CAPÍTULO I - dspace.ucacue.edu.ecdspace.ucacue.edu.ec/bitstream/reducacue/5516/1/ASTUDILLO G....

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CAPÍTULO I

SISTEMA HIDRÁULICO DE AGUA POTABLE

1.- GENERALIDADES.

El suministro de agua en edificios, comprende primero el análisis

correspondiente para elegir el sistema adecuado de abastecimiento de agua,

el cual depende de la presión de la matriz y de las características del edificio,

este debe contar con la cantidad de agua que permita abastecer a todas las

personas y llegar el agua a los aparatos sanitarios o a los puntos de

consumo con la presión adecuada que garantiza el confort de las personas.

Para realizar el cálculo y el dimensionamiento de la tubería de agua fría se

deben tener en cuenta los parámetros fundamentales que establecen las

condiciones mínimas para lograr un correcto funcionamiento de los diferentes

aparatos sanitarios existentes en el edificio en cuanto a su caudal, presión y

continuidad.

En nuestro medio se aplica cuatro sistemas de abasto de agua potable:

Alimentación Directa.

Alimentación Indirecta o por Gravedad.

Sistema Mixto o Combinado, resultante de los dos anteriores.

Sistemas Hidroneumáticos.

Básicamente, todos dependen de la presión existente en la red de suministro

de agua potable (matriz de agua).

a) Sistema de Alimentación Directa.

Se tiene esta modalidad, cuando la edificación se surte directamente de la

matriz de agua potable del servicio público, sin necesidad de recurrir a

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elementos auxiliares, puesto que la presión de servicio es suficiente para el

adecuado funcionamiento de los artefactos sanitarios y no es obligatorio la

reserva de agua.

La mínima presión de servicio en la red pública es de 15 m.c.a. (equivalente

a 1.5 kg/cm2 o 20 psi) apenas suficiente para alimentar residencias

corrientes, de una o dos plantas, en general.

La máxima presión de entrada no debe superar 40 m.c.a (± 60 psi), siendo el

límite máximo admisible de 45 m.c.a.

b) Alimentación Indirecta o por Gravedad.

Este tipo de sistema consiste en tener un tanque elevado, es decir, un

tanque de almacenamiento la cual es alimentada directamente de la red

pública.

c) Sistema Mixto o Combinado.

Utilizado en edificaciones de hasta cuatro pisos que, en principio no

requieren la instalación de bombas.

Este sistema combina la alimentación directa con la distribución por

gravedad.

Se presenta dos etapas de funcionamiento:

1. Hay presión suficiente en la red exterior. Significa que existe alimentación

directa de los servicios en cada piso y también del tanque elevado o de

reserva.

2. Falta agua en la red exterior: automáticamente entra en servicio el tanque

de reserva para abastecer la edificación por gravedad.

d) Sistema Hidroneumático.

La instalación de sistemas hidroneumáticos es una solución válida para el

abastecimiento de agua potable a edificios de altura.

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2.- DOTACIÓN DE AGUA EN EDIFICIOS.

En términos generales es la cantidad de agua que se consume en promedio

durante el día por una persona, cuya unidad es litros /persona/día.

2.1.- Tipos de consumo.

A continuación se presenta los diferentes tipos de consumo:

1.- HOTELES, PENSIONES, HOSPEDAJES

TIPO DE ESTABLECIMIENTO DOTACIÓN DIARIA

Hotel 500 litros / hospedaje

Pensión 350 litros / alcoba

Hospedaje 25 litros por cada m2 destinado a alcobas

NOTA: Las dotaciones de agua y servicios anexos a estos establecimientos como bares, lavanderías, comercios y similares, se calculan separadamente.

2.- RESTAURANTES

ÁREA EN M2 DOTACIÓN DIARIA

Hasta 40 m2 2000 litros

De 41 a 100 m2 50 litros / m2

Más de 100 m2 40 litros / m2

NOTA: En aquellos restaurantes donde también se elaboren alimentos para ser consumidos fuera del local, se calculará una dotación complementaria a razón de 8 litros / cubierto.

3.- PLANTELES EDUCATIVOS Y RESIDENCIAS ESTUDIANTILES


Alumnado externo 40 liros / persona

Alumnado semi-interno 70 litros / persona

Alumnado interno o residente 200 litros / persona

Personal no residente 50 litros / persona

Personal residente 200 litros / persona

NOTA: Otras dotaciones adicionales se calcularán separadamente, de acuerdo a las normas para cada caso.

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4.- BARES, FUENTES DE SODA, CAFETERÍAS


Hasta 30 m2 150 litros

de 31 a 60 m2 60 litros / m2

De 61 a 100 m2 50 litros / m2

Más de 100 m2 40 litros / m2

5.- CINES, AUDITORIOS Y OTROS

TIPO DE ESTABLECIMIENTO DOTACIÓN DIARIA

Cines, teatros y auditorios 3 litros / asiento

Cabarets, casinos y salas de baile 30 litros / m2 de área para uso público

Estadios, velódromos, autodrómos, plazas de toro y similares

1 litro / espectador

Circos, hipódromos, parques de atracciones y similares.

1 litro / espectador, más la dotación requerida para animales

6.- PISCINAS (DE RECIRCULACIÓN Y DE FLUJO CONTINUO)

TIPO DOTACIÓN

Con recirculación de las aguas de rebose 10 liros / día por cada m2 de proyección horizontal de piscina

Sin recirculación de las aguas de rebose 25 litros / día por m2

Con flujo continuo de agua 125 litros / hora por m3

NOTA: La dotación de agua para los servicios sanitarios en los desvestideros y cuartos de aseo anexos a las piscinas, se calculará a razón de 30 litros / día por cada m2 de proyección horizontal de piscina.

7.- OFICINAS EN GENERAL

La dotación de agua para oficinas se puede estimar a razón de 6 litros / día x m2 de área útil del local

También puede aplicarse 40 a 50 litros / persona x día.

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8.- PISCINAS (DE RECIRCULACIÓN Y DE FLUJO CONTINUO)

TIPO DOTACIÓN

Para bombas de gasolina 800 litros / día x bomba

Para garaje simple y parqueadero cubierto

2 litros / día x m2 de área Ó también 50 litros / día x carro

Para lavado no automático 8.000 litros / día x unidad de lavado

Para lavado automático 12.800 litros / día x unidad de lavado

Para oficina y venta de repuestos 6 litros / día x m2 de área

NOTA: Para servicios anexos tales como: fuentes de soda, restaurantes y riego de jardines, debe calcularse aparte.

9.- HOSPITALES, CLÍNICAS, CONSULTORIOS

TIPO DOTACIÓN

Hospitales y clínicas con hospitalización 800 litros / día x cama

Consultorios médicos 500 litros / día x consultorio

Clínicas dentales 1.000 litros / día x cada unidad dental

10.- LAVANDERÍAS Y SIMILARES

TIPO DOTACIÓN

Lavanderías 40 litros / kg de ropa

Lavado en seco, tintorerías y similares 30 litros / kg de ropa

11.- PLANTAS LECHERAS Y SUS ANEXOS

TIPO DOTACIÓN

Estaciones de recibo y enfriamiento 1500 Litros por cada 1000 litros de leche recibida por día

Plantas de pasteurización 1500 Litros por cada 1000 litros de leche a pasteurizar por día

Fábricas de mantequilla, queso o leche en polvo

1500 Litros por cada 1000 litros de leche a procesar por día

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12.- ALOJAMIENTO DE ANIMALES

EDIFICACIÓN PARA: DOTACIÓN

Ganado lechero 120 litros / día x animal

Bovinos 40 litros / día x animal

Ovinos 10 litros / día x animal

Equinos 40 litros / día x animal

Porcinos 10 litros / día x animal

Aves 20 litros / día x cada 100 aves

13.- MATADEROS (PÚBLICOS O PRIVADOS)

CLASE DE ANIMAL DOTACIÓN



Ovinos y caprinos 250 litros / día x animal

Aves en general 16 litros / día x cada 100 aves

14.- MATADEROS (PÚBLICOS O PRIVADOS)

CLASE DE ANIMAL DOTACIÓN



Ovinos y caprinos 250 litros / día x animal

Aves en general 16 litros / día x cada 100 aves

15.- DEPÓSITOS

La dotación diaria para depósitos de materiales, equipos y artículos manufacturados, se calculará a razón de 0.50 litros / día x m2 de área útil del local y por cada turno de trabajo de 8 horas o fracción.

