SISTEMA DE AGUA

El sistema hidráulico consistirá en el circuito más simple posible, ya que no hay grandes

requerimientos de presiones en el sistema. Por tal motivo, el sistema consistirá en un pozo de

almacenamiento y una bomba de alimentación. Según el Reglamento Nacional de

Edificaciones, se deberá tener pozos de almacenamiento para el sistema de agua para el

consumo humano, junto con el sistema de agua de procesos.

Consideraciones y recomendaciones generales:

Se utilizaran tuberías de PVC por su bajo costo y las siguientes propiedades físicas y químicas:

No acepta incrustaciones, conservando inalterable su capacidad de conducción.

Bajo coeficiente de fricción y pérdida de carga.

Livianos y fáciles de transporte.

Instalación sencilla, rápida y económica.

No se oxida ni se corroe, gran resistencia a la acción de sueles y aguas agresivas.

Excelente aislante eléctrico, resistente a la corrosión galvánica y electrolítica.

No tóxica, no transmite olor ni sabor.

En general, el Reglamento Nacional de Edificaciones recomienda lo siguiente:

La profundidad del medidor debe ser de 1 metro.

Para estimar los diámetros de tuberías utilizar el método de hunter para tuberías de caudal

desconocido.

La presión estática máxima permisible: 50 mca (0.490 MPa).

Presión mínima de salida de los aparatos sanitarios: 2 mca (0.020 MPa).

Distancia del desagüe: 0.5 m horizontal, mínimo sobre 15 cm.

El sistema cuenta con una disposición de accesorios que evita el golpe de ariete.

Caudales y dimensionamiento de tuberías

Calculo de lavatorios, grifos, urinarios, inodoros:

Se utilizara el método de Hunter que plantea unidades de gasto por cada ramal de tubería para

estimar diámetros. En los anexos de Normas Sanitarias en Edificaciones (N.S.E.), artículo

S.222.3.01, se puede encontrar la información necesaria para estos cálculos.

Se determina las unidades de gasto:

Tabla 1 Unidades de gasto para el cálculo de la distribución de agua en los edificios

(aparatos de uso público)

Fuente: Instalaciones Sanitarias en Edificaciones

Con las UG se calcula los gastos probables en l/s

Tabla 2 Gastos probables para aplicación de método de hunter (L/seg)

Fuente: Instalaciones Sanitarias en Edificaciones

Para el caudal hallado con la tabla anterior, se recomienda un rango de diámetros de tuberías.

Estas recomendaciones se encuentran en la tabla siguiente:

Tabla 3 Diámetros recomendados según diferentes tipos de caudal

Fuente: Instalaciones Sanitarias

Determinación del caudal y dimensionamiento de las tuberías

Para inodoros con tanque, duchas y urinarios con válvula semiautomática, se

puede ver en el Anexo 2 que el consumo es de 5,4 y 5 UG respectivamente. En base a

la tabla del Anexo 3 se puede ver que el consumo estimado será de Q=0,23 l/s, 0.18 l/s

y 0,23 l/s entonces se puede estimar que el tamaño de las tuberías para estos

accesorios es de 1/2”.

Para lavatorios corrientes, del Anexo 2 se puede observar que el consumo será de 2

UG, con un caudal estimado de Q=0.08 l/s, entonces se puede estimar que el tamaño

de las tuberías para los lavaderos es de 1/2”.

Para grifos de zona de lavado se está estimando en base a la opción lavaderos de

ropa, que consume 6 UG según el Anexo 2 y con un caudal de Q=0.25 l/s. Para este

caudal la tabla 3 indica que se debe utilizar una tubería con diámetro de 3/4”.

El siguiente cuadro resume los caudales y diámetros seleccionados hasta el momento. Los

ramales y sub-ramales se han calculado sumando los caudales de cada sección y

relacionándolos con la ecuación del caudal y la velocidad calculada y se han seleccionado los

diámetros más comerciales.

