.990
Alicate 1 3.190 3.190
Cuerda 30 m 2.490/15m 4980
Juego Atornilladores 1 3.990 3.990
Herramienta
Multipropósito
1 3.990 3.990
Carretilla 1 25.283 25.283
TOTAL 124.363
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73
6.2.4 Costo Suministro Eléctrico
Dado que es necesaria la presencia de algún suministro eléctrico, se debe
establecer el costo que tendría contar con electricidad para el montaje y puesta en
marcha de todo el sistema.
Puesto que el suministro eléctrico se encuentra a 550 metros aprox. del
lugar, es necesario levantar un tendido eléctrico (postes y cables) y de esta forma
solicitar el contrato de suministro eléctrico para el lugar. Esto llevaría a un nuevo
proyecto para el tendido eléctrico, con mano de obra competente, grandes costos
en materiales, etc.
Para esta problemática se sugiere contar con un grupo electrógeno o
generador eléctrico, para satisfacer estas necesidades. Ya que para el montaje no
se utilizarán herramientas con grandes consumos eléctricos ni de manera
constante. Pero se debe contar con algún suministro eléctrico.
Para la puesta en marcha se necesitará un equipo que sea capaz de
abastecer a las bombas en funcionamiento, principalmente en el arranque, que es
donde presentan más consumo. Se recomienda calcular 3 veces más potencia
para su arranque que para su funcionamiento normal. Se detalla el cálculo del
generador en tabla N°6.4
Tabla N°6.4 Cálculo Equipo Electrógeno
ARTEFACTO POTENCIA [Watt] POTENCIA DE PARTIDA [Watt]
2 Focos 500 c/u 1.000
Bomba Primer circuito 1.100 3.300
Bomba Segundo Circuito 750 2.250
Electrodomésticos Varios 500 500
TOTAL 7.050 Watts
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74
Para los electrodomésticos varios se considera la utilización de ampolletas,
cargadores de teléfonos, computador, radio, etc. Equipos de poco consumo.
El cálculo del equipo electrógeno fue efectuado para que puedan funcionar
en simultaneidad todos los artefactos.
Dándole un poco de holgura al equipo electrógeno, recomienda uno de con
potencia de 7,5 [kW] trifásico, para el funcionamiento de todo artefactos
simultáneamente. A pesar que el generador es trifásico, también tiene conexión
monofásica para los artefactos de 220v. Si se desea utilizar uno más pequeño, se
recomienda uno de 5,5 [kW] de potencia, pero solo se podrá utilizar una sola
bomba a las vez.
Tabla N°6.5 Cálculo de Costo de Equipo Electrógeno
EQUIPO ELECTROGENO COSTO
COSTO
BENCINA
TOTAL
GENERADOR 7.5KVA TRIFASICO Y
MONOFASICO, BENCINERO
$ 990.000 $ 136.370 $ 1.126.370
GENERADOR 5.5KVA TRIFASICO Y
MONOFASICO, BENCINERO
$ 595.990 $ 113.145 $ 709.135
Para la bencina, se calcula 5 horas promedio de funcionamiento al día, a
capacidad máxima. Teniendo un consumo de 2,29 [L/hora] (7,5kW) y 1,9 [L/hora]
(5,5 kW).
Se calcula un gasto de $ 1.126.370 para la compra del equipo electrógeno y
su utilización dentro del montaje y la puesta en marcha de los circuitos de
abastecimiento y remoción de aguas residuales.
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75
6.2.5 Costo Adicionales
Se debe tener en cuenta que es necesaria la instalación de un tablero
eléctrico, el cual tendrá la función de controlar las bombas y su sistema de
protección. Además de su circuito eléctrico, considerando los materiales y mano
de obra, se debe contar con mano de obra calificada para esta tarea.
También se considerará una caseta donde irán puestas las bombas, para
protegerlas de la intemperie y evitar ruidos molestos al momento que entren en
funcionamiento.
Se toman valores de mercado para la implementación de estos, detallados
en la tabla N° 6.6
Tabla N°6.6 Cálculo de Costo de Equipo Electrógeno
COSTO MANO DE
OBRA
COSTO
MATERIALES
COSTO
TOTAL
TABLERO
ELÉCTRICO
$ 80.000 $ 150.000 $ 230.000
CASETA DE
BOMBAS
$ 150.000 $ 230.000 $ 380.000
TOTAL $ 610.000
Estimado los distintos gastos que se deberán efectuar para poder llevar
acabo el traslado, instalación y puesta en marcha del sistema, se puede estimar
un valor total que costará el llevar a cabo la construcción de los circuitos de
abastecimiento y remoción de aguas residuales.
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76
Sumando todos los costos, se tiene que:
Tabla N° 6.7 Resumen de costos
INSUMOS COSTO
Materiales / Equipos $ 4.130.031
Mano de Obra $ 1.272.000
Combustible $ 143.708
Equipo Electrógeno $ 1.126.370
Herramientas $ 124.363
Costos Adicionales $ 610.000
Imprevistos $ 30.000
TOTAL $ 7.436.472
De esta manera, se calcula que el costo total de implementación de
los sistemas de abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales asciende
a $ 7.436.472.-
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77
CONCLUSIONES
Tras efectuar el presente Seminario, se está en condiciones de poder dar
una respuesta a los diferentes objetivos planteados en un comienzo de este
estudio.
Primeramente, el “Diseño y Cálculo para Red de Abastecimiento de
Agua Proveniente de un Lago y Remoción de Aguas Residuales de
Comunidad Suburbana”, ha promovido el interés del autor en profundizar sobre
el rubro. De este modo, queda una gran satisfacción, por el hecho de haber
incursionado en áreas que desconocía, como es el caso de la Ingeniería Sanitaria
y tratamientos de aguas residuales. Teniendo la posibilidad de proponer la mejor
opción para el proyecto.
El diseño efectuado para el sistema de abastecimiento de agua tomó en
consideración los elementos ya construidos (baño común, estanque, fosa séptica),
tratando de modificarlos lo menos posible y poder distribuir de mejor manera el
fluido. El sistema de impulsión de agua que se propone incluye; una circuito desde
el estanque en altura compuesto por un sistema hidroneumático, formado por una
bomba “PLURIJET 3/200”, tanque presurizado de 100 [L], clorador de línea, un
conducto de cobre (40 mm) y conductos de PVC (50 mm, 32 mm y 25 mm).
Además de un circuito desde el mismo lago hasta el estanque de almacenamiento
de agua, compuesto por; una bomba “AL-RED”, y conductos de PVC (50 mm). Sin
embargo, cabe señalar que se pueden producir algunos cambios; como es el caso
del estanque en altura, se puede suprimir la torre y dejar a nivel de suelo (ya que
se utilizarán bombas para la impulsión del agua) e incluso enterrado, con el fin de
optimizar los espacios, evitando de esta manera posibles riesgo de tener un
estanque en altura. Al realizar estos cambios, se especula que algunos equipos
seleccionados para este circuito puedan cambiar, aunque no se espera una gran
variación en cuanto a los costos.
En cuanto al sistema de remoción de aguas residuales, se puede decir que
es un sistema muy completo y se espera que tenga un funcionamiento óptimo.
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78
Sin embargo, su costo de implementación puede cambiar, dado que es necesario
realizar un análisis de absorción en el lugar (para determinar el tamaño de las
zanjas de drenes). Para este caso se tomó un valor referencial, bastante estricto,
por lo que se espera que las zanjas de drenes sean más pequeñas una vez
realizado el análisis de absorción, teniendo un menor costo en cuanto a materiales
y montaje.
Cabe destacar, que se debe tener en consideración efectuar distintos
análisis una vez que el sistema esté en funcionamiento. Como es el caso del agua
que se abastece a las cabañas y baños, pudiendo no ser apta para su consumo,
por lo que se recomienda un análisis microbiológico. Por otra parte, se aconseja
realizar un análisis a las aguas que se infiltrarán a la tierra, cuidando que no sean
del todo dañinas para el suelo y las napas. Si estos análisis arrojan un resultado
negativo, quiere decir que el sistema no está funcionando en óptimas condiciones,
ya sea por un defecto en algún equipo o condiciones desfavorables del sistema,
siendo necesario efectuar ajustes para tener un óptimo funcionamiento.
Es importante mencionar que el costo total de la propuesta es de
$7.436.472, el que incluye; circuito de abastecimiento de agua, desde el lago
hacia los puntos de consumo, con los conductos, fittings, equipos (sistema
hidroneumático, bombas, clorador de línea, etc.). Sistema de remoción de aguas
residuales, contemplando todos sus elementos (cámaras de inspección,
Desgrasadora, distribución, además de colectores y drenes). Montaje y puesta en
marcha de los distintos sistemas y circuitos, además del costo de materiales,
mano de obra, suministro eléctrico, transporte de estos al lugar y costos
adicionales.
Se advierte la importancia de la realización de este Seminario, por su aporte
al estudio del área de la hidráulica y la ingeniería sanitaria y por los beneficios que
se proyectan para los usuarios.
Finalmente, el autor estima que se han cumplido los objetivos planteados
para este Seminario.
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79
BIBLIOGRAFÍA
 ALVAREZ Vásquez, Daniel. Pérez Campos, Freddy. Diseño de un Sistema
de Impulsión de Agua Potable, Conjunto Habitacional Puerto Príncipe
Comuna de Arauco. Seminario (Ingeniero de Ejecución en Mecánica).
Concepción, Chile, Depto. Ingeniería Mecánica, 2006. 127p
 CELTA. Manual técnico Línea de Construcción, Tubos y accesorios. 1a
ed.
Colombia, Depto. Técnico CELTA, 2009. 74p
 Dr. Burchard S., Lucas Pedro Pablo. Sistema de Alcantarillado Particular.
[Diapositivas], Chile. 2008. 84p
 FAIR, Gordon M., GEYER, John Ch., OKUN, Daniel A. Ingeniería Sanitaria
y Aguas Residuales. 5a
ed. México D.F., Limusa, 1983. Volumen 1. ISBN
968-18-0466-X
 Instituto Nacional de Normalización (Chile). Instalaciones Domiciliarias de
Agua Potable; Diseño, Cálculo y Requisito de Redes Interiores. Nch 2485.
Santiago, Chile. 2000. 16p
 Instituto Nacional de Normalización (Chile). Ingeniería Sanitaria:
Alcantarillado de Aguas residuales, Diseño y Cálculo de Redes. Nch 1105.