La dotación mínima debe ser de 500 litros / día.

Si hay oficinas anexas, calcular su consumo adicionalmente.

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16.- CARNICERÍAS, COMERCIOS, PESCADERÍAS Y SIMILARES

Se calcula a razón de 20 litros / día x m2 de área del local

La mínima dotación admisible es de 400 litros / día.

17.- MERCADOS

Calcular a razón de 15 litros / día x m2 de área útil del local.

La dotación de agua para locales con instalaciones separadas, tales como restaurantes, cafeterías, comercios, oficinas, etc, se calculará adicionalmente segúnlas normas para cada caso.

18.- INDUSTRIAS EN GENERAL

a) La dotación de agua para consumo humano se calcula a razón de 80 litros por operario o empleado, por cada turno de 8 horas o fracción.

b) La dotación de agua para el consumo industrial, debe calcularse de acuerdo con la naturaleza de la industria y sus procesos de manufactura.

NOTA: La dotación para oficinas, restaurantes, depósitos, comercio, riego y demás anexos, deberán ser adicionales.

2.2.-Partes Constitutivas del Sistema de Distribución.

En el sistema de distribución interior podemos distinguir cuatro partes

principales:

Distribuidor.

Columnas de agua potable.

Derivaciones.

Ramales y subramales.

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2.2.1.-Distribuidor.

Tubería horizontal que partiendo del medidor general va hasta la parte

inferior de las columnas de agua para alimentar a éstos. Normalmente es de

gran diámetro.

2.2.2.-Columnas de Agua Potable

Las columnas son tuberías verticales que van desde el distribuidor a las

derivaciones en cada planta del edificio.

La ubicación de las columnas está sujeta a las características del proyecto.

En edificaciones grandes se recomiendan que vayan colocadas en los ductos

designados arquitectónicamente para tal efecto.

2.2.3.-Derivaciones.

Tuberías de suministro que van desde las columnas hasta los puntos de

consumo.

Debe proveerse de una válvula de paso general que permita la suspensión

del servicio a todo el departamento. Adicionalmente es recomendable instalar

una válvula a la entrada de los puntos de consumo (baños, cocina,

lavandería, etc.), a fin de no suspender el servicio a una gran parte de

servicios restantes en los diferentes pisos, en caso de reparación en uno de

los sitios mencionados.

2.2.4.-Ramales y Subramales.

Son las tuberías que distribuyen el agua desde las derivaciones hasta los

aparatos. Debe preocuparse que el trazado sea lo más simple y corto

posible.

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3.- PARÁMETROS DE DISEÑO.

Debido a las variaciones en la demanda de agua, ocasionadas por las

diferentes actividades que se desarrollan a lo largo del día, se producen

fluctuaciones diarias en el sistema de agua potable.

Se debe tener en cuenta los siguientes parámetros para el diseño:

3.-1 Caudales.

Se debe tener presente los caudales mínimos que debe de llegar a cada uno de

los aparatos sanitarios para su correcto funcionamiento, la cual se presenta a

continuación:

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Tabla . Uso Privado

Aparatos

Caudal en lts. / seg

mínimo recom.

Lavabo ( L ) 0,20 0,3

Inodoro ( Wc ) 0,3 0,35

Ducha ( D ) 0,2 0,3

Bañera ( Tb ) 0,3 0,35

Bebedero ( B ) 0,1 0,15

Fregadero ( Fr ) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,45

Lavadero ( Lv ) 0,20 - 0,30 0,30 - 0,45

Lavadora ( Lav ) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,50

Manguera de jardín ( G ) 0,25 0,40


Calentador eléctrico ( C ) 0,3 0,45

Tabla . Uso Público

Aparatos

Caudal en lts. / seg

mínimo recom.

Lavabo ( L ) 0,20 0,30

Inodoro de fluxómetro ( Wc ) 1 -, 2 - 2,50 Ducha ( D ) 0,20 0,30

Bebedero ( B ) 0,10 0,15

Fregadero ( Fr ) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,45

Orinal fluxómetro 1,00 - 2,00 Lavadero ( Lv ) 0,20 - 0,30 0,30 - 0,45

Lavadora ( Lav ) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,50

3.2.- Diámetro.

Se debe tener presente los diámetros mínimos que debe de llegar a cada uno de

los aparatos sanitarios:

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Tabla . Uso Privado

Aparatos

Diámetro alimentación

Lavabo ( L ) 1/2" Inodoro ( Wc ) 1/2" Ducha ( D ) 1/2" Bañera ( Tb ) 3/4" Bebedero ( B ) 1/2" Fregadero ( Fr ) 1/2" Lavadero ( Lv ) 1/2" Lavadora ( Lav ) 1/2" Manguera de jardín ( G ) 1/2" Manguera de jardín ( G ) 3/4" Calentador eléctrico ( C ) 3/4"


Aparatos

Diámetro alimentación

Lavabo ( L ) 1/2"

Inodoro de fluxómetro ( Wc ) 1 1/4" - 1 1/2"

Ducha ( D ) 1/2"

Bebedero ( B ) 1/2"

Fregadero ( Fr ) 1/2"

Orinal fluxómetro 3/4"

Lavadero ( Lv ) 1/2"

Lavadora ( Lav ) 1/2"

Manguera de jardín ( G ) 1/2"

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3.3.- Presión.

Se debe tener restricciones sobre las presiones en los puntos de consumo estableciendo un rango de presiones aceptable para los consumos en función de uso.

Tabla . Uso Privado

Aparatos

Presión en m.c.a.

mínima recom.

Lavabo ( L ) 2 7

Inodoro ( Wc ) 2 7

Ducha ( D ) 1,5 7

Bañera ( Tb ) 2 7

Bebedero ( B ) 2,5 7

Fregadero ( Fr ) 2 7

Lavadero ( Lv ) 2 7

Lavadora ( Lav ) 2 7

Manguera de jardín ( G ) 10 10

Manguera de jardín ( G ) 10 10

Calentador eléctrico ( C ) 2 7


Aparatos

Presión en m.c.a.

mínima recom.

Lavabo ( L ) 2,00 7,00

Inodoro de fluxómetro ( Wc ) 7 a 14 14,00

Ducha ( D ) 1,50 7,00

Bebedero ( B ) 2,50 7,00

Fregadero ( Fr ) 2,00 7,00

Lavadero ( Lv ) 2,00 7,00

Lavadora ( Lav ) 2,00 7,00


Orinal fluxómetro 5 a 10 10,00

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3.3.1.- Presión mínima.

.A continuación se presenta los valores de presión mínima que debe llegar a

cada uno de los aparatos sanitarios para su buen funcionamiento,

dependiendo si es para uso público o privado

En el caso de que la presión disponible en el punto de consumo fuera inferior

a la presión mínima exigida, sería necesaria la instalación de un grupo de

presión.

3.4.- Velocidad de agua.