UG GASTO

INODORO TANQUE A 5 0.23

URINARIO VALVULA B 5 0.91

LAVATORIO C 2 O.08

DUCHA D 4 0.18

LAVADERO COCINA RESTAURANT E 4 0.18

LAVADERO DE ROPA F 6 0.94

ZONA 1 UG GASTO DIAMETRO

BANOS- VESTIDOR VARONES

G 3*A+2*B 25 0.67 1''

H 5*C 10 0.34 3/4''

I 5*D 20 0.54 3/4''

BANOS-VESTIDOR MUJERES

J 4*A 20 0.54 3/4''

K 5*C 10 0.34 3/4''

L 4*D 16 0.46 3/4''

LABORATORIO M 1*F 6 0.25 3/4''

LAVADO MOLDES N 2*F 12 0.38 3/4''

AGUA SALMUERA O 2*F 12 0.38 3/4''

LAVADO PORONGOS P 4*F 24 0.5 3/4''

ZONA TRATAMIENTO LECHE Q 2*F 12 0.38 3/4''

LAVADO TANQUE REFRIGE. R 2*F 12 0.38 3/4''

LIMPIEZA AMBIENTE S 1*F 6 0.25 3/4''

UG GASTO DIAMETRO

ZONA 1 BAÑO-VESTIDOR HOMBRE 55 1.19 1''

BAÑO-VESTIDOR MUJER 46 1.13 1''

ZONA DE TRATAMIENTO 12 0.38 3/4''

LABORATORIO 6 0.61 3/4''

LAVADO MOLDES 12 0.38 3/4''

AGUA SALMUERA 12 0.38 3/4''

LAVADO TANQUE REFRIGERACION 12 0.38 3/4''

LAVADO PORONGOS 24 0.5 3/4''

LIMPIEZA AMBIENTE 6 0.25 3/4''

TOTAL 185 2.33 1 1/2''

UG GASTO DIAMETRO

RAMAL 1 G+H+I 55 1.19 1''

RAMAL 2 J+K+L 46 1.03 1''

RAMAL 3 R1+R2+R4+R5+R6 185 2.33 1 1/2''

RAMAL 4 R+P+S 42 0.95 1''

RAMAL 5 M+N+O 30 0.75 1''

RAMAL 6 Q 12 0.38 3/4''

Diagrama referencial de los ramales ZONA 1

Cálculo de bombas alimentadoras a los sistemas de agua para el consumo humano y

maquinaria

Cálculo realizado para el Ramal 3

Caudal total: 0.00233 m3/s

Diámetro Ф= 1 1/2’’ pulgadas = 0.0381 m

Recalculando la velocidad:

V 2.05 m/s , cumple con la recomendación de la norma (Tabla).

Calculando el número de Reynolds:

Dónde:

v = viscosidad cinemática del fluido, siendo para nuestro caso:

v = 0.8 x 10-6 N.s/m2 (T= 30 °C)

Re

Agua

T(°C) 30

v( N.s/m2 ) 0,800 · 10-6

Se obtiene:

D(pulg) D(m) Q(m3/s) Re

RAMAL 3 1 1/2’’ 0,0381 0,00233 9.8E+04

Entonces:

Considerando un valor de rugosidad absoluta (K) igual a 0.0015 mm para PVC

El valor de la rugosidad relativa es:

Por lo tanto el coeficiente de fricción es:

Una vez conocido el coeficiente de fricción es posible calcular el valor de las pérdidas en la

tubería. Del diagrama de Moody.

β ζ

RAMAL 3 0,00004 0,018

Cálculo de pérdidas:

Para este cálculo se tomará la rama del sistema de tuberías que está más alejada de la bomba,

es decir para la rama de tubería más larga y que presenta mayor cantidad de accesorios.