Santiago, Chile. 2008. 14p
 MANUAL de auto construcción de un sistema de tratamiento de aguas
residuales Domiciliarias por Dr. Mariñelarena, Alejandro “et al”. 1a
ed. La
Plata, Argentina, Ferrograf, Octubre 2006. 72p
 PEDROLLO. Catálogo General Productos Pedrollo: Bombas, Hydrofresh,
Combipress, Accesorios. Verona, Italia. Pedrollo S.p.a, 2005
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  • 1. Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Diseño y Cálculo para Red de Abastecimiento de Agua Proveniente de un Lago y Remoción de Aguas Residuales de Comunidad Suburbana. Seminario de Título presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero de Ejecución en Mecánica. Profesor Guía: Sr. Vicente Pita Vives Ignacio Javier Barra Reyes Concepción, 2013 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 2. DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS Este Seminario de Título está dedicado a mi familia en su totalidad, por todo el aliento y cariño que me han entregado de su parte. A mis padres, por su apoyo incondicional, por ser el pilar fundamental de todo lo que soy, por entregarme el ejemplo para ser siempre una mejor persona y por todo el amor que me han entregado. A mi familia, a mis hermanos, tíos, primos, etc. Porque con su amor, hermandad, convivencia y ejemplo han sido parte fundamental para mi formación personal, animándome constantemente para salir adelante. El agradecimiento de mi Seminario es para todos aquellos que me ayudaron a llevarlo a cabo y en mi formación académica. A mi tía Ivet y su familia, por sus consejos y su apoyo en todo momento. A los conocimientos y experiencias entregado por mi tío Julio. A ese profesor que me hizo trabajar más de la cuenta y a todos mis compañeros de carrera que me prestaron su ayuda y solidarizaron desinteresadamente para poder ser un mejor profesional. Mil palabras no bastan para agradecerles su comprensión, apoyo y buenos consejos. A cada uno de ellos espero no defraudarlos. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 3. i CONTENIDOS Pág. CONTENIDOS ........................................................................................................ i NOMENCLATURA.................................................................................................iv SIMBOLOGÍA ........................................................................................................ v CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ......................................................................... 1 CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................... 2 2.1 ORIGEN DEL PROYECTO........................................................................2 2.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO .................................................................2 2.2.1 Objetivo General................................................................................. 2 2.2.2 Objetivos Específicos ......................................................................... 2 2.3 CONDICIONES INICIALES .......................................................................3 2.3.1 Necesidades Reales........................................................................... 3 2.4 DEFINICIÓN DE CRITERIOS ....................................................................3 2.4.1 Criterio de Análisis y Cálculos ............................................................ 4 2.4.2 Criterio Comercial............................................................................... 4 CAPÍTULO III: DISEÑO DE LA RED ................................................................... 7 3.1 CÁLCULOS DE DISEÑO...........................................................................7 3.1.1 Consumo ............................................................................................ 9 3.1.2 Velocidades ........................................................................................ 9 3.1.3 Presión ............................................................................................... 9 3.2 PRIMER CIRCUITO.................................................................................10 3.2.1 Cálculo de Caudal Máximo Probable.................................................10 3.2.2 Cálculo de la Presión Primer Circuito ................................................14 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 4. ii 3.2.2.a) Determinación del Tamaño de Cañería de Cobre y Perdida Regular.......................................................................................................15 3.2.2.b) Determinación del Tamaño de Cañería de PVC y Perdida Regular del Primer Circuito ......................................................................................20 3.2.2.c) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de Cobre y PVC del Primer Circuito. .....................................................................................23 3.3 SEGUNDO CIRCUITO.............................................................................26 3.3.1 Caudal ...............................................................................................27 3.3.2 Cálculo de la Presión Segundo Circuito ............................................27 3.3.2.a) Pérdidas de carga en cañería de PVC Para Segundo Circuito .....27 3.3.2.b) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de PVC del Segundo Circuito. .......................................................................................29 CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DE EQUIPOS........................................................31 4.1 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL PRIMER CIRCUITO..................31 4.1.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Primer Circuito .............................35 4.1.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba Primer Circuito .............................36 4.2 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO PARA EL PRIMER CIRCUITO .............37 4.2.1 Presión de Operación del Sistema Hidroneumático ..........................37 4.2.2 Volumen de Regulación.....................................................................38 4.2.3 Elección de Tanque Hidroneumático.................................................40 4.3 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL SEGUNDO CIRCUITO .............41 4.3.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Segundo Circuito .........................45 4.3.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba del Segundo Circuito....................45 4.4 CLORADOR DE AGUA...........................................................................46 4.5 FLOTADOR ELÉCTRICO PARA ESTANQUE DE AGUA ......................48 CAPÍTULO V: REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES.....................................49 5.1 INTRODUCCIÓN .....................................................................................49 5.2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, MEDIANTE TECNOLOGIA NO CONVENCIONAL. ......................................................................................49 5.2.1 Partes y Elementos Para el Tratamiento de Aguas ...........................51 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 5. iii 5.2.1.a) Cámara Desgrasadora ..................................................................51 5.2.1.b) Cámara de Inspección...................................................................51 5.2.1.c) Fosa Séptica..................................................................................52 5.2.1.d) Ventilación.....................................................................................57 5.2.1.f) Tubería de Drenaje.........................................................................58 5.2.1.g) Terreno de Infiltración....................................................................60 5.3 DISEÑO DE LA RED DE REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES.........62 CAPÍTULO VI: ESTUDIO DE COSTOS..............................................................68 6.1 COSTO DE MATERIALES ......................................................................68 6.2 MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA......................................................70 6.2.1 Costo de Mano de Obra ....................................................................70 6.2.2. Consumo de Combustible .................................................................71 6.2.3 Costo de Herramientas......................................................................72 6.2.4 Costo Suministro Eléctrico.................................................................73 6.2.5 Costo Adicionales..............................................................................75 CONCLUSIÓNES .................................................................................................77 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................79 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 6. iv NOMENCLATURA A : Área [m2 ] D : Diámetro [m] Dagua : Dotación de Aguas Servidas [L/hab/día] Efmec : Eficiencia Mecánica de la Bomba [%] f : Factor de Fricción g : Aceleración de Gravedad [m/s2 ] HP : Altura Manométrica [m.c.a.] L : Largo [m] Lf : Contribución de Lodos frescos N : Número de Habitantes Servidos (65 personas) P : Presión [Bar] Pbom : Potencia de la Bomba [kW] Q1 : Caudal del Primer Circuito [m3 /h] Q2 : Caudal del Segundo Circuito [m3 /h] Qf : Caudal Afluente, de Fosa Séptica [L/día] T : Periodo de Retención V : Velocidad [m/s] VF : Volumen de Fosa Séptica a Construir [L] VFOSA : Volumen Total de la Fosa [L] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 7. v Vr : Volumen de Regulación [L] VOLtanque : Volumen Estanque Hidroneumático [L] Z : Diferencia de Altura [m] SIMBOLOGÍA : Baños : Bomba : Cabaña / Casa : Cabaña / Baño. Vista Superior : Cámara Desgrasadora : Cámara Distribuidora : Cámara de Inspección : Codo Radio Grande 90° : Ducto de Ventilación : Estanque Acumulador de Agua : Manómetro Bourdon Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 8. vi : Reducción : Tanque Hidroneumático : Tee : Unión Universal : Válvula Check (Retención) : Válvula de Bola : Válvula de Globo Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 9. 