La velocidad del agua en las tuberías es importante porque con velocidad menor a 0,60 m/seg. puede producirse sedimentos de partículas en las tuberías y con velocidad mayor a 0,60 m/seg. se obtiene el arrastre de sedimentos, para velocidades mayores de 2,0 m/seg. se puede producir desgaste en la tubería. Por lo tanto debe estar la velocidad entre 0,60 m/seg. y 2,0 m/seg.en tuberías hasta 2 ½” y una velocidad de 2,5m/seg para tuberías de diámetro mayores a 2 ½”. Esta velocidad máxima admisible también está dada de acuerdo a la calidad de la tubería y a su diámetro .

VELOCIDAD MÁXIMA SEGÚN DIÁMETRO

DIÁMETRO VELOCIDAD

Hasta 2 1/2 max 2m/seg

Mayores a 2 1/2 max 2,5m/seg

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CAPÍTULO II

MÉTODOS PARA ESTIMAR EL CAUDAL DE DISEÑO

1.- MÉTODO DE SIMULTANEIDAD DE USO.

Este método se basa en las aplicaciones de un factor que evalúa la

simultaneidad de funcionamiento de los aparatos sanitarios.

Para aplicar el método se deben conocer los valores de caudal de cada

sanitario según los valores dados en las tablas que se muestran a

continuación.

El método del factor de simultaneidad se determina un caudal máximo

probable que será el caudal del tramo suponiendo que no presenta un

funcionamiento de todos los aparatos al mismo tiempo.

El factor de simultaneidad de uso se expresa de la siguiente manera:

Para calcular el caudal máximo probable, se debe multiplicar el caudal

máximo posible por el factor de simultaneidad F.S.

Este factor depende fundamentalmente del número de aparatos y si el uso

es común o privado.

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Tabla . FACTORES DE SIMULTANEIDAD

N° de

aparatos “n”

1 2 3

N° de

aparatos “n”

1 2 3

FACTOR DE SIMULTANEIDAD FACTOR DE SIMULTANEIDAD

Predominio

Comunes

Predominio

Fluxómetros

Para

vivienda

Predominio

Comunes

Predominio

Fluxómetros

Para

vivienda

1 1,00 1,00 1,00 40 0,38 0,09

2 1,00 1,00 1,00 50 0,37 0,07

3 0,8 0,64 0,71 60 0,36 0,060

4 0.68 0,51 0,58 70 0,35 0,050

5 0.62 0,43 0,50 80 0,34 0,043

6 0.58 0,38 0,45 90 0,34 0,036

7 0.56 0,34 0,41 100 0,33 0,031

8 0,53 0,31 0,38 200 0,30 0,001

9 0,51 0,28 0,35 300 0,29

10 0,5 0,26 0,33 400 0,28

12 0,48 0,23 0,30 500 0,27

14 0,45 0,21 0,28 600 0,26

16 0,44 0,19 0,26 700 0,26

18 0,43 0,17 0,24 800 0,26

20 0,42 0,16 0,23 900 0,25

25 0,4 0,13 0,20 1000 0,25

30 0,38 0,12

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Uso de tabla:

Columna 1:

En esta columna se encuentra los factores de simultaneidad de uso (F.S)

sólo para aparatos comunes en instalaciones de tipo colectivo. La fórmula

a aplicar es:

nnSF

log1

1

10log

1.

Donde:

n=número de aparatos instalados

Columna 2:

Aquí se encuentra los favores de F.S cuando hay predominio en el gasto

de aparatos de fluxómetro y en instalaciones de tipo colectivo. La fórmula

aplicada es:

07.01

1.

nSF

Donde:

n=número de aparatos instalados

Columna 3:

Se aplica para edificios residenciales con la existencia de aparatos

comunes. Los valores de F.S se obtiene aplicando la fórmula siguiente

según las normas francesas:

1

1.

nSF

Donde:

N=número de aparatos instalados.

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Para obtener el caudal máximo posible se calcula aplicando la siguiente

fórmula:

Donde:

Qi=Es la suma de los caudales mínimos de todos los aparatos instalados.

2.- MÉTODO DE HUNTER (NÚMERO DE UNIDADES DE GASTO).

Para el dimensionamiento de las tuberías se tiene en cuenta que todos los

aparatos instalados no funcionan simultáneamente; por esta razón se deben

distinguir varios tipos de caudal.

El método pretende evaluar el caudal máximo probable y se basa en el

concepto de que únicamente unos pocos aparatos, de todos los que están

conectados al sistema, entrarán en operación simultánea en un instante

dado. El efecto de cada aparato que forma parte de un grupo numeroso de

elementos similares, depende de:

• Caudal del aparato, o sea el flujo que deja pasar el servicio (q).

• Frecuencia de uso: tiempo entre usos sucesivos (T).

• Duración de uso: tiempo que el agua fluye para atender la demanda del

aparato (t).

El método es aplicable a grandes grupos de elementos, ya que la carga de

diseño es tal que tiene cierta probabilidad de no ser excedida (aunque lo

puede ser en pocas ocasiones).

Según Hunter, se tiene en funcionamiento satisfactorio cuando las tuberías

están proporcionadas para suministrar la carga de demanda para el número

(m ) del total de (n) aparatos del edificio.

Hunter se ideó la forma de aplicar el método a sistemas con aparatos de

diferente clase asignando el peso o influencia de un aparato con respecto a

los demás; entonces, el número que identifica un aparato será una relación

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del número de válvulas de fluxómetro que producen un caudal determinado

al número de aparatos de otro tipo que producen el mismo caudal.

Los valores aceptados por la mayoría de códigos para los diferentes

aparatos se muestran en la siguiente Tabla.

Tabla . Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso público

Aparato Tipo

Unidades de Consumo

Agua Fría Agua Caliente Total

Inodoro Fluxómetro 10 10

Inodoro Depósito 5 5

Urinario Fluxómetro ( D = 2,5 cm) 10 10

Urinario Fluxómetro (D = 2 cm) 5 5

Urinario Depósito 3 3

Lavabo Llave 1.5 1,5 2

Ducha Válvula mezcladora 3 3 4

regadero Hotel, restaurant ( llave ) 3 3 4

Bebedero Simple 1 1

Bebedero Múltiple 1 1 ( * )

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el gasto de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras indicadas en la primera y segunda columnas. ( * ) Debe asumirse este número de unidades de gasto por cada salida.

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Tabla. Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso privado

Aparato Tipo

Unidades de Consumo




Lavabo Llave 0,75 0,75 1

Tina de baño Llave 1,5 1,5 2

Ducha Válvula mezcladora 1,5 1,5 2

Cuarto de Baño Fluxómetro 6 2 8

Cuarto de Baño Con un depósito 5 2 6

Medio baño Depósito 4 0,75 4

Fregadero Llave 2 2 3

Lavadero Llave 2 2 3

Lavadora Llave 3 3 4

2.1.- Método de Hunter modificado.

Este método se deriva del anterior; y la obtención de las unidades de

consumo se realiza de forma idéntica; la modificación se da en la lectura del

caudal máximo probable, donde se realiza una reducción del caudal

promedio de los aparatos respecto del que usa el método original.

Este método consiste en asignar a cada aparato sanitario, un número de

“Unidades de Consumo” (U.C), el cual se define como el caudal máximo

demandado por un lavabo de tipo privado que equivale a un caudal de (0,47

lt/seg),es decir, un factor de seguridad de 2,5 con respecto al caudal mínimo

requerido por el mismo aparato para su funcionamiento adecuado.

El valor del caudal máximo probable calculado por este método es muy alto,

lo cual económicamente no conviene en el diseño; por tal razón se realizó

una modificación a éste método llamándolo Método de Hunter Modificado

para ser aplicado en nuestro medio.

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El método de Hunter trata de convertir en un método relativamente

“económico” desde el punto de vista de la estimación de los caudales de los

diferentes aparatos sanitarios, por lo que éste método modificado utiliza

caudales promedios para cada aparato considerando los extremos de los

gastos mínimos dados en las tablas y los gastos máximos del método de

Hunter original.