La longitud total equivalente será 38.5 m para d=1 1/2’’ pulgadas (0.0381 m)

Cálculo de pérdidas usando el método de las longitudes equivalente:

Datos:

V = 2.05 m/s

g = 9.81 m/s2

d = 0.0381 m

Luego del cálculo se obtiene:

hw total = 3.87 m

TABLA CON LAS PERDIDAS EN LOS RAMALES ZONA 1:

ZONA 1 UNIDADES G H I

CAUDAL m3/s 0.00067 0.00034 0.00054

DIAMETRO m 0.0254 0.01905 0.01905

VISCOSIDAD CINEMATICA m2/s 0.0000008 0.0000008 0.0000008

VELOCIDAD m/s 1.32293258 1.192883579 1.894579801

REYNOLDS 42003.1095 28405.54022 45114.68152

RUGOSIDAD ABSOLUTA mm 0.0015 0.0015 0.0015

RUGOSIDAD RELATIVA 5.9055E-05 7.87402E-05 7.87402E-05

COEFICIENTE FRICCION 0.021 0.022 0.019

LONGITUD TUBERIA m 7.7 7.8 8.2

HPERDIDAS m.c.a 0.56787497 0.653310173 1.496233162

RAMAL 1 J K L RAMAL 2 R

0.00119 0.00054 0.00034 0.00046 0.00103 0.00038

0.0254 0.01905 0.01905 0.01905 0.0254 0.01905

0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008

2.348489545 1.8945798 1.19288358 1.613901312 2.032726245 1.333222823

74564.54307 45114.6815 28405.5402 38431.025 64539.05829 31747.36848

0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015

5.90551E-05 7.874E-05 7.874E-05 7.87402E-05 5.90551E-05 7.87402E-05

0.019 0.022 0.025 0.021 0.019 0.022

3.9 7.4 6.04 6.8 3.9 2.8

0.820092331 1.56345802 0.57488249 0.995149144 0.614388782 0.292949127

P S RAMAL 4 M N O

0.0005 0.00025 0.00095 0.00025 0.00038 0.00038

0.01905 0.01905 0.0254 0.01905 0.01905 0.01905

0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008

1.75424056 0.87712028 1.874844595 0.877120278 1.33322282 1.33322282

41772.8533 20886.4266 59526.3159 20886.42663 31747.3685 31747.3685

0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015

7.874E-05 7.874E-05 5.90551E-05 7.87402E-05 7.874E-05 7.874E-05

0.022 0.023 0.019 0.023 0.02 0.02

5.5 17.6 25 3.4 7.9 12.7

0.99625309 0.83322986 3.350359732 0.160964859 0.75139549 1.20793958

RAMAL 5 RAMAL 6 RAMAL 3

0.00075 0.00038 0.00233

0.0254 0.01905 0.0381

0.0000008 0.0000008 0.0000008

1.48014047 1.33322282 2.043690249

46994.4599 31747.3685 97330.74809

0.0015 0.0015 0.0015

5.9055E-05 7.874E-05 3.93701E-05

0.021 0.023 0.018

2 18.2 38.5

0.18463857 1.99072248 3.872036133

Selección del tanque hidroneumático (ZONA 1)

Con los valores obtenidos en los cálculos anteriores, se procede a seleccionar el tanque

hidroneumático.

Del desarrollo de la tabla de pérdidas, se obtiene lo siguiente:

PERDIDAS TOTALES

20.93 mH2O

30 PSI

Datos

P=20.93 mH2O= 29.8= 30 PSI

Q =2.33 l/s

Con estos datos se selecciona el tanque hidroneumático de la siguiente tabla:

El tanque hidroneumático seleccionado es el modelo 1M 1B CH-62 MULTI H-402 – 1.0 M/T.

Donde la potencia del motor es de 1 HP y las especificaciones del tanque CH-62 son las

siguientes:

Es importante señalar que se ha de considerar la instalación de una bomba secundaria, en

paralelo a la bomba seleccionada, en caso que la primera falle. Se considerará que tenga la

misma potencia que la bomba principal, es decir 1 HP de potencia.