1 CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN El abastecimiento de agua potable y la remoción de aguas residuales es un sistema de obras de ingeniería, conectadas que permite llevar el agua potable y evacuar las aguas negras, hasta y desde las viviendas de una ciudad, pueblo o área rural relativamente densa. Sin ir más lejos, el sector chileno de agua y saneamiento se distingue porque la mayoría de las empresas de abastecimiento urbano son de propiedad privada. Uno de sus puntos débiles son las pérdidas relativamente altas de agua, sin embargo, ello no se reconoce totalmente en las tarifas, puesto que se determinan con base a una empresa modelo. A raíz de lo anterior, se ha pensado en suministrar agua a una comunidad suburbana a construir, junto a un lago, además de evacuar las aguas residuales. Esta comunidad se encuentra a más de 500 metros de la red de alcantarillado y suministro eléctrico. Por lo que se desea aprovechar el agua del lago para consumo y uso doméstico. Actualmente en el lugar cuentan con un estanque en altura, un baño común y una fosa séptica, aprovechando el agua del lago para el uso doméstico de estos. Para lograr el suministro, es necesario diseñar una red de abastecimiento de agua. Utilizando un sistema hidroneumático para garantizar una presión estable. También se pretende lograr potabilizar el agua mediante un filtro y un clorador, para que no sea solo de uso doméstico, sino también para consumo humano. Para completar el sistema, se pretende diseñar una red de remoción de aguas residuales, provenientes del conjunto habitacional, con el fin de tratar estas aguas y depurarlas. Para lograr el saneamiento del ambiente. Finalmente, calcular el costo que tendría implementar estos sistemas en el lugar que se desea construir. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 10. 2 CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 ORIGEN DEL PROYECTO Tras la necesidad de construir un conjunto habitacional a orillas del lago “Lanalhue”, 8ª Región del Bío-Bío. Surge el problema del suministro de agua, dado que el sector se encuentra a más de 500 metros de la red de alcantarillado y el tendido eléctrico. Deseando satisfacer las necesidades domésticas de alimentación de agua no potable con una red proveniente del mismo lago. Además de diseñar una red para la evacuación de aguas residuales provenientes de las casas. El conjunto habitacional que será construido, considera 7 cabañas, para un máximo de 65 personas de capacidad. 2.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO 2.2.1 Objetivo General Diseñar, calcular y evaluar la factibilidad técnica y económica para una red de abastecimiento de agua, para uso doméstico, proveniente de un lago y la remoción de aguas residuales, para una comunidad suburbana. 2.2.2 Objetivos Específicos  Diseñar y/o seleccionar las máquinas y los equipos necesarios para un funcionamiento eficáz y eficiente del sistema propuesto.  Determinar el costo de implementación de dicho sistema. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 11. 3 2.3 CONDICIONES INICIALES El sitio en el cual será construido el conjunto habitacional es de 2.500 m2 . En el día de hoy, se cuenta con una red de suministro de agua, la que está situada a una distancia de 20 metros de la orilla del lago y una altura aprox. de 6,5 metros del nivel del agua, mostrado en la Figura n° 2.1. Esta red de suministro contempla 2 baños, un estanque de 2.500 litros y una fosa séptica, ilustrados en la Figura n° 2.2 y en la Figura n°2.3 se muestra el circuito del estanque hasta los baños. El agua al estanque es impulsada por una pequeña bomba conectada a generador eléctrico, el cual se hace funcionar cuando el estanque tiene un nivel bajo de agua, hasta llenarlo. 2.3.1 Necesidades Reales Las necesidades reales corresponden primordialmente al caudal (consumo) y presión (carga) requerida por el sistema, correspondiente a las casas a construir y la cantidad de personas. 2.4 DEFINICIÓN DE CRITERIOS Para el buen desarrollo de los cálculos que conlleva el diseño de la red de abastecimiento, se utilizaran dos criterios. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 12. 4 2.4.1 Criterio de Análisis y Cálculos Mediante el uso apropiado de fórmulas derivadas de la mecánica de fluidos clásica, se hará el diseño de las redes de aguas y se obtendrán las magnitudes y características de los componentes necesarios. 2.4.2 Criterio Comercial Puesto que no existen elementos o materiales de todas las dimensiones o magnitudes calculadas, la selección de componentes se aproximará a los valores comerciales disponibles. Figura n° 2.1 Esquema Lago-Estanque Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 13. 5 Figura n° 2.2 Baños, Estanque y Fosa séptica existente Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 14. 6 Figura n° 2.3 Circuito de abastecimiento existente Diámetro Nominal D 1-2 = 32 mm D= 25 mm (resto del circuito) Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 15. 7 CAPÍTULO III: DISEÑO DE LA RED En el capítulo anterior, se planteó las distintas estructuras ya existentes (estanque, baños), además del circuito que abastece el baño. Esto ayudará para el diseño de la red de abastecimiento de agua a los distintos puntos de consumo. 3.1 CÁLCULOS DE DISEÑO En primer lugar, se definen 2 circuitos conectados al estanque de acopio de agua. El primer circuito se instalará desde el estanque, hasta las cabañas o puntos de consumo, el que constará de una bomba para poder impulsar el agua y un sistema hidroneumático para asegurar una presión de agua favorable. El segundo circuito es el que va desde el lago hasta dicho estanque, el cual tendrá una bomba para impulsar el agua hasta el estanque. Los dos circuitos en conjunto se ilustran el la Figura N° 3.1, para tener una idea más clara de cómo será el sistema de abastecimiento. Para poder definir las dimensiones de las cañerías por donde se transportará el agua, que abastecerá las viviendas, es necesario primero que todo, saber cuál será el consumo (caudal) y presión (carga) requerida por el sistema. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 16. 8 Figura N° 3.1 Primer y Segundo Circuito Para Abastecimiento de Agua Primer Circuito Segundo Circuito Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 17. 9 3.1.1 Consumo En este caso, se utilizará las normas de la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS), las que determinan un caudal instantáneo posible de acuerdo al número de artefactos instalados en la vivienda y por medio de la utilización de una tabla de simultaneidad (Tabla Nº 3.2) se obtiene el caudal máximo probable. Para el último artefacto, el caudal máximo probable se debe considerar igual al caudal instalado. 3.1.2 Velocidades Las velocidades del agua en las tuberías no deben exceder de 2,5 m/s en las tuberías exteriores y de distribución principal y 2,0 m/s en las tuberías de red interior. 3.1.3 Presión Para el caso de una alimentación desde la red pública, la presión de salida en el artefacto más desfavorable, debe ser al menos de 0,392 bar (4 m.c.a.). Si la alimentación es mediante elevación mecánica, el artefacto más desfavorable debe tener en el diseño una presión mínima de 0,686 bar (7 m.c.a.). En este caso no debe superar la máxima presión aceptada por cualquier artefacto ni exceder 4,90 bar (50 m.c.a.). Para este caso, se utilizará una presión de 1,5 bar (15 m.c.a.) Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 18. 10 3.2 PRIMER CIRCUITO Ya mencionado anteriormente, el primer circuito de la red se encontrará situado entre el estanque (ubicado a 5,70 m de altura) y los puntos de consumo (cabañas y baños). Primeramente se debe determinar el caudal y presión que se necesita suministrar y que deberá soportar el circuito. 3.2.1 Cálculo de Caudal Máximo Probable Para determinar el caudal a suministrar, se debe tener en cuenta que los artefactos no estarán todos abiertos en simultaneidad, por lo que el caudal real es muy inferior al instalado y se le conoce como Caudal Máximo Probable. Se debe sumar el caudal de todos los artefactos que tienen las 7 casas. Para ello se utiliza la Tabla Nº 3.1. El caudal determinado para cada artefacto se denomina caudal instantáneo posible. Realizando una sumatoria de todos los valores obtenidos de los artefactos presentes, y se lleva a la columna A de la Tabla nº 3.2. Para obtener a su consecuente en la columna B de la misma tabla, y así obtener el Caudal Máximo Probable.  Caudal instantáneo posible: también conocido como “Caudal Instalado”, obtenido por los valores de consumo de la Tabla Nº 3.1. Es la base para obtener el caudal máximo probable  Caudal real: Se conoce como “Caudal Máximo Probable”, obtenido de la Tabla Nº 3.2. Bajo la premisa de que no todos los artefactos están funcionando simultáneamente. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 19. 11 Desarrollo: [ ⁄ ] [ ⁄ ] ( ) [ ⁄ ] [ ⁄ ] [ ⁄ ] ( ) [ ⁄ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 20. 12 Tabla Nº 3.1. Caudal Mínimo Instalado en Artefactos Sanitarios. Fuente NCh 2485 of 2000 Tipo de artefacto Gasto (L/min) Agua fría Agua caliente Inodoro corriente 10 Inodoro con válvula automática Especificaciones del fabricante Baño lluvia 10 10 Tina 15 15 Lavatorio 8 8 Bidet 6 6 Urinario corriente 6 Urinario con válvula automática Especificaciones del fabricante Lavaplatos 12 12 Lavadero 15 15 Lava copas 12 12 Bebedero 5 Salivera dentista 5 Llave de riego, 13 mm 20 Llave de riego, 19 mm 50 Urinario con cañería perforada por metro 10 Ducha con cañería perforada por metro 40 Máquina de lavar vajillas 15 15 Máquina de lavar ropa 15 15 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 21. 13 Tabla Nº 3.2. Tabla de Relación Entre el Caudal Instantáneo Posible (A) y el Caudal Máximo Probable (B). Fuente Flygt Chile S.A. A B 10 8.5 20 14 30 18 40 22 50 26 60 29 70 32.5 80 36 90 39 100 42 120 47 140 52 160 57 180 62 200 67 220 72 240 76 A B 260 80 280 84 300 88 350 96.5 400 105 450 113.5 500 122 550 130.5 600 139 650 147.5 700 156 750 164.5 800 173 850 181.5 900 190 950 198.5 1000 206 A B 1200 235 1400 260 1600 285 1800 310 2000 335 2200 355 2400 375 2600 395 2800 415 3000 435 3500 485 4000 530 4500 575 5000 630 5500 670 6000 710 6500 750 A B 7000 790 7500 830 8000 870 8500 910 9000 945 9500 990 10000 1020 12000 1150 14000 1280 16000 1400 18000 1500 20000 1600 22000 1775 24000 1875 26000 1975 30000 2175 35000 2430 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 22. 14 El caudal máximo probable (columna B) se obtiene a partir del caudal instantáneo posible ya conocido (columna A) de la siguiente tabla: Por lo tanto: [ ⁄ ] [ ⁄ ] [ ] [ ] [ ] 3.2.2 Cálculo de la Presión Primer Circuito Para calcular la presión de bombeo se debe realizar un balance de energía, en el que se incluyen todas las diferencias de alturas, pérdidas de cargas y presión útil. Para conseguir esto se recurre a la ecuación de Bernoulli, que está definida de la siguiente manera: ( ) ( ) (Ecuación 3.1) Dónde: 1 corresponde al punto de entrada (centro de abastecimiento) situado en un estanque de acopio, cuya presión en ese punto corresponde a la atmosférica, y 2 pertenece a la salida (centro de consumo), a nivel de las duchas. Luego haciendo los correspondientes arreglos se obtiene la carga de la bomba, que a su vez es la carga del circuito. ( ) ( ) ( ) Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 23. 15 Para realizar el cálculo de la presión a bombear se deben calcular todas las pérdidas de carga (pérdidas de presión en la tubería), tanto en los accesorios como en la tubería misma. Además de las diferencias de altura que existen entre el punto de abastecimiento y de consumo. Para ello, se ha creado una red tentativa que abastecerá cada una de las casa, ilustrada en la Figura n°3.3. Este primer circuito consta con tramos de distinto diámetro nominal, y de distinto material (cobre y PVC), con el fin que los puntos de consumo más alejados tengan una presión tan favorable como en los primeros. De esta manera se asegurará una presión homogénea en todo el circuito. 