Definición de la U.C Modificada.

Una Unidad de Consumo, es el gasto normal o promedio demandado por un

lavabo ( tipo privado) en condiciones de funcionamiento normal.

El gasto normal de un lavabo, que se toma como unidad, es el promedio

entre el mínimo de las tablas, y el máximo estimado por el método de Hunter

original.

Así, para un lavabo privado se tiene:

Caudal mínimo = 0,20 lt/seg ( según tabla )

Caudal máximo = 0,47 lt/seg ( según Hunter original )

El caudal promedio es 0,33 lt/seg, o sea, la unidad de consumo por el

método modificado. Por lo tanto:

1 U.C = 0,33 lt/seg

En éste caso, el factor multiplicador de los gastos mínimos de la tabla es

aproximadamente 1,5 lo que equivale a un incremento del 50% de los

caudales mínimos dados en estas tablas.

Para estimar la máxima demanda de agua de un edificio, debe tenerse en

cuenta si el tipo de servicio de los aparatos es público o privado.

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A continuación se presentan las tablas que nos proporcionan las unidades de

consumo de los aparatos según el caso.

Tabla . Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso público

Aparato Tipo

Unidades de Consumo




Urinario Fluxómetro ( D = 2,5 cm ) 10 10

Urinario Fluxómetro ( D = 2 cm ) 5 5

Urinario Depósito 3 3


Ducha Válvula mezcladora 3 3 4

Fregadero Hotel, restaurant ( llave ) 3 3 4

Bebedero Simple 1 1

Bebedero Múltiple 1 1 ( * )

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el gasto

de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que conduzcan

agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras indicadas en la

primera y segunda columnas.

( * ) Debe asumirse este número de unidades de gasto por cada salida

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Tabla Unidades de Consumo para aparatos sanitarios de uso privado

Aparato Tipo

Unidades de Consumo





Tina de baño Llave 1,5 1,5 2

Ducha Válvula mezcladora 1,5 1,5 2

Cuarto de Baño Fluxómetro 6 2 8

Cuarto de Baño Con un depósito 5 2 6

Medio baño Depósito 4 0,75 4

Fregadero Llave 2 2 3

Lavadero Llave 2 2 3

Lavadora Llave 3 3 4

NOTA: Para calcular tuberías de distribución que conduzcan agua fría solamente, o agua fría más el gasto

de agua a ser calentada, se usarán las cifras indicadas en la tercera columna. Para tuberías que

conduzcan agua fría o agua caliente a un aparato sanitario que requiera de ambas, se usarán las cifras

indicadas en la primera y segunda columnas.

En el caudal máximo probable en función de las U.C, se presentan las

siguientes ecuaciones.

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Para unidades de consumo entre 3 < U.C < 240

Para aparatos comunes: Q = 0,1163 ( U.C ) 0,6875

Para aparatos con fluxómetro: Q = 0,7243 ( U.C ) 0,384

Para unidades de consumo entre 260 < U.C < 1000

Para aparatos comunes: Q = 0,074 ( U.C ) 0,7504

Para aparatos con fluxómetro: Q = 0,3356 ( U.C ) 0,5281

Guía para aplicación de método Hunter modificado.

Paso 1

Elabore un diagrama de la red.

Por cada tramo especifique el número y tipo de aparato sanitario.

Una vez identificado el tipo de aparato sanitario(uso privado o público)

nos dirigimos a la tabla anterior y vemos que unidad de consumo

corresponde.

Luego que se haya identificado las unidades de consumo del aparato

sanitario nos dirigimos a la tabla (caudal probable).

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Tabla . Caudal probable en función de ∑ U.C.

∑ U.C

Q. Probable ( lt/sg) ∑ U.C

Q. Probable ( lt/sg) ∑ U.C

Q. Probable ( lt/sg)

Comunes Fluxóm. Comunes Fluxóm. Comunes Fluxóm.

3 0.25 1,10 65 2,05 3,60 460 7,87 8,55

4 0.30 1,23 70 2,16 3,70 480 8,11 8,75

5 0.35 1,34 75 2,26 3,80 500 8,34 8,94

6 0.40 1,44 80 2,37 3,90 520 8,57 9,12

7 0.44 1,53 85 2,47 3,99 540 8,79 9,31

8 0.49 1,61 90 2,57 4,08 560 9,01 9,49

9 0.53 1,68 95 2,66 4,16 580 9,23 9,66

10 0.57 1,75 100 2,76 4,25 600 9,45 9,84

12 0.64 1,88 110 2,94 4,40 620 9,67 10,01

14 0.71 2,00 120 3,13 4,55 640 9,88 10,18

16 0.78 2,10 130 3,30 4,70 660 10,09 10,35

18 0.85 2,20 140 3,48 4,83 680 10,30 10,51

20 0.91 2,29 150 3,64 4,96 700 10,51 10,67

22 0.97 2,37 160 3,81 5,09 720 10,72 10,83

24 1.03 2,45 170 3,97 5,20 740 10,92 10,99

26 1.09 2,53 180 4,13 5,32 760 11,12 11,15

28 1.15 2,60 190 4,29 5,43 780 11,32 11,30

30 1.21 2,67 200 4,44 5,54 800 11,52 11,45

32 1.26 2,74 220 4,74 5,75 820 11,72 11,60

34 1.31 2,81 240 5,03 5,94 840 11,91 11,75

36 1.37 2,87 260 4,80 6,33 860 12,11 11,90

38 1.42 2,93 280 5,08 6,58 880 12,30 12,04

40 1.47 2,99 300 5,35 6,82 900 12,49 12,19

42 1.52 3,04 320 5,61 7,06 920 12,68 12,33

44 1.57 3,10 340 5,87 7,29 940 12,87 12,47

46 1.62 3,15 360 6,13 7,51 960 13,06 12,61

48 1.67 3,20 380 6,38 7,73 980 13,24 12,75

50 1.71 3,25 400 6,63 7,94 1000 13,43 12,89

55 1.83 3,37 420 6,88 8,15

60 1.94 3,49 440 7,13 8,35

25

3.- MÉTODO BRASILEÑO.

Este método fue establecido por la norma para instalaciones prediales de

agua fría del Brasil.

Este método estima los caudales máximos probable, el cual consiste en asignarle

un “peso” (p) para cada aparato sanitario.

Estos pesos son establecidos por comparación de los efectos producidos por

los diferentes tipos de aparatos.

Tomando en cuenta los aspectos económicos en el dimensionamiento tramo

por tramo de la red debería ser previsto los caudales de igual forma y debe

ser determinado a partir de los pesos atribuidos a los diferentes aparatos

sanitarios de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla

TIPO DE APARATO SANITARIO Caudal lt/ seg

Peso " p "

Bebedero 0,05 0,30

Tina de baño 0,30 1,00

Inodoro 0,10 0,30

Ducha 0,20 0,50

Lavadora de ropa o de platos 0,20 1,00

Lavabo 0,10 0,50

Fregadero 0,25 0,70

Tanque de lavar ropa 0,30 1,00

Inodoro (fluxómetro) 1,90 4,00

Urinario (descarga continua) 0,075 0,20

Urinario (con cisterna) 0,10 0,30

Fregadero de restaurant 0,30 1,00

Lavadora automática 0,20 1,00

Grifo aislado 0,15 1,00

Grifo de garaje 0,30 1,00

26

Para la estimación de caudales se aplica la siguiente formula.

Donde:

Q=Caudal en litros/segundo

c=Coeficiente de descarga igual a 0.25

=Suma de pesos correspondientes a todas las piezas de utilización

sanitaria alimentadas atreves del tramo considerado.

Ejemplo de aplicación mediante el método de simultaneidad de uso:

En un departamento se cuenta con los siguientes aparados sanitarios.