TABLA CON LOS DATOS Y RESULTADOS.(ZONA 2)

ZONA 2 COCINA T 2*F 12 0.38 3/4''

SSHH HOMBRE COCINA U A+B+C 12 0.38 3/4''

SSHH MUJER COCINA V A+C 7 0.28 3/4''

OFICINA MUJER W 2*A+2*C 14 0.42 3/4''

OFICINA HOMBRE X 2*A+B+2*C 19 0.52 3/4''

OFICINA GERENTE Y A+B 7 0.28 3/4''

UG GASTO DIAMETRO

RAMAL 1 Y 7 0.28 3/4''

RAMAL 2 W+X 33 0.8 1''

RAMAL 3 U+V 19 0.52 3/4''

RAMAL 4 T 12 0.38 3/4''

RAMAL 5 R1+R2+R3+R4 71 1.36 1 1/4''

UG GASTO DIAMETRO

ZONA 2 COCINA 12 0.38 3/4''

SSHH HOMBRE COCINA 12 0.38 3/4''

SSHH MUJER COCINA 7 0.28 3/4''

OFICJNA MUJER 14 0.42 3/4''

OFICINA HOMBRE 19 0.52 3/4''

OFICINA GERENTE 7 0.28 3/4''

TOTAL 71 1.36 1 1/4''

Diagrama referencial de los ramales ZONA 2

PERDIDAS EN LOS RAMALES (ZONA 2)

ZONA 2 UNIDADES T RAMAL 4 U V

CAUDAL m3/s 0.00038 0.00038 0.00038 0.00028

DIAMETRO m 0.01905 0.01905 0.01905 0.01905

VISCOSIDAD CINEMATICA m2/s 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008

VELOCIDAD m/s 1.33390217 1.333902172 1.333222823 0.982374712

REYNOLDS 31763.5455 31763.54548 31747.36848 23392.79783

RUGOSIDAD ABSOLUTA mm 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015

RUGOSIDAD RELATIVA 7.874E-05 7.87402E-05 7.87402E-05 7.87402E-05

COEFICIENTE FRICCION 0.023 0.023 0.023 0.025

LONGITUD TUBERIA m 1.7 1.7 3.6 3.7

HPERDIDAS m.c.a 0.18613615 0.186136153 0.393769281 0.23883727

RAMAL 3 W X RAMAL 2 Y RAMAL 1 RAMAL 5

0.00052 0.00042 0.00052 0.0008 0.00028 0.00028 0.00136

0.01905 0.01905 0.01905 0.0254 0.01905 0.01905 0.03175

0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008 0.0000008

1.82441018 1.47356207 1.824410179 1.578816501 0.982374712 0.98237471 1.71775235

43443.7674 35089.1967 43443.76739 50127.42391 23392.79783 23392.7978 68173.2965

0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015

7.874E-05 7.874E-05 7.87402E-05 5.90551E-05 7.87402E-05 7.874E-05 4.7244E-05

0.022 0.022 0.021 0.021 0.026 0.026 0.019

2 8.6 10.6 4.7 15.1 15.1 20

0.3918354 1.09916785 1.982330898 0.493682516 1.013702835 1.01370283 1.79995633 Selección del tanque hidroneumático (ZONA 2)

Con los valores obtenidos en los cálculos anteriores, se procede a seleccionar el tanque

hidroneumático.

Datos

P= 15 PSI

Q =1.36 l/s

Con estos datos se selecciona el tanque hidroneumático de la siguiente tabla:

El tanque hidroneumático seleccionado es el modelo 1M 1B CH-62 MULTI H-402 – 1.0 M/T.