3.2.2.a) Determinación del Tamaño de Cañería de Cobre y Perdida Regular. Determinación del tamaño de las líneas de transporte de agua (pérdidas fricciónales). Para el dimensionamiento conviene recurrir a un criterio de velocidad. Se recomiendan velocidades entre 1,5 a 3,0 [m/s]. Para este caso tomaremos una velocidad de 2,0 [m/s] Se utilizará tubería de cobre para el tramo donde va montada la bomba, con las respectivas válvulas. Este tramo mide aprox. 3 metros. Se muestra ilustrado en la figura n° 3.2 Figura N° 3.2 Circuito Donde Va Montada la Bomba Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 24. 16 Figura N° 3.3 Esquema de Circuito Tentativo Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 25. 17 Ecuación de continuidad (Ecuación 3.2) La velocidad tomada es 2 [m/s] Luego con la Ecuación 3.2 se tendrá las áreas. [ ] (Ecuación 3.3) A su vez con la ecuación 3.3 se obtendrá los diámetros. √ √ ( ) [ ] [ ] Para la tubería de cobre, se determinó un diámetro interior de 38,8 [mm], por lo que se selecciona una cañería de Cobre tipo “M” de 1 ½” (40 mm) ( ) [ ] [ ] También se determinó una velocidad del fluido de 1,85 [m/s], dentro de la cañería de cobre de 40 [mm]. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 26. 18 Se sabe que f es función de Re y D e pero en esta situación se tienen tubo liso de cobre  f ( Re) v D V   Re (Ecuación 3.4) Al observar el resultado obtenido para Re, se puede afirmar que tienen un régimen turbulento el fluido dentro de la cañería de cobre. Ahora con la obtención del número de Reynolds, se conduce al Diagrama de Moody Figura N°3.4 de donde se obtendrá el factor de fricción: Con el factor de fricción determinado, se utiliza la ecuación fundamental de Darcy-Weisbach [1], para obtener las pérdidas en la cañería de cobre. ( ) (Ecuación 3.5) ( ) ( ) [ ] [1] La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debido a la fricción dentro de una tubería. La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach, de Sajonia, hasta la forma en que se conoce actualmente. Fuente: Wikipedia Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 27. 19 Figura N°3.4 Diagrama de Moody Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 28. 20 3.2.2.b) Determinación del Tamaño de Cañería de PVC y Pérdida Regular del Primer Circuito Dado que el caudal no es el mismo para todos los tramos, ya que se divide para abastecer los puntos de consumo, se emplea la tabla N° 3.2 para determinar el caudal en cada tramo. El caudal de cada cañería estará determinado por la cantidad de artefactos que alimentará y se estimará un valor de caudal máximo probable. En la Figura N° 3.5, se ilustra los tramos con su respectivo caudal y dimensionamiento de cañerías. En la Tabla N° 3.4 permite definir los diámetros y pérdidas de carga correspondiente a cañería de PVC C10, según el caudal a transportar. Por lo que se definen los diámetros para cada cañería. Para un caudal igual a 140 [L/min] se recomienda un diámetro de 50 [mm], el cual tendrá el primer tramo del circuito (PVC.1). El tramo intermedio (PVC.2), con un caudal de 105 [L/min] se utilizará un diámetro de 32 [mm] y en los tramos finales, de 36 [L/min] de caudal, se utilizará un diámetro de 25 [mm]. Todos ellos se empleará cañerías de PVC Hidráulico C10. La tabla N° 3.4 también muestra la velocidad y la pérdida de carga que tendría la tubería para cierto caudal, para el caso de las cañerías definidas se resumen en la Tabla N°3.3, con la perdida regular para cada tramo de cañería: Tabla N° 3.3 Pérdidas de Carga en Tramos de PVC del Primer Circuito CAUDAL [L/min] VELOCIDAD [m/s] PERIDA DE CARGA LARGO [m] PERDIDA REGULAR [m] PVC.1 140 1,45 0,05 66 3,30 PVC.2 100 - 60 2,63 – 1,58 0,24 – 0.09 21,5 3,15 PVC.3 40 1,75 0,16 12,1 1,94 [ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 29. 21 Figura N° 3.5 Caudales Y Cañerías del Primer Circuito Tramo Inicial, PVC.1 (50 mm) Tramo Intermedio, PVC.2 (32 mm) Tramo Final, PVC.3 (25 mm) Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 30. 22 Tabla Nº 3.4 Tabla de Selección de Diámetros de Cañería de PVC y Pérdidas de Carga Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 31. 23 3.2.2.c) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de Cobre y PVC del Primer Circuito. Para el cálculo de las pérdidas singulares, se utiliza la Ecuación 3.6, donde se necesita los coeficientes “K” para determinar el valor de la pérdida singular, expuestos en la tabla N° 3.5 Singularidades: Conducto Cobre  1 Reducción = 1,0  1 Ensanchamiento = 0,3  1 Válvula Check = 2,0  2 Válvula Esférica = 10 * 2  2 Uniones Universal = 0,4 * 2  1 Tee Paso Directo = 0,1 Conducto PVC.1  5 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 5  1 Tee Cambio de Dirección = 1,8  2 Reducciones = 1,0 * 2 Conducto PVC.2  1 Reducción = 1,0  4 Tee Paso Directo = 0,1 * 4 Conducto PVC.3  1 Reducción = 1,0  2 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 2 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 32. 24 ∑ ( ) (Ecuación 3.6) [( ) ( )] ( ) ( ) ( ) [ ] [( ) ( )] ( ) ( ) ( ) [ ] [( ) ] ( ) ( ) ( ) [ ] [( ) ] ( ) ( ) ( ) [ ] Al sumar las pérdidas tanto regulares como singulares, tenemos: [ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 33. 25 Con las pérdidas calculadas, regulares (6,44 m) como singulares (8,64 m), en las cañerías, las diferencias de altura, velocidades y presiones, se puede determinar mediante la ecuación 3.1, ecuación de Bernoulli la carga de la bomba. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] La velocidad de 1,63 [m/s] es un promedio estimado de las velocidades de las 4 cañerías; cobre, PVC1, PVC2 y PVC3. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 34. 26 Tabla N° 3.5 Coeficiente “K” para pérdidas singulares 3.3 SEGUNDO CIRCUITO Una vez determinado el primer circuito de la red, podemos diseñar el segundo. Dado que es necesario saber el caudal que se debe suministrar para el primer circuito, con el fin de que el segundo circuito sea capaz de abastecer las necesidades del primero (caudal). Además, se propone que sea completamente de tubos de PVC C10. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 35. 27 3.3.1 Caudal Tomando como referencia el caudal del primer circuito, se debe elegir uno que sea relativamente mayor para el diseño del segundo circuito. Dado que: [ ] [ ] [ ] El caudal para el segundo circuito será: [ ] [ ] [ ] 3.3.2 Cálculo de la Presión Segundo Circuito Para calcular la presión de bombeo que necesitará el segundo circuito, se utilizará el “Método Analítico”, utilizado para la determinación del primer circuito. Para tener una idea más clara de cómo será el circuito, se ilustra en la figura N° 3.6 un circuito tentativo para el tramo que va desde el lago hasta el estanque. La velocidad del agua dentro de la tubería deberá ser de 2,0 [m/s] 3.3.2.a) Pérdidas de carga en cañería de PVC Para Segundo Circuito De igual forma que se hizo en el primer circuito, las pérdidas de carga para cañerías de PVC se determinan mediante la Tabla N°3.4, que permite definir los diámetros y pérdida de carga según el caudal a transportar. Para un caudal de 160[L/min] se recomienda un diámetro de 50 [mm]. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 36. 28 Figura N° 3.6 Segundo Circuito. Tramo Entre Lago y Estanque Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 37. 29 Se Selecciona una cañería de PVC Hidráulico C10 de diámetro nominal de 50 [mm]. Si entramos a la Tabla N° 3.4, con caudal de 160 [L/min] y diámetro 50[mm], tenemos una pérdida de carga unitaria por cada metro lineal de 0,06 [m], y velocidad del agua de 1,66[m/s]. Tabla N° 3.6 Perdida de Carga en PVC del Segundo Circuito CAUDAL [L/min] VELOCIDAD [m/s] PERDIDA REGULAR LARGO PERDIDA DE CARGA PVC.4 160 1,66 0,06 48,1 2,89 3.3.2.b) Determinación de la Pérdida Singular en Cañerías de PVC del Segundo Circuito. Para el cálculo de las pérdidas singulares, se utiliza la Ecuación 3.6, donde se necesita los coeficientes “K” para determinar el valor de la pérdida singular, expuestos en la tabla N° 3.5 Singularidades:  11 Codos 90° Radio Grande = 0,6 * 11  1 Codo 30° Radio Grande = 0,35  1 Reducción = 1,0  1 Ensanchamiento = 0,3  1 Válvula Check = 2,0  1 Válvula de Pie = 2,5 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 38. 30 ∑ ( ) (Ecuación 3.6) [( ) ] ( ) ( ) ( ) [ ] Con las pérdidas calculadas, regulares como singulares, las diferencias de altura, velocidad y presiones, se puede determinar mediante la Ecuación N° 3.1, ecuación de Bernoulli, la carga de la bomba que irá montada en el segundo circuito. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] Para el segundo circuito se selecciona una cañería de PVC C10, con diámetro nominal de 50 [mm], en donde el agua a transportar tendrá una velocidad de 1,66 [m/s]. Además, se determinó una altura manométrica de 19[m] aprox. para la bomba que se montara en el circuito para impulsar el agua. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 39. 31 CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DE EQUIPOS En este capítulo se abordara la selección de cada equipo necesario para el funcionamiento de la red de abastecimiento. Tales como bombas, tanque hidroneumático, clorador, etc. Con el fin de poder determinar el equipo que satisface de mejor manera las necesidades de la red. 4.1 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL PRIMER CIRCUITO Preferentemente las bombas a emplearse en sistemas de elevación de agua son del tipo “Monoblock” o acoplamiento directo de bomba y motor, con rodete cerrado y sello mecánico. Para el caso de equipos, cuya presión no exceda los 58 [m.c.a.] y que por lo tanto empleen una sola red de distribución, el tipo de bomba más adecuada será la de un rodete o unicelular. Para poder seleccionar la bomba impulsora adecuada, es necesario determinar 4 elementos importantes; Tipo de líquido a bombear, Caudal requerido, Presión/Altura requerida y Clase y tipo de bomba. Tipo de Líquido a bombear El sistema de abastecimiento diseñado, pretende suplir necesidades domésticas. El fluido a suministrar es agua limpia, sin sólidos en suspensión, desde un depósito, por lo que es recomendado utilizar una bomba de tipo centrifuga de rodete. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 40. 32 Caudal Requerido Mediante los cálculos efectuados en el subcapítulo 3.3, se determinó el caudal necesario que se deberá suministrar a la red, el cual es: [ ] [ ] [ ] Presión/Altura requerida En el subcapítulo anterior, 3.3, se determinó la altura manométrica, que se debería suministrar al sistema. Tomando este valor, se selecciona un valor de presión o altura. [ ] [ ] Clase y Tipo de Bomba Para la red diseñada, la bomba a seleccionar deberá entregar el caudal (Q), a la presión (Hm) requerida, determinados anteriormente. Dado el tipo de fluido (agua sin sólidos), y los requerimientos de presión y caudal, el tipo de bomba más adecuada sería de tipo centrífuga de flujo radial Para la elección de la bomba, se elige al proveedor , producidas por un mundialmente reconocido fabricante de bombas hidráulicas, importadas directamente de Italia hacia Chile. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 41. 33 Al revisar el catálogo de bombas, se selecciona una bomba de la serie PLURIJET, dado que cumple de mejor forma las condiciones de trabajo, al ser autocebante trabaja de forma óptima al acoplarse a un tanque de presurización. Figura N° 4.1 Curva de Funcionamiento de Bombas (H v/s Q). Modelos PLURIJET Tabla N° 4.1 Datos de Funcionamiento Modelos de Bombas PLURIJET Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 42. 34 Figura N° 4.2 Dimensiones y Peso de Bombas Modelos PLURIJET Tabla N° 4.2 Consumo de Amperios de Bombas Modelos PLURIJET Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 43. 35 De la curva de bombas (Figura N° 4.1) y los datos de funcionamiento (Tabla N°4.1), se determina que la bomba adecuada para el circuito es el modelo “PLURIJET 3/200” con acople directo de un motor trifásico 4.1.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Primer Circuito Para determinar la potencia que la bomba entrega al fluido, en este caso agua, está dada por la siguiente ecuación: (Ecuación N° 4.1) Dónde: Hp= Altura manométrica (27,5 m) r=Peso específico del agua (1000 kg/m3 ) g= Aceleración de gravedad (9,81 m/s2 ) Q= Caudal (2,33*10-3 m3 /s) [ ⁄ ] [ ] Para calcular la potencia de la bomba se calculó una altura manométrica de 27 m, Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 44. 36 4.1.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba Primer Circuito Para determinar esta eficiencia, se sabe que el proveedor de la bomba estipula que el eje del motor, en acero inoxidable, entrega una potencia de 0,75 kW (potencia de entrada a la bomba). Por lo tanto: (Ecuación N° 4.2) ( ) ( ) El valor de Efmec en las bombas no solo depende del diseño de estas, sino también de las condiciones en que operan, en particular de la carga total y del flujo volumétrico. Para las bombas utilizadas en sistemas hidráulicos, precisamente centrifugas, para transferir o hacer circular líquidos, la eficiencia va de 50% a 85%. Por lo tanto la eficiencia calculada esta entre los rangos normales de trabajo. Finalmente, tenemos para la motobomba: Potencia bomba: 0,629 kW Potencia de Motor: 1,1 kW / 1,5 HP (motor trifásico) Eficiencia mecánica: 82 % Velocidad de rotación: 2.900 RPM Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 45. 37 4.2 SISTEMA HIDRONEUMÁTICO PARA EL PRIMER CIRCUITO Dada su versatilidad y eficiencia, los sistemas hidroneumáticos aseguran que la red hidráulica mantenga su presión de manera constante, mejorando el funcionamiento de los diferentes artefactos del circuito El hidroneumático, esta formado por un depósito (tanque) de fierro, con una membrana de caucho que almacena el agua, al tanque se le inyecta aire a presión. Estos sistemas sirven para automatizar las bombas y controlan el número de partidas horarias de los motores eléctricos. Esto es muy importante cuando se bombean caudales variables; es el caso de los artefactos sanitarios. Los motores eléctricos disipan calor, si tienen demasiadas partidas consecutivas, se recalientan. Cuanto más grande es el tamaño del hidroneumático menor son las partidas del motor de la bomba y este trabaja más frío. 4.2.1 Presión de Operación del Sistema Hidroneumático Para que el sistema hidroneumático pueda funcionar con normalidad, es necesario determinar 2 presiones distintas de trabajo: Presión Mínima (Pmin) La presión mínima de operación (Pm) del cilindro en el sistema hidroneumático deberá ser tal que garantice en todo momento, la presión requerida en la toma más desfavorable. Por lo tanto se considera como la altura manométrica total del sistema [ ] [ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 46. 38 Para esta presión de trabajo, la bomba seleccionada (PLURIJET 3/200), entrega un caudal Qa= 143 [L/min] = 2,38 [L/s] Presión Diferencial y Máxima (PMAX) Se asigna una presión de detención de la bomba, que debe ser un diferencial entre las presiones mínima y máxima del sistema. Se debe tener en cuenta que al aumentar el diferencial de presión, aumenta la relación de eficiencia del cilindro considerablemente y por lo tanto reduce en tamaño final del mismo; pero aumentar demasiado el diferencial puede ocasionar inconvenientes pequeños, tales como un mayor espesor de la lámina del tanque, elevando así su costo y obligando a la utilización de bombas de mayor potencia para vencer la presión máxima, o graves, tales como fugas en las piezas sanitarias y acortamiento de su vida útil. Para estos casos es recomendado que el diferencial de presión no sea inferior a 20 Psi (14 m.c.a.). Se considerará una presión máxima, para la determinación de sistema hidroneumático igual a: [ ] Para esta presión de trabajo, la bomba seleccionada (PLURIJET 3/200), entrega un caudal Qb= 54 [L/min] = 0,9 [L/s] 4.2.2 Volumen de Regulación Habiéndose determinado la curva característica de la bomba, la siguiente etapa es el cálculo del volumen de regulación (Vr), o cantidad de agua que debe acumularse dentro del tanque, que es función del caudal medio (Qm) de la bomba, Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 47. 39 y del números de partidas horarias que se le desee imprimir, para el consumo más desfavorable. Mientras mayor sea la potencia del motor, el tiempo entre partidas será mayor. La Tabla N° 4.3 sugiere una relación mínima entre T (tiempo) y la potencia del motor. Tabla N° 4.3 Tabla Relación Entre Potencia y Partidas Horarias. Para motores de 0,5 a 3 HP de potencia, la tabla sugiere una relación de tiempo de 1,2 [min] (Ecuación N° 4.3) [ ] (Ecuación N° 4.4) [ ] [ ] [ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 48. 40 Finalmente se calcula el volumen del taque, que tendrá una relación directa con el volumen de regulación (Vr) resultante y la presión mínima de trabajo (Pmáx), y una relación inversa al rango elegido. Por lo tanto: ( ) (Ecuación N° 4.5) ( ) [ ] ( ) [ ] 4.2.3 Elección de Tanque Hidroneumático Una vez obtenido el volumen que deberá tener el tanque, se debe corregir este volumen, para poder seleccionar uno de los estanques ofrecidos en el mercado. Del catálogo PEDROLLO (Figura N° 4.3), con V= 100[L], para seleccionar el estanque. Figura N° 4.3 Catalogo PEDROLLO, Tanque hidroneumático Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 49. 41 Seleccionamos del catálogo, tanque Cilíndrico: Modelo: 100 CL Capacidad: 100[L] Presión máx.: 10 [bar] Conexión: 1” 4.3 ELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL SEGUNDO CIRCUITO De manera similar a la utilizada para seleccionar al bomba del primer circuito, se hará para la determinación de la bomba más adecuada para el segundo circuito. Tipo de Líquido a bombear El fluido a suministrar es el mismo que en el primer circuito, agua limpia, sin sólidos en suspensión, desde un depósito, por lo que es recomendado utilizar una bomba de tipo centrifuga de rodete. Caudal Requerido Se determinó mediante cálculos, en el capítulo, que el caudal necesario que se deberá suministrar al circuito será de: [ ] [ ] [ ] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 50. 42 Presión/Altura requerida En el subcapítulo anterior, 3.3, se determinó la altura manométrica, que se debería suministrar al sistema, siendo de: [ ] [ ] Clase y Tipo de Bomba Para la red diseñada, la bomba a seleccionar deberá entregar el caudal (Q), a la presión (Hm) requerida, determinados anteriormente. Dado el tipo de fluido (agua sin solidos), y los requerimientos de Presión y caudal, el tipo de bomba más adecuada sería de tipo centrifuga de flujo radial Al revisar el catálogo de bombas , se selecciona la bomba “AL-RED”, utilizada generalmente en el campo doméstico, agrícola e industrial. Todos los componentes que están en contacto con el agua son de acero inoxidable, garantizando una higiene total y una máxima resistencia a la corrosión Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 51. 43 Figura N° 4.4 Curva de Funcionamiento de Bomba AL-RED (H v/s Q). Tabla N° 4.4 Datos de Funcionamiento de Bomba AL-RED Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 52. 44 Figura N° 4.5 Dimensiones de Bomba AL-RED Tabla N° 4.5 Consumo de Amperios de Bomba AL-RED Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 53. 45 4.3.1 Cálculo de Potencia de la Bomba Segundo Circuito De la misma forma utilizada para determinar la potencia de la bomba en el subcapítulo 4.1, se determinará la potencia que la bomba entrega al fluido, usando la ecuación N° 4.1 (Ecuación N° 4.1) [ ⁄ ] [ ] Para calcular la potencia de la bomba se calculó una altura manométrica de 19 m. 4.3.2 Eficiencia Mecánica de la Bomba del Segundo Circuito Para determinar esta eficiencia, se sabe que el proveedor de la bomba estipula que el eje del motor, en acero inoxidable AISI 304, entrega una potencia de 0,66 KW (potencia de entrada a la bomba). Por lo tanto: (Ecuación N° 4.2) ( ) ( ) Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 54. 46 El valor de Efmec en las bombas no solo depende del diseño de estas, sino también de las condiciones en que operan, en particular de la carga total y del flujo volumétrico. Para las bombas utilizadas en sistemas hidráulicos, precisamente centrifugas, para transferir o hacer circular líquidos, la eficiencia va de 50% a 85%. Por lo tanto la eficiencia calculada esta entre los rangos normales de trabajo. Finalmente, tenemos para la motobomba: Potencia bomba: 0,498 kW Potencia de Motor: 0,75 kW / 1 HP (motor trifásico) Eficiencia mecánica: 76 % Velocidad de rotación: 3.450 RPM 4.4 CLORADOR DE AGUA Como es necesario clorar el agua proveniente del lago antes de su consumo, se instalaran cloradores de línea en las cañerías de PVC. El dosificador de cloro en línea contiene en su interior un canastillo con una cápsula de hipoclorito cálcico HTH. A través del flujo del agua en la cañería a la salida del estanque, se disuelve la tableta de cloro, permitiendo la potabilización del agua en forma rápida y sencilla. Se recomienda para instalaciones domiciliarias, con un caudal a tratar de 160 [L/min] aprox. como máximo. Las tabletas proporcionan de forma rápida una extraordinaria capacidad de destrucción bacteriana al mismo tiempo que inhiben su posterior desarrollo. Las tabletas han sido especialmente diseñadas para ser usadas en los cloradores Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 55. 47 siendo eficientes, seguras y económicas. Contienen al menos un 70% de cloro activo y son más seguras que cualquier otra forma de cloración puesto que no hay exposición a polvos, líquidos o gases peligrosos Este sistema es práctico, de fácil uso, regula la entrega de cloro en ppm. y no requiere energía eléctrica para su funcionamiento. Se selecciona un clorador de agua en línea marca VALAC. El cual tiene como características: Caudal a Tratar : 150 [L/min] aprox. Diámetro de Conexión : 50 [mm] Figura N° 4.6 Clorador de Agua en Línea, Marca VALAC Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 56. 