Determinar el caudal:

27

Descripción No. Aparatos Sanitarios Caudal min

Inodoro 2 0.4

Lavabo 2 0.3

Ducha 2 0.5

Fragadero 2 0.3

∑n = 10 1.9

Aplicando la fórmula tenemos:

Luego debemos realizar el cálculo de Qi, para ello nos vamos a la tabla y

obtenemos los caudales mínimos de cada aparato sanitario.

Descripción Caudal min

Inodoro 0.3

Lavabo 0.2

Ducha 0.2

Fregadero 0.3

Ahora realizamos el cálculo de Qi que es la sumatoria de todos los caudales

parciales de los aparatos sanitarios.

Descripción No. Aparatos Sanitarios

Caudal min Caudal total

Inodoro 2 0.3 0.6

Lavabo 2 0.2 0.4

Ducha 2 0.2 0.4

Fregadero 2 0.3 0.6

∑n = 10 ∑Qi = 2

28

Aplicando la fórmula tenemos lo siguiente:

Ejemplo de cálculo mediante el método de Hunter modificado:

Un departamento cuenta con los siguientes aparados sanitarios.


Departamento


Unidad de consumo

Total de unidades de consumo

Lavabo 2 0.75 1.5

Ducha 2 1.5 3.0

Inodoro 2 3 6.0

Fregadero 2 2 4.0

∑ U.C= 14.5

Una vez obtenido el total de unidades de consumo nos dirigimos a las tablas

para poder obtener el caudal probable.

Debido a que este valor no se tiene en las tablas procedemos a interpolar

Resolviendo nos queda que:

X=0.75

29

Por lo tanto el caudal probable es:

Q=0.75(lt/sg

Ejemplo de aplicación mediante el método Brasileño:

Del plano anterior teneos que:


Peso Total de peso

Inodoro 2 0.3 0.60

Lavabo 2 0.5 1.00

Ducha 2 0.5 1.00

Fregadero 2 0.7 1.40

∑ P= 4.0


Aplicando la fórmula:

Donde c=0.25

Aplicando la fórmula tenemos que:

Según la aplicación de los tres métodos antes descritos podemos decir que

el método Brasileño es el método más eficiente debido que al tener un menor

caudal de diseño se reduce el diámetro de la tubería y por lo tanto también

reduce el costo.

30

CAPÍTULO III

CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA RED

1.- ELECCIÓN DEL DIÁMETRO.

Consiste en calcular los diámetros comerciales posibles de los diferentes

tramos de la red en función de los caudales de los aparatos sanitarios.

Para realizar este cálculo se determina el “aparato más desfavorable” del

sistema, el cual corresponde al malto y alejado.

31

En la isometría que podemos apreciar se observa que el punto (B) que

corresponde a la ducha es el aparato más desfavorable del sistema

hidráulico por encontrarse más alejado y alto con respecto al punto (A).

1.1.-Tipo de sistema empleado.

Par el sistema empleado es importante realizar el análisis de las cotas

piezométricas, para lo cual analizaremos el caso de alimentacion de un

sistema directo.

En el esquema adjunto podemos observar que la cota piezométrica en ese

punto “B” que corresponde a la ducha será:

ZB+ pB/ γ

En estas condiciones se presentan los siguientes casos:

Cuando: pA / γ < ZB+ pB/ γ:

Esto implica que no se puede tener una alimentación directa

debido a que la presión de la matriz es menor a la presión

requerida en ese punto.

Cuando: pA / γ > ZB+ pB/ γ:

32

Esto nos indica que si es posible la alimentación directa,

debido a que la presión en la matriz es mayor a la requerida

en el punto más desfavorable venciendo todas las

resistencias por rozamiento de la red, desde la acometida

hasta el aparato más alto y alejado.

1.1.1-Cálculo de la presión necesaria.

La presión necesaria (PN) se obtiene al aplicarse la ecuación de la energía

en el circuito CB que nos conduce el agua hasta el aparato más desfavorable

desde el punto de derivación, siendo esta presión igual a:

PN = ZB + pB / γ + Σ J

Σ J=Es la suma de todas las pérdidas desde el punto C hasta llegar al punto

más desfavorable (B).

ZB = Es la altura desde la matriz hasta el punto (C)

pB / γ = Es la presión mínima que requiere el aparato sanitario para su

funcionamiento.

1.1.2-Cálculo de la presión disponible.

La presión disponible ( PD ) se obtiene al aplicarse la ecuación de la energía

en el circuito AC que nos conduce el agua hasta el punto de derivación,

siendo esta presión igual a:

PD = pA / γ – Zc – Σ J

pA / γ= Es la presión que se obtiene en la matriz de agua potable.

Zc = Es la diferencia de alturas desde el punto (C) hasta la matriz

de agua potable (A).

Σ J= Es la suma de pérdidas desde el punto (A) hasta el punto (C).

33

Debiéndose cumplir para su correcto funcionamiento que:

PD > PN

NOTA:

Donde no se cumple esta expresión significa que se debe utilizar un

sistema de bombeo debido a que la presión que se necesita en el punto más

desfavorable es mayor a la presión disponible en la matriz de agua.

1.2.- Pérdida de carga.

Cuando el agua circula por una tubería de un punto a otro se pierde energía.

Esta pérdida de energía se debe al rozamiento que se produce entre el fluido

y las paredes de la tubería, así también por el paso de obstáculos como

codos, tee, reducciones, válvulas, derivaciones, etc

En redes de cualquier piso, excepto el último. En general, se

recomienda que la pérdida de carga unitaria “ j ” no sea mayor a

0,5 mt / mt.

Las pérdidas de carga pueden ser determinadas por la fórmula

de Fair-Whipple y Hsiao, cuya expresión es:

Q = 55,934 j 0,57 D 2,71

Despejando se obtiene lo siguiente

j = 869.500 Q 1,75 / D 4.75

Donde: Q = lt / sg

D = mm

j = mt / mt

34

Así pues, existen dos clases de pérdidas de carga:

a) Pérdida de carga por fricción.

b) Pérdida de carga localizada.

a) Pérdida de carga por fricción.

Para el cálculo de las pérdidas de carga se ha tomado como base la fórmula

de Hazen & Williams para tuberías de uso común. A continuación se

presenta la siguiente fórmula:

Reordenando nos queda:

Donde:

j%= % de pérdidas por fricción (m).

C = Constante de rugosidad (a dimensional).

Q = Caudal pasante (lt/min).

D= Diámetro interior del tubo.

b) Pérdida de carga localizada.

Consiste en utilizar una longitud equivalente que no es más que una longitud

de tubería recta que produce la misma pérdida de carga.

Pasos a seguir para el cálculo.

De la tabla de longitudes equivalentes que se presenta a continuación,

debemos determinar el tipo de accesorio (codo,tee,valvula, etc) luego

determinamos el diámetro de dicho accesorio, con estos datos

encontramos en la tabla la longitud equivalente en metros(m).

35

c) Pérdidas de presión en válvulas y conexiones.

Ya que las válvulas y accesorios en una línea de tubería alteran la

configuración de flujo, producen una pérdida de presión adicional la cual se

puede determinar por:

Donde:

= pérdida de carga localizada;

= velocidad media del agua, antes o después del punto singular,

conforme el caso;

= Coeficiente determinado en forma empírica para cada tipo de

punto singular

La siguiente tabla da algunos de los valores de K .

Tipo de singularidad K

Válvula de compuerta totalmente abierta 0,2

Válvula de compuerta mitad abierta 5,6

36

Curva de 90º 1,0

Curva de 45º 0,4

Válvula de pie 2,5

Emboque (entrada en una tubería) 0,5

Salida de una tubería 1,0

Ensanchamiento brusco (1-(D1/D2)2)2

Reducción brusca de sección (Contracción) 0,5(1-(D1/D2)2)2

Ejemplo de aplicación:

En el siguiente trazado de la red de agua potable se tiene lo siguiente:

Para realizar el cálculo del tramo 6 se debe tener en cuenta todos los

accesorios que intervienen hasta llegar al punto deseado, es decir todos los

codos, tee, válvulas, etc.