Cálculo de cisterna de almacenamiento de agua: ZONA 1

El consumo de agua del personal se da principalmente en baños, duchas y cocinas. Por lo

tanto se decidió seguir las recomendaciones de la norma S-200 del ININVI, sección S.222.2.12

la dotación mínima deberá ser de 80 litros por cada trabajador de la planta. Debido a que en

nuestra planta se encuentran 20 trabajadores (operarios), esta cisterna deberá tener la

capacidad de 1600 litros por día. Teniendo en cuenta las recomendaciones de dotaciones

según norma IS 01:

Para procesar 3000 Litros/día de leche se necesitaran (para aproximadamente 20 operarios):

PLANTA DE PRODUCCION DOTACION(L/D) AREA (m3)

ESTACION DE RECIBO Y

ENFRIAMIENTO

4 500 4.5

PLANTA PASTEURIZACION 4 500 4.5

FABRICA DE QUESO 4 500 4.5

OPERARIOS (80 Lts/operario)

1600 1.6

TANQUE AGUA BLANDA 2500 2.5

TOTALexacto 17.6

Por lo tanto se plantea las siguientes dimensiones de la cisterna: 2.5 x 2.5 x 4 m

Esta cisterna será nombra como CISTERNA 1

Cálculo de cisterna de almacenamiento de agua: ZONA 2

El consumo de agua del personal se da principalmente en baños, duchas y cocinas. Por lo

tanto se decidió seguir las recomendaciones de la norma S-200 del ININVI, sección S.222.2.12

la dotación mínima deberá ser de 80 litros por cada trabajador de la planta. Debido a que en

nuestra planta se encuentran 30 trabajadores (operarios y oficinista), esta cisterna deberá

tener la capacidad de 2400 litros por día. Teniendo en cuenta las recomendaciones de

dotaciones según norma IS 01:

Por lo tanto se plantea las siguientes dimensiones de la cisterna: 1,5 x 1,5 x 2 m

Esta cisterna será nombra como CISTERNA 2

SISTEMA DE DESAGÜE

De manera general este sistema está compuesto por un sistema de tuberías y obras

complementarias, dispuestas para la recepción y evacuación de las aguas residuales

producidas en la planta.

Las aguas residuales se clasifican según sus orígenes en : aguas domésticas , industriales y

pluviales , en el caso de nuestra planta contaremos con las dos primeras –provenientes de los

servicios al personal- y las segundas que se obtienen de los procesos propios de la planta y

recibirán un tratamiento especial antes de ser evacuados(trampa de grasa y pozo séptico).

MARCO LEGAL

El diseño de dicho sistema se basara en todo lo estipulado en el RNE en su Norma OS.070

“Redes de aguas residuales”.

Entre las recomendaciones más importantes a considerar tenemos las siguientes:

• Considerar puntos de ventilación.

• Colectores colocados en tramos rectos

• Distancia del colector 15 cm de agua limpia distancia vertical

• Empalmes entre colectores y ramales de desagüe se harán a un

Ángulo no mayor a 45°, a menos que haya caja de registro

• Pendiente mínima 1% para 4”.

• Separados 0.20 centímetros en horizontal en generatrices.

DIMENSIONAMIENTO

Basándonos en lo que establece la norma para el diseño del alcantarillado: “Se determinará

para el inicio y fin del periodo de diseño. El diseño del sistema de alcantarillado se realizará con

el valor del caudal máximo horario.

Para el dimensionamiento Hidráulico: En todos los tramos de la red deben calcularse los

caudales inicial y final (Qi y Qf). El valor mínimo del caudal a considerar será de 1,5 L /s.”

Se debe considerar las normas para el dimensionamiento:

Las tuberías deben ser verificadas por el criterio de la tensión tractiva, con un valor

mínimo de 1 Pa.

El valor mínimo a considerar es 1,5 lts/s para tubos de 4”.

Por recomendación de la norma, la velocidad mínima debe ser de 0,9 m/s y la máxima

de 6 m/s.

Por consiguiente, las pendientes mínimas de diseño son las que satisfacen el valor

mínimo de velocidad fluyendo a tubo lleno.

El caso más crítico es cuando se utiliza todo el caudal en la ZONA 1. Para este caso, el caudal

total a evacuar es 3.69 lts/s. Sin embargo, no se evacua todo el caudal por una tubería sino por

muchas. Se hace el cálculo para el diámetro de tubería mínimo de 4”, se llega a la conclusión

que la velocidad del flujo está en el rango permisible. Este diámetro es válido para tuberías

iniciales y colectores.