48 4.5 FLOTADOR ELÉCTRICO PARA ESTANQUE DE AGUA La utilización de un flotador eléctrico o interruptor de nivel, tiene como función automatizar la bomba del segundo circuito, evitando que ésta funcione cunado no sea necesario, y que el estanque se desborde por exceso de agua. Al utilizar un flotador en el estanque se asegura una protección en la bomba, pues ésta solo se enciende cuando el estanque le falta agua y se apaga cunado el estanque está lleno. El flotador es un producto de plástico, sellado herméticamente conocido también como sensor o controlador flotante de nivel, su diseño es muy práctico, al igual que su instalación, pues no requiere de mayores complicaciones para su colocación. Se selecciona un flotador de nivel de marca KOSLA modelo MAC3-3, el cual tiene 3 [m] de largo, un voltaje AC 220 V. se ilustra en la Figura N° 4.7 Figura N° 4.7 Interruptor de Nivel MAC3-3 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 57. 49 CAPÍTULO V: REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES 5.1 INTRODUCCIÓN Las obras de alcantarillado tienen como necesidad esencial el saneamiento del ambiente, mediante la evacuación de aguas residuales por medio de colectores, que dirigen las aguas grises y negras para ser depuradas. La depuración de las aguas residuales es crucial para la salud pública, ya que elimina contaminantes químicos y biológicos, a fin de mantener condiciones adecuadas de salud e higiene de la población, conservar la calidad de las fuentes de agua e inclinarse a una utilización racional y sustentable de los recursos acuáticos. Existen diversos métodos para la depuración de aguas residuales. En el presente proyecto se construirá un alcantarillado particular, excluyente del alcantarillado público. Además, se abordará un tratamiento de aguas residuales mediante tecnología no convencional. Por la condición de que solo se depurarán aguas residuales domésticas o aguas negras, de una población baja, las cuales proceden de actividades domésticas. Estas aguas residuales pueden contener; detritus, detergentes, aceites, microrganismos y materia orgánica. 5.2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, MEDIANTE TECNOLOGIA NO CONVENCIONAL. Los caudales y calidades de las aguas residuales que se generan en las pequeñas aglomeraciones urbanas difieren notablemente de las que proceden de los grandes núcleos de población, como consecuencia del diferente grado de desarrollo económico y social. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 58. 50 Dado por la localización geografía y el grado de desarrollo que existe a los alrededores del recinto, se dificulta la provisión de los servicios de saneamiento y depuración. Por ello, para generar soluciones para el tratamiento de las aguas residuales para pequeñas comunidades, se elige optar por alternativas que; tengan un gasto energético mínimo, requieran un mantenimiento simple, garanticen un funcionamiento eficaz y estable frente a las oscilaciones de caudal y carga que se presentan. Las tecnologías de depuración de aguas residuales que reúnen estas características se conocen como “Tecnologías no convencionales”. Este tipo de tecnologías requiere actuaciones de bajo impacto ambiental, logrando la reducción de la carga contaminante con costes de operación inferiores a los de los tratamientos convencionales y con unas necesidades de mantenimiento sin grandes dificultades técnicas, lo que permite la manipulación por personal no especializado. Los procesos que intervienen en las tecnologías no convencionales incluyen a muchos de los que se aplican en los tratamientos convencionales (sedimentación, filtración, adsorción, precipitación química, intercambio iónico, degradación biológica, etc.), junto con procesos propios de los tratamientos naturales (fotosíntesis, fotooxidación, asimilación por parte de las plantas, etc.), pero a diferencia de las tecnologías convencionales, en las que los procesos transcurren de forma secuencial en tanques y reactores, y a velocidades aceleradas (gracias al aporte de energía), en las tecnologías no convencionales se opera a “velocidad natural” (sin aporte de energía). El ahorro en energía se compensa con una mayor necesidad de superficie para tratar las aguas. Dado por las condiciones reales, necesidades y por el rendimiento dentro de los diferentes sistemas de depuración de aguas residuales, se opta por utilizar el sistema de infiltración subterránea. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 59. 51 5.2.1 Partes y Elementos Para el Tratamiento de Aguas Es necesaria la instalación de distintos elementos para que el sistema de remoción de aguas residuales sea de manera óptima, evitando que alguna parte del sistema falle y no se logre de manera exitosa la evacuación y depuración de las aguas residuales. Para esto se detallan y/o calculan los distintos elementos y partes que se desean implementar. 5.2.1.a) Cámara Desgrasadora Esta cámara cumple la función de retener grasas y jabones de las aguas grises que se dirijan a la fosa séptica, con el único objetivo de impedir su paso al sistema de drenaje, ya que estas lo podrían sellar o impermeabilizar, es decir, las perforaciones de la tubería de drenaje se taparán con grasas y jabones, impidiendo así que las aguas lleguen y se filtren a la tierra, por consiguiente se llenará de agua, y todo el sistema se rebasará. Generando de este modo un nulo o un mal funcionamiento. 5.2.1.b) Cámara de Inspección Esta cámara cumple la función, como su nombre lo dice de inspeccionar, permite revisar que las aguas estén fluyendo sin problemas hacia la fosa, ésta es solo una cámara de paso no acumula ningún tipo de agua. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 60. 52 5.2.1.c) Fosa Séptica En lugares donde no exista alcantarillado, la fosa séptica es indispensable, además de ser obligatoria, por la naturaleza de los desechos orgánicos que no deben ser evacuados directamente al subsuelo, la fosa séptica es un dispositivo de tratamiento, cuya finalidad es separar y depurar las materias sólidas, para así degradar biológicamente los desechos orgánicos. El sistema séptico consiste en la descomposición de los sólidos que llevan las aguas servidas mediante procesos bacterianos, permitiendo acondicionar estas aguas para que puedan ser infiltradas al subsuelo. Dado que ya existe una fosa séptica, la cual tiene un volumen de 13,2 [m3 ], se deberá calcular el volumen real que se necesitara de fosa séptica para todas las cabañas y los baños. Una vez calculada la fosa, se deberá colocar al lado de la existente, con el fin de que sea una sola gran fosa, con una pared de separación (2 cámaras). Para determinar el volumen que deberá tener la fosa, se utiliza las siguientes ecuaciones: ( ) (Ecuación 5.1) Dónde: VFOSA = volumen total de la fosa, en litros N = Número de habitantes servidos (65 personas) Dagua = Dotación de aguas servidas, en litros por habitante en un día T = Periodo de retención Lf = Contribución de lodos frescos Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 61. 53 La contribución de lodos frescos se obtiene de la ecuación 5.2 (Ecuación 5.2) Se estima una dotación (Dagua) de 150 L/hab/día (ver Tabla N° 5.1) dado de cataloga como “residentes” Determinación del caudal Qf (Ecuación N° 5.3) Al calcular el caudal afluente de la fosa séptica (Qf) podemos entrar a la tabla N° 5.2 para determinar el periodo de retención (T) que tendrán las aguas en la fosa séptica. ( ) Restando el volumen de la fosa ya construida (13,2 m3 ), se tiene que el volumen que se necesita construir es de: Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 62. 54 Tabla N° 5.1 Relación Tipo de Edificio-Dotación de agua al día Tabla N° 5.2 Relación Caudal-Periodo Retención de la Fosa Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 63. 55 Una vez obtenido el volumen de la fosa que se necesita construir, se procede a determinar las dimensiones de esta. Se recomienda como límite de profundidad máxima de 2,50 m, por razones constructivas y de operación en la extracción del lodo; y una profundidad mínima de 1,00 m, para que permita una buena operación de la fosa. Dimensionamiento de la fosa: El dimensionamiento de la fosa séptica vienen dado por: (Ecuación N° 5.4) La relación más conveniente de largo (l) y ancho (a) para la fosa es 2:1, vale decir: Reemplazando se obtiene: ( ) Despejando, tenemos que: ( ) (Ecuación N° 5.5) Dónde: a = Ancho interior de la fosa [m] l = Largo interior de la fosa [m] h = Profundidad útil interior de la fosa [m] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 64. 56 Tabla N° 5.3 Relación Caudal-Profundidad de la Fosa Calculando: ( ) ( ) ( ) Ajustando los valores obtenidos a números enteros, tenemos que: a = 4,7 (m) l = 9,2 (m) h = 2,50 (m) ( ) Se debe adicionar (sumar) al valor de “h” 0,25 a 0,40 (m); los que corresponde al colchón de aire que este debe tener la fosa. En este caso se le adicionará 0,30 (m) por lo que el valor de “h” corregido será de 2,80 (m) Dado que el valor obtenido del volumen de la fosa es levemente mayor al calculado antes, cumple las condiciones requeridas. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 65. 57 Figura N° 5.1 Fosa Séptica 5.2.1.d) Ventilación La fosa séptica debe tener una ventilación, que permita evacuar los gases originados por la degradación de las materias orgánicas. Preferentemente, se opta por que tenga una salida sobre el nivel del techo. Una ventilación puede realizarse distintos lugares, descarga de W.C, cámara de registro, fosa séptica, terminal de drenes, etc. Se recomienda evitar muchos codos y tubería muy larga, para facilitar la extracción de los gases Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 66. 58 5.2.1.e) Cámara Distribuidora Esta cámara tiene como función distribuir en forma homogénea, o de igual forma las aguas hacia la tubería de drenaje para que se infiltren en la tierra en forma pareja. 5.2.1.f) Tubería de Drenaje Esta tubería cumple la función de trasladar las aguas e infiltrarla en la tierra mediante una serie de perforaciones micro perforado que contiene a través de todo su largo, por esas perforaciones el agua va cayendo hacia la tierra y así terminando el ciclo del sistema. La tubería de drenaje puede tener como máximo 30 (m), por lo que se aconseja dividir en 2 o 3 tuberías, y un mínimo de 1,8 (m) de distancia entre tuberías de drenaje, para optimizar el terreno de infiltración. Para que el terreno tenga una óptima absorción de las aguas, es necesario que la tubería de drenaje sea enterrada en una zanja a una distancia de 0,2 (m) de la superficie, cubriéndola con material de relleno (este puede ser escombro, piedras, graba, etc.), sobre el material de relleno deberá ir una malla (80% de cobertura) para evitar que la tierra se mescle con el material de relleno se especifica en la Figura N° 5.2. De esta manera la flora bacteriana que crece sobre el material de relleno, absorbe y se alimenta de las sustancias disuelta en el agua. Después de atravesar 1,20 (m) del suelo, el tratamiento del agua residual se ha completado y se incorpora purificada al agua subterránea. Se especifica en la Figura N° 5.3 Se especifica que las tuberías de drenajes y sus accesorios sean de PVC con un diámetro de 100 mm. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 67. 59 Figura N° 5.2 Funcionamiento de Tuberías de Infiltración Figura N° 5.3 Corte de Zanja Para infiltración de agua residual Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 68. 60 5.2.1.g) Terreno de Infiltración El agua residual que sale de la cámara séptica pasa y se distribuye por el terreno de infiltración. Este consiste en una red de tubos perforados, colocados en zanjas rellenas con material poroso (que puede ser grava, escombro o piedra partida) y tapadas con tierra. El agua sale por las perforaciones de los tubos y pasa a través del material de relleno donde colonias de microorganismos absorben y digieren los contaminantes. Finalmente llega al fondo de las zanjas y penetra en el suelo. Cada terreno tiene una absorción particular, por lo que se debe efectuar un ensayo de absorción para determinar cuántos litros puede absorber un metro cuadrado en un día. Para poder calcular el sistema de drenaje, el cual dependerá del índice de absorción del terreno de infiltración. La fórmula para determinar el largo de las zanjas de drenaje es: ( ) ( ) L : Largo de la zanja (m) N : N° de habitantes servidos (65 personas) Dagua : Dotación (L/hab/día) A : Ancho de la zanja K5 : Índice de absorción del terreno Dado que se necesita hacer un ensayo de absorción en el terreno que se desea infiltrar, tomaremos un valor de referencia, el cual será de K5= 70 L/m2 /día. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 69. 61 El ancho de la zanja debe estar entre los parámetro de 0.70 y 1.00 (m) ( ) ( ) ( ) ( ) La zanja y las tuberías de drenaje será dividido en 4 secciones de 3 ramales cada una, con el fin de que para optimizar la superficie del terreno. Cada rama tendrá una longitud de 17 (m). Se recomienda que entre las tuberías de drenaje exista una distancia mínima de 1,8 (m), para este caso se considerará una distancia de 2 (m) entre tuberías de drenaje. Se esquematiza en la Figura N° 5.4 Figura N° 5.4 Terreno de Infiltración y Tuberías de Drenaje Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 70. 62 5.3 DISEÑO DE LA RED DE REMOCIÓN DE AGUAS RESIDUALES Una vez determinada las partes y diferentes elementos que compondrán la red de remoción de aguas residuales, se pude diseñar, determinar el tamaño de la red y donde estará ubicado cada elemento. Se debe tener en cuenta que a la salida de las casas o cabañas las aguas grises (duchas, lavatorios, lavaplatos, etc.) deben ser tratadas por una cámara Desgrasadora, no así las aguas negras, que solo van directo a la fosa séptica. El dimensionamiento de la red de alcantarillado, diámetro y pendiente de tuberías que transportan materias fecales y grasas, se efectuará a partir de la determinación de las UEH (Unidades de Equivalencia Hidráulica) de los diferentes artefactos conectados a la red. Este diseño se basa según las recomendaciones del Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado (RIDAA), en donde los diámetros de la red de alcantarillado se fijan según las Tablas N° 5.4 y 5.5 Para poder determinar el diámetro más adecuado, es necesario contabilizar el total de los artefactos instalados tanto el cada cabaña como en el baño común, considerando que su utilización corresponderá a la clase 1. Las tuberías de remoción de aguas residuales están sujetas a la presión atmosférica, o por lo menos un punto de su área hidráulica. Estas tuberías presentan una superficie libre, en contacto con el aire. De no suceder esto, el flujo no existiría. Atascándose el agua en la cañería. Por medio de las tablas N° 5.6 y 5.7 se calcularon las equivalencias hidráulicas para cada cabaña y el baño común, según los artefactos instalados. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 71. 63 Tabla N° 5.4 Unidad de Equivalencia Hidráulica (UEH) y Diámetro de la Descarga Para Cada Artefacto Según Su Uso. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 72. 64 Tabla N° 5.5 Capacidad de las Tuberías Horizontales de Descarga Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 73. 65 Tabla N° 5.6 Artefactos y Unidad de Equivalencia Hidráulica Total . Para Cada Cabaña ARTEFACTO CANTIDAD UEH UEH TOTAL WC 1 3 3 Lp 1 3 3 Ld 1 50 50 Bll 1 50 50 Lt 1 38 38 TOTAL 144 Tabla N° 5.7 Artefactos y Unidad de Equivalencia Hidráulica Total. Para Baño Común ARTEFACTO CANTIDAD UEH UEH TOTAL WC 3 3 3 Lp - - - Ld 1 50 50 Bll 2 50 100 Lt 2 38 76 TOTAL 229 Dónde: WC : Inodoro Lp : Lavaplatos Ld : Lavadero Bll : Baño Lluvia Lt : Lavatorio Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 74. 66 Para el caso de las cabañas, se estimó una UEH total de 144. Dado que se recomienda una pendiente de 3% mínimo, y un diámetro de descarga de 100 [mm] mínimo, de la tabla N° 5.2 para tuberías segundarias de 100 [mm] y una pendiente de 3% se tiene una UEH máxima de 230, por lo que satisface las necesidades de remoción. Por lo tanto para el tramo que va desde cada cabaña hasta la primera cámara de inspección será de tubería de PVC Sanitario Gris, diámetro de 110 [mm]. Para los pequeños tramos que une la primera cámara de inspección, hasta la cámara de inspección en el colector principal, se determina una tubería de PVC Sanitario Gris de 110 [mm], con una pendiente de 4% Para el caso del baño común, se determinó una UEH de 229. Para este caso se elige una tubería de PVC Sanitario Gris de 110[mm] pero con una pendiente de 4%, para no estar tan al límite con una pendiente de 3%. En el caso del colector principal, se necesitará una tubería con una UEH de 1.237 (7 cabañas y baño común), por lo que se selecciona una tubería de PVC Colector de 160 [mm], el cual tendrá una pendiente de 3%. El colector principal llegará hasta la fosa séptica y comenzará en la segunda cámara de inspección más alejada de la fosa. En la Figura N° 5.5 se esquematiza el circuito completo de la red de remoción de aguas residuales de las cabañas y el baño común, depositándose en la fosa séptica que finalmente se drenará al terreno de infiltración. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 75. 67 Figura N° 5.5 Sistema de Remoción de Aguas Residuales PVC Sanitario: Tubería Segundaria 100 [mm] Tubería Segundaria 125 [mm] Colector Principal 175[mm] Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 76. 68 CAPÍTULO VI: ESTUDIO DE COSTOS Una vez determinado los diseños de las redes de abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales y sus distintos componentes en los capítulos anteriores, se está en condiciones de poder determinar los costos que conllevarán la instalación y puesta en marcha del sistema. Este análisis será realizado en virtud del costo que implica los distintos elementos del sistema, además de la mano de obra necesaria para la instalación y puesta en marcha del sistema, las diferentes herramientas y el costo del transporte hacia el lugar que se construirá los distintos circuitos. 6.1 COSTO DE MATERIALES Ya diseñada las 2 redes (abastecimiento y remoción), se confeccionó un listado con todos los materiales y las cantidades de estos que se necesitarán. Luego se realizó una cotización en el local comercial “HIDROCENTRO”, “POLIMAQ LIMITADA” y “SODIMAC”, todos ellos son proveedores de materiales de riego y construcción para obras hidráulicas y sanitarias. Con casa matriz o sucursal en Concepción de la Paz y sucursal en Concepción. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 77. 69 Tabla N° 6.1 Lista de Materiales/Equipos y Costos Materiales/Equipos Cantidad Especificación (mm) Costo Unitario ($/unid) Costo total ($) Cañería Cobre tipo “M” 6 m 40 (1½”) 64.844 64.844 Válvula Esférica, Bronce 2 40 7.658 15.316 Reducción, Bronce 2 40 1.697 3.394 Codo 90°, Bronce 4 40 4.858 19.342 Válvula Check (retención) 1 40 6.282 6.282 Tee, cañería de acero 1 40 5.031 5.031 Unión universal, cañería de acero/PVC 2 40 8.149 16.298 Tubería PVC Hidráulico C10 114 m 50 7.874 / 6 m 149.606 Tubería PVC Hidráulico C10 12m 40 5.440 / 6 m 10.880 Tubería PVC Sanitario Gris 96 m 110 15.432 / 6 m 246.912 Tubería PVC Colector CI 48 160 36.221 / 6 m 289.768 Tubería Drenaje 204 m 100 2.583 / 50 m 10.332 Codo Radio Grande 90°, PVC 24 50 546 13.104 Codo 45°, PVC 2 50 654 1.308 Tee, PVC 7 50 792 5.544 Válvula Check (retención) 1 50 9.056 9.056 Válvula de pie, PVC 1 50 4.440 4.440 Reducción, PVC 2 50 421 842 Codo Radio Grande 90°,PVC 9 110 7.861 70.749 Tee, PVC 1 110 8.038 8.038 Bomba Pedrollo modelo “PLURIJET 3/200” 1 Trifásico 428.750 428.750 Bomba Pedrollo modelo “AL-RED” 1 Trifásico 165.760 165.760 Tanque Hidroneumático Cilíndrico modelo “100 CL” 1 40 mm / 10 Bar 164.100 164.100 Manómetro Bourdon 1 - 2.592 2.592 Presostato 1 - 10.746 10.746 Tee Unión de 5 Vías 1 - 3.690 3.690 Flexible de Agua 1 - 12.057 12.057 Clorador de agua en línea marca “VALAC” 1 150 [L/min] 74.792 74.792 Tabletas de Cloro 1 - 6.732 / 4 und. 6.732 Interruptor de Nivel 1 - 13.915 13.915 Filtro malla 6 bar 1 - 19.390 19.390 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 78. 70 Cámara Desgrasadora 8 170 L 45.708 365.664 Cámara de Inspección 6 - 39.764 238.584 Cámara de Distribución 6 170 L 45.708 274.248 Ladrillo 6700 - 120 804.000 Cemento 5 - 3.585 17.925 Gravilla 30 m3 - 10.000 / m3 300.000 Malla Sombra 200 m 1.380 / m 276.000 TOTAL 4.130.031 6.2 MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA El montaje corresponde a la inversión que se realiza cuando se hacen las instalaciones de los equipos, la unión de los distintos elementos y materiales que dan forma a red de abastecimiento y de remoción. Además de su puesta en marcha, que se refiere a dejar el sistema en perfecto funcionamiento. 6.2.1 Costo de Mano de Obra Es necesario contar con mano de obra, herramientas y gastos varios en general. Dentro de los gastos varios, se debe considerar además el gasto que generará el traslado de los materiales, equipos y mano de obra al lugar de emplazamiento. Se estima una distancia de 150 km, desde la ciudad de Concepción hasta el punto donde deberán estar las redes de abastecimiento y remoción (lago Lanalhue). Para los materiales y equipos se trasladaran en un camión (2 viajes) y las personas en una camioneta. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 79. 71 Costos Mano de obra: 1 Supervisor 5.000 $/h 1 Maestro 3.200 $/h 2 Ayudantes 1.200 $/h La jornada laboral consta de 8 horas diarias de trabajo y se estipula que el montaje y la puesta en marcha se hagan en 3 semanas, que equivalen a 15 días laborales. Por lo que el costo total de la mano de obra seria: Costo total mano de obra: $1.272.000 6.2.2. Consumo de Combustible Se debe estimar una distancia de 150 km. Además se utilizaron 2 vehículos; un camión de carga y una camioneta. El camión utiliza petróleo Diésel, realizará 2 veces el recorrido, ida y vuelta, y se estima un rendimiento cargado de 4 km/L y de 7 km/L descargado. Para la camioneta que transportara al personal utilizará bencina de 95 octanos, se estima que realice 3 vueltas completas y se estima un rendimiento de 11 km/L. Tabla N° 6.2 Lista de Combustibles y Costos Recurso Cantidad Costo Unitario ($/unid) Costo Total ($) Bencina 95 82 L 833 68.306 Petróleo Diésel 118 L 639 75.402 TOTAL 143.708 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 80. 