Para ello tenemos que ver en la isometría todo el recorrido que se realiza

hasta llegar al punto más desfavorable

37

Luego que se haya identificado todos los accesorios nos vamos a la tabla

descrita anteriormente:

Para el uso de la tabla debemos fijarnos el tipo de accesorio que tenemos,

luego el diámetro del accesorio y con estos datos obtenemos la longitud

equivalente en metros (m).

Codo 90°

Radio Corto

Té paso

directo

Té salida

lateral

Té salida

bilateral

Válvulas

tipo Globo

abierto

TOTAL

longitud

(m) TRAMO Diámetro

6 1/2 1 2 0 1 1 7

5 1/2 0 0 1 1 1 5.9

38

Los resultados que se obtienen no es más que una longitud “equivalente” de

la tubería producto de los accesorios presentes en cada tramo calculado, es

decir para el tramo (6) se tiene una longitud de 7(m) y para el tramo (5) una

longitud de 5.9 (m).

1.3.- Condiciones de buen funcionamiento de los aparatos.

Para que los aparatos sanitarios funcionen en buenas condiciones se debe

tener presente tanto: caudal, presión y diámetros mínimos.

En la siguiente tabla tenemos algunas condiciones de buen funcionamiento

dependiendo de que el uso sea público o privado.

Se obtienen los caudales mínimos y los recomendados, las presiones

mínimas y recomendables, y el diámetro en la alimentación.

USO PÚBLICO

Aparatos Caudal en lt/seg

Presión en

m.c.a. Diámetro

Alimentación mínimo recom. mínima recom.

Lavabo (L) 0,20 0,30 2 7 1/2”

Inodoro (Wc) 0,30 0,35 2 7 1/2”

Ducha (D) 0,20 0,30 1,5 7 1/2”

Bañera (Tb) 0,30 0,35 2 7 3/4”

Bebedero (B) 0,10 0,15 2,5 7 1/2”

Fregadero (Fr) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,45 2 7 1/2”

Lavadero (Lv) 0,20 - 0,30 0,30 - 0,45 2 7 1/2”

Lavadora (Lav) 0,25 - 0,30 0,40 - 0,50 2 7 1/2”

Manguera de jardín (G) 0,25 0,40 10 10 1/2”

Manguera de jardín (G) 0,30 0,45 10 10 3/4”

Calentador eléctrico (C) 0,30 0,45 2 7 3/4”

39

CAPÍTULO IV

SISTEMA DE BOMBA-HIDRONEUMÁTICO

1. GENERALIDADES.

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía mecánica hidráulica usualmente en forma de columna de agua, la cual permite que el agua pueda ser transportada de un lugar a otro.

Este tipo de abastecimiento de agua potable en edificios evita construir tanques elevados

ya que los equipos bomba- Hidroneumático han demostrado ser una opción

eficiente con grandes ventajas.

Al utilizar un sistema de bombeo esta puede ser de succión positiva o

negativa según este localizado el nivel del agua en la cisterna de bombeo por

encima o por debajo con respecto al eje de la Succión positiva.

Se tiene una succión positiva cuando el nivel del agua se encuentra por

encima del eje de la bomba como se puede ver el gráfico adjunto.

Succión negativa:

Se dice que se tiene una succión negativa cuando el nivel del

agua se encuentra por debajo del eje de la bomba como se

puede ver el gráfico adjunto.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

40

2.- PARÁMETROS DE DISEÑO.

Para realizar el cálculo de un sistema de bombeo se debe tener presente los

siguientes datos.

2.1.-Caudal de bombeo (Qb):

Es determinar el consumo máximo probable de agua mediante los métodos

analizados anteriormente.

El conocimiento del valor de este parámetro es fundamental para realizar

el cálculo de la bomba requerida para el abastecimiento de agua potable.

Determinación de la cisterna.

Una vez que se haya determinado el consumo máximo diario (QMD)

se procede a dimensionar la cisterna.

CORTE

PLANTA

Tubería de desborde

Tubería de limpieza

Tubería de

alimentación

41

Donde:

a=ancho de la cisterna.

b=largo de la cisterna.

h util=es la altura útil de la cisterna.

V real= a*b(h util+0.20)

Conexiones en la cisterna.

La alimentación a la cisterna será directa desde la matriz.

Para calcular el diámetro se debe considerar los siguientes parámetros:

Tiempo máximo de llenado………. 4 horas a 6 horas

Velocidad de flujo……………………… 2 a 2,5 mt. / seg

El diámetro de la tubería que alimentará a la cisterna se calcula con la

siguiente fórmula:

D=(4Q/π V)^(1/2)

Donde:

Q=Consumo máximo diario.

V=velocidad de flujo (2 a 2,5 mt./seg).

42

2.2.- Carga o altura dinámica total de bombeo (Hb).

La altura dinámica total de bombeo representa todo el recorrido que tendrá

que vencer el agua impulsado por una bomba (expresados en metros de

columna de agua) para poder llegar hasta el punto específico considerado

como el punto más desfavorable.

Para el cálculo de Hb se debe tener presente lo siguiente:

Altura estática de impulsión o descarga hi: es la diferencia

entre el nivel máximo de agua y el eje de la bomba.

hs=Altura estática de succión: es la diferencia de nivel de

agua en la cisterna y el eje de la bomba.

Altura debido a la fricción y accesorios de succión, Js

Pérdidas debido a la fricción y los accesorios de la tubería de

succión, Js.

Altura debido a la fricción y accesorios de descarga, Ji

Altura que debe ser considerada para vencer las pérdidas

debido a la fricción y los accesorios de la tubería de descarga.

Carga de succión Hs:Es la suma de las alturas estáticas de

succión hs mas la perdidas de carga Js de succión.

Carga de impulsión o descarga Hi: Es la suma estática de

descarga hi mas la perdida de carga Ji de descarga.

La expresión para el cálculo de Hb es la siguiente:

Hb = Hs + Hi + Ps

Donde:

ΔH = Diferencia de cotas entre el nivel de la cisterna y el punto de

derivación desfavorable.

ΣJ =pérdidas de carga tanto de succión como de descarga.

P/ϒ =Presión de seguridad para el aparato sanitario más desfavorable.

43

Para el cálculo del diámetro de la tubería puede ser obtenida con el criterio

económico aplicando la siguiente expresión:

Fórmula de BRESS.

Donde:

D=diámetro de la tubería en metros.

N= Número de horas de bombeo.

Q=Caudal de bombeo en m3/sg.

Para este cálculo se asume un valor de 6,66 horas de bombeo, y una

velocidad económica de 1.44mt/seg, de esta manera reemplazando valores

se obtiene la siguiente expresión:

44


Determinar la potencia de la bomba:

Datos:

Altura de bombeo=3m.

Caudal de bombeo=5.2 lt/sg.

CAUDAL DE BOMBEO

Sumatoria de

Pesos= 19,4

Q= 1.10 lt/sg

Q= 0.0011 m3/sg

45

Diámetro de descarga y succión.

Diámetro de Descarga

D = 0,94*(Q)^(1/2) D = 1 1/4 " 0.0312 31.18 mm

Diámetro de Succión (Inmediato superior)

D= 1 1/2 " 38.1 mm

Diámetro de Descarga D = 0,94*(Q)^(1/2) D = 0.0312 31.18 mm 1 1/2”

Diámetro de Succión (Inmediato superior)

D= 1 ½” " 38.1 mm

CÁLCULO DE J.

= 0.0312

= 0.0824

=1.06682

Sumatoria de Distancias.