A continuación un resumen de los cálculos realizados:

Para tuberías iniciales y secundarias

Diámetro mínimo requerido es 4” (101,6 mm), entonces para la velocidad mínima se halla la

pendiente mínima de diseño:

Entonces:

La tracción tractiva:

Entonces:

Para colectores principales y secundarios

Diámetro mínimo requerido es 6” (152.4mm), entonces para la velocidad mínima se halla la

pendiente mínima de diseño:

Entonces:

La tracción tractiva:

Entonces:

Para emisario final

Diámetro mínimo requerido es 8” (203.2mm), entonces para la velocidad mínima se halla la

pendiente mínima de diseño:

Entonces:

La tracción tractiva:

Entonces:

Tratamiento de aguas:

El tratamiento de aguas consistirá en primer lugar con las rejillas en el sistema de

alcantarillado, la cual evitaran el ingreso de solidos al sistema de desagüe, posteriormente se

pasaran las aguas del desagüe de la zona de lavado por una trampa de grasas, la cual reducirá

aún más los contaminantes en el sistema de desagüe.

Finalmente se tendrá un pozo séptico, en el cual se removerán los sólidos restante mediante un

proceso de sedimentación, también se retiraran las grasas restantes debido a la diferencia de

densidad entre estas y el agua, para luego evacuar las aguas al desagüe público.

Se recomienda realizar un análisis de DBO, DQQ, Solidos Sedimentados y Grasas una vez

comienza el funcionamiento de la planta ya que el gobierno peruano tiene límites permisibles

de la evacuación al desagüe según la siguiente tabla.

Si existiera algún VMA para descargas por arriba de los límites permitidos existen diferentes

químicos que pueden ayudar a reducir los contaminantes en el agua.

Trampa de Grasa: La trampa de grasa consiste de un filtro inicial el cual tendrá que ser

cambiado periódicamente según se requiera, también consiste de un pequeño pozo el cual esta

dimensionado para 3 minutos de caudal según normas nacionales.

TRAMPA GRASA UNIDADES

Q salmuera 0.95 l/s

Q tanque 0.38 l/s

Q porongo 0.75 l/s

Q Al pozo 2.08 l/s

VOL TRAMPA 4.83 m3

DIMENSIONES

Profundidad 2 m

Largo 2 m

Ancho 1.5 m

VOLUMEN REAL TRAMPA 6 m3

CALCULO DE POZO SEPTICO:

El pozo séptico se calculara para un turno de agua, es decir tendrá la capacidad de almacenar

un turno de agua proveniente de la zona de procesado (Lavado tanque, lavado porongos,

lavado moldes y laboratorios). En este pozo se tendrá una zona de sedimentación de solidos

(zona del pozo de mayor longitud) en la cual se sedimentaran mediante gravedad (si se

requiere se podrán usar químicos previo análisis de Solidos Suspendidos Totales), en esta

zona de sedimentación también se tratara de retirar la grasa restante por medio de diferencia

de densidades. Finalmente en el pozo séptico se utilizara un codo para transportar las aguas

del pozo séptico al pozo de evacuación hacia el desagüe.

POZO SEPTICO UNIDADES

Q TOTAL 7.49 m3

Horas 4 h

VOLUMEN REQUERIDO 30 m3

DIMENSIONES POZO SEPTICO

Profundidad 2 m

Largo 6 m

Ancho 2.5 m

VOLUMEN REAL 30 m3

BIBLIOGRAFIA

Reglamento nacional de edificaciones :Norma IS .010 INSTALACIONES SANITARIAS

PARA EDIFICACIONES

Reglamento nacional de edificaciones :Norma OS .070 REDES DE AGUAS RESIDUALES

JIMENO BLASCO,Enrique.

1995 Instalaciones sanitarias en edificaciones .Colegio de Ingenieros del

Peru. Peru.