72 6.2.3 Costo de Herramientas Para poder llevar a cabo el montaje y la puesta en marcha, es necesario contar con distintas herramientas, las cuales se contemplan en la Tabla N° 6.3 Tabla N° 6.3 Lista de Herramientas y Costos HERRAMIENTAS CANTIDAD COSTO UNITARIO ($/Unid) COSTO TOTAL ($) Martillo 2 2.990 5.980 Arco de Sierra 2 2.990 5.980 Juego de Sierras 2 2.290 5.840 Huincha de Medir. 5 m 1 4.990 4.990 Huincha de Medir. 30 m 1 13.990 13.990 Lápiz para Marcar 1 2.590 2.590 Escuadra Aluminio 1 4.590 4.590 Regla de Nivel 1 5.090 5.090 Plomada 2 3.980 7.960 Pala 2 4.990 9.980 Chuzo 1 12.950 12.950 Llave Francesa 1 2.990 2.990 Alicate 1 3.190 3.190 Cuerda 30 m 2.490/15m 4980 Juego Atornilladores 1 3.990 3.990 Herramienta Multipropósito 1 3.990 3.990 Carretilla 1 25.283 25.283 TOTAL 124.363 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 81. 73 6.2.4 Costo Suministro Eléctrico Dado que es necesaria la presencia de algún suministro eléctrico, se debe establecer el costo que tendría contar con electricidad para el montaje y puesta en marcha de todo el sistema. Puesto que el suministro eléctrico se encuentra a 550 metros aprox. del lugar, es necesario levantar un tendido eléctrico (postes y cables) y de esta forma solicitar el contrato de suministro eléctrico para el lugar. Esto llevaría a un nuevo proyecto para el tendido eléctrico, con mano de obra competente, grandes costos en materiales, etc. Para esta problemática se sugiere contar con un grupo electrógeno o generador eléctrico, para satisfacer estas necesidades. Ya que para el montaje no se utilizarán herramientas con grandes consumos eléctricos ni de manera constante. Pero se debe contar con algún suministro eléctrico. Para la puesta en marcha se necesitará un equipo que sea capaz de abastecer a las bombas en funcionamiento, principalmente en el arranque, que es donde presentan más consumo. Se recomienda calcular 3 veces más potencia para su arranque que para su funcionamiento normal. Se detalla el cálculo del generador en tabla N°6.4 Tabla N°6.4 Cálculo Equipo Electrógeno ARTEFACTO POTENCIA [Watt] POTENCIA DE PARTIDA [Watt] 2 Focos 500 c/u 1.000 Bomba Primer circuito 1.100 3.300 Bomba Segundo Circuito 750 2.250 Electrodomésticos Varios 500 500 TOTAL 7.050 Watts Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 82. 74 Para los electrodomésticos varios se considera la utilización de ampolletas, cargadores de teléfonos, computador, radio, etc. Equipos de poco consumo. El cálculo del equipo electrógeno fue efectuado para que puedan funcionar en simultaneidad todos los artefactos. Dándole un poco de holgura al equipo electrógeno, recomienda uno de con potencia de 7,5 [kW] trifásico, para el funcionamiento de todo artefactos simultáneamente. A pesar que el generador es trifásico, también tiene conexión monofásica para los artefactos de 220v. Si se desea utilizar uno más pequeño, se recomienda uno de 5,5 [kW] de potencia, pero solo se podrá utilizar una sola bomba a las vez. Tabla N°6.5 Cálculo de Costo de Equipo Electrógeno EQUIPO ELECTROGENO COSTO COSTO BENCINA TOTAL GENERADOR 7.5KVA TRIFASICO Y MONOFASICO, BENCINERO $ 990.000 $ 136.370 $ 1.126.370 GENERADOR 5.5KVA TRIFASICO Y MONOFASICO, BENCINERO $ 595.990 $ 113.145 $ 709.135 Para la bencina, se calcula 5 horas promedio de funcionamiento al día, a capacidad máxima. Teniendo un consumo de 2,29 [L/hora] (7,5kW) y 1,9 [L/hora] (5,5 kW). Se calcula un gasto de $ 1.126.370 para la compra del equipo electrógeno y su utilización dentro del montaje y la puesta en marcha de los circuitos de abastecimiento y remoción de aguas residuales. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 83. 75 6.2.5 Costo Adicionales Se debe tener en cuenta que es necesaria la instalación de un tablero eléctrico, el cual tendrá la función de controlar las bombas y su sistema de protección. Además de su circuito eléctrico, considerando los materiales y mano de obra, se debe contar con mano de obra calificada para esta tarea. También se considerará una caseta donde irán puestas las bombas, para protegerlas de la intemperie y evitar ruidos molestos al momento que entren en funcionamiento. Se toman valores de mercado para la implementación de estos, detallados en la tabla N° 6.6 Tabla N°6.6 Cálculo de Costo de Equipo Electrógeno COSTO MANO DE OBRA COSTO MATERIALES COSTO TOTAL TABLERO ELÉCTRICO $ 80.000 $ 150.000 $ 230.000 CASETA DE BOMBAS $ 150.000 $ 230.000 $ 380.000 TOTAL $ 610.000 Estimado los distintos gastos que se deberán efectuar para poder llevar acabo el traslado, instalación y puesta en marcha del sistema, se puede estimar un valor total que costará el llevar a cabo la construcción de los circuitos de abastecimiento y remoción de aguas residuales. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 84. 76 Sumando todos los costos, se tiene que: Tabla N° 6.7 Resumen de costos INSUMOS COSTO Materiales / Equipos $ 4.130.031 Mano de Obra $ 1.272.000 Combustible $ 143.708 Equipo Electrógeno $ 1.126.370 Herramientas $ 124.363 Costos Adicionales $ 610.000 Imprevistos $ 30.000 TOTAL $ 7.436.472 De esta manera, se calcula que el costo total de implementación de los sistemas de abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales asciende a $ 7.436.472.- Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 85. 77 CONCLUSIONES Tras efectuar el presente Seminario, se está en condiciones de poder dar una respuesta a los diferentes objetivos planteados en un comienzo de este estudio. Primeramente, el “Diseño y Cálculo para Red de Abastecimiento de Agua Proveniente de un Lago y Remoción de Aguas Residuales de Comunidad Suburbana”, ha promovido el interés del autor en profundizar sobre el rubro. De este modo, queda una gran satisfacción, por el hecho de haber incursionado en áreas que desconocía, como es el caso de la Ingeniería Sanitaria y tratamientos de aguas residuales. Teniendo la posibilidad de proponer la mejor opción para el proyecto. El diseño efectuado para el sistema de abastecimiento de agua tomó en consideración los elementos ya construidos (baño común, estanque, fosa séptica), tratando de modificarlos lo menos posible y poder distribuir de mejor manera el fluido. El sistema de impulsión de agua que se propone incluye; una circuito desde el estanque en altura compuesto por un sistema hidroneumático, formado por una bomba “PLURIJET 3/200”, tanque presurizado de 100 [L], clorador de línea, un conducto de cobre (40 mm) y conductos de PVC (50 mm, 32 mm y 25 mm). Además de un circuito desde el mismo lago hasta el estanque de almacenamiento de agua, compuesto por; una bomba “AL-RED”, y conductos de PVC (50 mm). Sin embargo, cabe señalar que se pueden producir algunos cambios; como es el caso del estanque en altura, se puede suprimir la torre y dejar a nivel de suelo (ya que se utilizarán bombas para la impulsión del agua) e incluso enterrado, con el fin de optimizar los espacios, evitando de esta manera posibles riesgo de tener un estanque en altura. Al realizar estos cambios, se especula que algunos equipos seleccionados para este circuito puedan cambiar, aunque no se espera una gran variación en cuanto a los costos. En cuanto al sistema de remoción de aguas residuales, se puede decir que es un sistema muy completo y se espera que tenga un funcionamiento óptimo. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 86. 78 Sin embargo, su costo de implementación puede cambiar, dado que es necesario realizar un análisis de absorción en el lugar (para determinar el tamaño de las zanjas de drenes). Para este caso se tomó un valor referencial, bastante estricto, por lo que se espera que las zanjas de drenes sean más pequeñas una vez realizado el análisis de absorción, teniendo un menor costo en cuanto a materiales y montaje. Cabe destacar, que se debe tener en consideración efectuar distintos análisis una vez que el sistema esté en funcionamiento. Como es el caso del agua que se abastece a las cabañas y baños, pudiendo no ser apta para su consumo, por lo que se recomienda un análisis microbiológico. Por otra parte, se aconseja realizar un análisis a las aguas que se infiltrarán a la tierra, cuidando que no sean del todo dañinas para el suelo y las napas. Si estos análisis arrojan un resultado negativo, quiere decir que el sistema no está funcionando en óptimas condiciones, ya sea por un defecto en algún equipo o condiciones desfavorables del sistema, siendo necesario efectuar ajustes para tener un óptimo funcionamiento. Es importante mencionar que el costo total de la propuesta es de $7.436.472, el que incluye; circuito de abastecimiento de agua, desde el lago hacia los puntos de consumo, con los conductos, fittings, equipos (sistema hidroneumático, bombas, clorador de línea, etc.). Sistema de remoción de aguas residuales, contemplando todos sus elementos (cámaras de inspección, Desgrasadora, distribución, además de colectores y drenes). Montaje y puesta en marcha de los distintos sistemas y circuitos, además del costo de materiales, mano de obra, suministro eléctrico, transporte de estos al lugar y costos adicionales. Se advierte la importancia de la realización de este Seminario, por su aporte al estudio del área de la hidráulica y la ingeniería sanitaria y por los beneficios que se proyectan para los usuarios. Finalmente, el autor estima que se han cumplido los objetivos planteados para este Seminario. Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile
  • 87. 79 BIBLIOGRAFÍA  ALVAREZ Vásquez, Daniel. Pérez Campos, Freddy. Diseño de un Sistema de Impulsión de Agua Potable, Conjunto Habitacional Puerto Príncipe Comuna de Arauco. Seminario (Ingeniero de Ejecución en Mecánica). Concepción, Chile, Depto. Ingeniería Mecánica, 2006. 127p  CELTA. Manual técnico Línea de Construcción, Tubos y accesorios. 1a ed. Colombia, Depto. Técnico CELTA, 2009. 74p  Dr. Burchard S., Lucas Pedro Pablo. Sistema de Alcantarillado Particular. [Diapositivas], Chile. 2008. 84p  FAIR, Gordon M., GEYER, John Ch., OKUN, Daniel A. Ingeniería Sanitaria y Aguas Residuales. 5a ed. México D.F., Limusa, 1983. Volumen 1. ISBN 968-18-0466-X  Instituto Nacional de Normalización (Chile). Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable; Diseño, Cálculo y Requisito de Redes Interiores. Nch 2485. Santiago, Chile. 2000. 16p  Instituto Nacional de Normalización (Chile). Ingeniería Sanitaria: Alcantarillado de Aguas residuales, Diseño y Cálculo de Redes. Nch 1105. Santiago, Chile. 2008. 14p  MANUAL de auto construcción de un sistema de tratamiento de aguas residuales Domiciliarias por Dr. Mariñelarena, Alejandro “et al”. 1a ed. La Plata, Argentina, Ferrograf, Octubre 2006. 72p  PEDROLLO. Catálogo General Productos Pedrollo: Bombas, Hydrofresh, Combipress, Accesorios. Verona, Italia. Pedrollo S.p.a, 2005 Universidad del Bío-Bío. Red de Bibliotecas - Chile