Succión=1+2.5= 3.5

Descarga=3.5+8.1= 11.6

Con estos datos ahora podemos calcular el valor de Hb.

adescsucción JJJ arg

75,4

75,1

18.31

1.1869500DJ

75,4

75,1

1.38

1.1869500SJ

46

Hb = ΔH + ΣJ + P/ϒ

Hb = Hs + Hi + Ps

Hi=8.1+0.0312 =8,1312

Hs=0.8+0.082= 0.8824

Ps=4

Hb =8.1312+0.882+2

Hb=11.97m

3.- POTENCIA DE LA BOMBA.

Cuando se selecciona el tipo o tamaño de bomba, se debe tener en cuenta

que la bomba debe abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de

presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternar

y cubrir entre todas la demanda máxima probable.

La potencia de la bomba para un sistema hidroneumático podrá calcularse

por la siguiente fórmula:

Donde:

=caudal de bombeo.

=Altura dinámica de bombeo en mt.

=Potencia de la bomba en caballos de vapor.


Determinar la potencia de la bomba.

%*75

)(*)/(

n

mHslQHP b

47

Datos:

Del ejemplo anterior se obtuvo lo siguiente.

Hb=11.97m

Qb=1.10lt/sg

Qb=0.0011m3/seg

Aplicando la fórmula tenemos que:

P = 0.3 HP

Este valor se tiene que multiplicar por un valor de seguridad de 1.5 entonces

tenemos que :

P = 0.3*1.5 HP

P = 0.4 HP

Como este valor de la potencia no existe en el mercado optamos por una

bomba de una potencia de 0.5Hp

4.- CAPACIDAD DEL HIDRONEUMÁTICO.

a) Principio de funcionamiento.

Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o

elasticidad del aire cuando es sometido a presión.

El agua que es suministrada desde la red público (acometida), es retenida

en un tanque de almacenamiento (cisterna), donde a través de un sistema

6.075

97.6111.1

x

xHp

%*75

)(*)/(

n

mHslQHP b

48

de bombas, será impulsada a un recipiente a presión, que contiene

volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente

aumenta el nivel de agua, al comprimirse el aire aumenta la presión, cuando

se llega a un nivel de agua y presión determinados, se produce la señal de

parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red,

cuando los niveles de presión bajan a los mínimos establecidos, se acciona

el mando de encendido de la bomba nuevamente.

Las ventajas de este sistema es que no se requiere del tanque superior y

administra una presión constante en toda la red.

Las desventajas de este sistema son: cuando se suspende el servicio

eléctrico, la bomba deja de inyectar agua al tanque hidroneumático, para lo

cual se debe hacer una central de emergencia. Otra desventaja que se da es

que resulta costoso por el hecho de que el hidroneumático trabajará mucho

más mientras más pisos tenga el edificio para elevar el agua a los pisos

superiores, subiendo el costo por el consumo eléctrico de la bomba que

inyecta el agua cada ciclo que se vacía, además del mantenimiento que se lo

debe realizar.

b) Ciclos de bombeo.

Se denomina ciclos de bombeo al número de arranques de una bomba en

una hora.

Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del

número de arranques del motor en la bomba.

Por convención se usa una frecuencia de 4 a 6 ciclos por hora, el ciclo de

cuatro (4) arranques/hora se usa para el confort del usuario y se considera

que con más de seis (6) arranques/hora puede ocurrir un sobrecalentamiento

del motor, desgaste innecesario de las unidades de bombeo, molestias al

usuario y un excesivo consumo de energía eléctrica.

El punto en que ocurre el número máximo de arranques, es cuando el caudal

de demanda alcanza el 50% de la capacidad de la bomba. En este punto el

49

tiempo que funcionan las bombas iguala al tiempo en que están detenidas. Si

la demanda es mayor que el 50%, el tiempo de funcionamiento será más

largo; cuando la bomba se detenga, la demanda aumentada extraerá el agua

útil del tanque más rápidamente, pero la suma de los dos periodos, será más

larga.

Una vez calculado el Caudal Máximo Probable de agua correspondiente a

una red de distribución, así como, los diámetros y presión mínimas

requeridos por la red, y tomada la decisión de instalar un sistema

hidroneumático, se deben tomar en cuenta un grupo de factores los cuales

se explicarán en las secciones siguientes.

Componentes del Sistema Hidroneumático.

El sistema hidroneumático deberá estar construido y dotado de los

componentes que se indican a continuación:

a) Un tanque de presión, el cual consta entre otros de un orificio de entrada

y otro de salida para el agua. Además de uno para la inyección de aire en

caso de faltar el mismo.

b) Un número de bombas acorde con las características del edificio.

Generalmente van de una a dos para viviendas unifamiliares, y dos o más

para edificios de mayor magnitud.

c) Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso

de fallar el agua en la cisterna.

d) Llaves de purga en las tuberías de drenaje.

e) Válvula de retención en la tubería de descarga de las bombas al tanque

hidroneumático.

f) Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; entre éste y la

red de distribución.

50

g) Manómetro.

h) Válvula de seguridad.

i) Dispositivo para control automático de la relación aire/agua.

j) Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a

presión máxima.

k) Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión, para la

indicación visual de la relación aire-agua.

l) Tablero de potencia y control de motores.

m) Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático, con su correspondiente

llave de paso.

n) Filtro para aire, en el compresor o equipo de inyección.

Presiones de operación del sistema hidroneumático.

51

c) presión mínima (pmín).

La presión mínima de operación deberá ser tal que garantice en todo

momento, la presión requerida (en este caso la presión necesaria) en el

punto más desfavorable, y será determinada por la fórmula siguiente:

rmín hJHP ,

Donde:

H=Diferencia de cotas entre el nivel de la cisterna y el punto de derivación

desfavorable.

J =

Suma de todas las pérdidas.

hr = Presión residual.

d) Presión Máxima (Pmáx).

La presión máxima se obtiene sumando a la presión mínima la presión

diferencial que se requiere para obtener el rango de funcionamiento. Esta

presión diferencial se recomienda que no sea inferior a 14 mca (20 psi). Es

decir:

mcaPP mínmáx 14

d) Presión residual.

La presión residual, es aquella presión óptima, la cual debe vencer el sistema

de bombeo para poder mandar el agua hasta un punto deseado, el cual es

considerado hidráulicamente como el más desfavorable.

52

e) Caudal Promedio (QP).

La bomba funciona con dos presiones límites, de tal forma que la bomba

suministra un caudal máximo que corresponde al caudal máximo instantáneo

que requiere el edificio (Q.M.I) a la presión mínima y un caudal menor

cuando la presión llegue al máximo, es decir, el caudal que entra al tanque

es un promedio de los dos.

De manera que, para determinar el caudal promedio QP, se lo puede obtener

en la curva de rendimiento de la bomba, o en caso de no disponer de ésta,

se obtendrá aplicando la fórmula:

QMIQP %80 QMI = Caudal máximo instantáneo.

f) Volumen Útil (VU).

Se lo define como la cantidad de agua que se acumula desde que se

enciende la bomba (en la presión mínima) hasta que alcanza la presión

máxima.

Al considerar que durante el tiempo T que tarda la bomba para alcanzar la

presión máxima, no hay salida del agua, es decir, no hay demanda, por lo

que resulta:

TQPVU

QP = Caudal promedio en lt/sg.

T = Tiempo de encendido.

53

h) Tiempo de Encendido (T).

El tiempo de funcionamiento de la bomba en cada encendido no debe ser

demasiado corto, ya que puede perjudicar al motor.

El caso más desfavorable se presenta cuando el tiempo de encendido no se

generen gastos en el sistema, o éstos sean insignificantes; en éste momento

se producirá el valor T más corto.

Para evitar daños en el motor, en la práctica se limita el valor T a los

siguientes:

Potencia del Motor

(H.P) T (segundos)

1/3 – ½ 20

¾ – 1 30

1 ½ – 2 – 3 40

3½ – 7 ½ 60

8 – 15 90

15 ½ – 30 120

i) Volumen Total.

Para el cálculo del volumen total del tanque se utilizará la siguiente fórmula:

mínmáx

máx

UTPP

PVV

1

VT = Volumen total en litros.

VU = Volumen útil en litros.

Pmáx = Presión máx. en atmósferas.

54

Pmín = Presión mín en atmósferas.


Determinar la capacidad del hidroneumático:

Datos:

ΣJ = 1.009

hr = 5

H = 3.8

Resolviendo

Pmín = H + ΣJ + hr Pmín =3.8+1.009+15.44+5

Pmín =25.25 m.c.a.

Calculamos la presión máxima.

Pmáx = Pmín + 14 mca Pmáx=25.25+14

Pmáx=39.25m.c.a

Pmín =25.25 m.c.a

Calculamos el caudal promedio.

QMIQP %80

1.1%80 QP

sgltQP /88.0

55

Calculamos el volumen útil Vu.

TQPVU

4088.0 UV

ltVU 2.35

Cálculo del volumen total.

mínmáx

máx

UTPP

PVV

1

25.239.2

125.22.35

TV

101.2ltTV

56

CAPÍTULO V

MEMORIA DE CÁLCULO

1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS.

Clave Catastral:

La clave catastral corresponde al predio No. 13-01-088-029.

Propietario: Sr. Raúl Carchi Argudo.

Ubicación: Av. Popayán, entre Rio de Janeiro y Managua.

57

Área del Terreno:

El terreno cuenta con un área total de 254.56 m².

1.1.- Objetivo del proyecto.

Se trata de una edificación nueva, la cual se construirá luego de derrocar una

construcción existente en el predio actualmente.

El proyecto consta de cuatro plantas, la planta baja está destinada para local

comercial, primera, segunda y tercera planta altas está destinado a

departamentos.

Los criterios considerados para el diseño hidráulico de las instalaciones

permitirán:

Un abastecimiento que garantice calidad, cantidad y continuidad del

suministro de agua; presiones y velocidades adecuadas para un correcto

funcionamiento del sistema.

1.1.1.- Características del Edificio.

PLANTA NIVEL ÁREA USO

Planta Baja ± 0.00 104.75m2 Local comercial

1° Planta Alta + 3.00 1112.77m2 Dpto A-DptoB

2° Planta Alta +6.00 1112.77m2 Dpto C-DptoB

D3° Planta Alta +9.00 1112.77m2 Dpto E-DptoF

1.2.-Descripción de la Infraestructura Existente en la Zona.

1.2.1.- Sistema de agua potable.

En la Av. Popayán, de conformidad al Catastro existe una matriz de Agua

potable de D= 110mm de PVC.

La presión en la red de agua potable es de 16 m.c.a.

58

La calzada de la vía existente es de adoquín.

2.- DISEÑO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE.

2.1.- Dotaciones de Agua Potable.

Se establecen las siguientes dotaciones de agua potable en la siguiente

tabla.

DESCRIPCIÓN DOTACIÓN UNIDAD

Local comercial 50 Lt/pers*día

departamentos 200 Lt/pers*día

2.1.1.- Volumen de cisterna.

Para su determinación se asume el consumo máximo diario de la siguiente

manera:

Dotaciones Asumidas y Consumos Calculados.

Uso Dotación Población Volumen

Cantidad Unidad Cantidad Unidad Valor Unidad

Departamento A 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

Departamento B 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

Local comercial 50 lt/pers/dia. 2 pers. 100.00 lt

Departamento C 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

Departamento D 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

Departamento E 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

Departamento F 200 lt/pers/dia. 4 pers. 800.00 lt

4980.00 lt

Total 4.98 m³

m³/dia

Se asume un volumen de 5000 lt/día (5 m3).

59

2.1.2.- Dimensionamiento de la cisterna.

Cisterna.- La reserva se ha diseñado en función del C.M.D. de las

instalaciones.

Para el diseño de la cisterna se considero una altura de 2,0m con un ancho

de 1.5m y un largo de 1.8m, tiene un espesor de 20cm en sus paredes y

cuenta con una caja de visita de 0.6X0.6 m, para lo cual aplicamos la fórmula

del volumen útil imponiéndonos los valores de a y b que son los más idóneos

para calcular h.

hbaVU **

ba

VUh

*

CISTERNA

VOLUMEN DE

DISEÑO

5 m3

Altura 2 m

Ancho 1.5 m

Largo 1.8 m

Volumen real 5.4 m3

DISEÑO CISTERNA V=5.4m3

2.1.3.- Diámetro de la acometida.

Para calcular el diámetro de la acometida debemos tener en cuenta los

siguientes parámetros de diseño tales como el tiempo de llenado y velocidad,

tomando el valor del volumen ya determinado, con lo cual aplicando las

fórmulas respectivas se obtendrá dicho diámetro.

D=(4Q/π Vel)^(1/2)

60

DISEÑO DE LA ACOMETIDA

VOLUMEN DE DISEÑO 5 m3

Velocidad 2.5 m/sg

Tiempo 6 horas

Caudal 0.00023 m3/seg

Diámetro 13 Mm

Diámetro Asumido 1/2 pulg

Se prevé que la reserva se llenará en un tiempo máximo de 6 horas, la

tubería de abastecimiento será de 1/2” PVC. Se dispondrá de una válvula

flotadora para controlar el ingreso de agua hacia la reserva, que impida

desbordamientos y desperdicios de agua. El tanque será de hormigón

armado.

3. DISEÑO DE LA RED INTERIOR.

3.1. Parámetros de Diseño.

Para realizar los cálculos de la red hidráulica se debe tener en cuenta

lo siguiente:

Cálculo de Q, V, j, J.

PcQ Q= Caudal en lt/seg.

c= Coeficiente de descarga igual a 0.25

P = Suma de pesos correspondiente a todas las piezas de utilización

alimentadas a través del tramo considerado.

2

1273

D

QV

61

Donde:

D= Diámetro en mm.

Q= Caudal en lt/seg.

V= velocidad en m/seg.

3.1.1.- Velocidad Mínima.

Para redes de tuberías interiores para edificios se considera para velocidad

mínima 0.6m/seg. y no menor a 0.5 m/seg.

3.1.2.- Velocidad Máxima.

Está en función del diámetro de la tubería.

Desde: ½” - 2 ½” → Vmáx = 2 m/seg.

> 2 ½” → Vmáx = 2.5 m/seg.

Se recomienda no mayor a 2.5 m/seg.

62

VELOCIDAD MÁXIMA EN TUBERÍAS

DIÄMETROS V máx. CAUDAL máx.

mm pulg. m/s l/s

---------------------------------------------------------------------

13 1/2 1.60 0.20

18 3/4 1.95 0.55

25 1 2.25 1.15

32 1 1/4 2.50 2.00

40 1 1/2 2.75 3.10

50 2 3.15 6.40

65 2 1/2 3.55 11.20

80 3 3.85 17.60

100 4 4.00 32.50

3.1.3.-Pérdida de carga en Tuberías.

El cálculo de la pérdida de carga en las tuberías se lo realizará mediante la

utilización de fórmulas de uso corriente adecuadas para el material a ser empleado:

Para los tubos de hierro galvanizado, cobre y latón se recomienda las fórmulas

de FAIR_WHIPPLE_HSIAO

Fórmula: Fair – Whipple – Hsiao

Para tuberías de PVC.

75.4

75.1869500

D

Qj

Q= Caudal en lt/seg.

D= Diámetro en mm.

63

j = pérdida unitaria en m/m

Se recomienda que cumpla que j<0.5 m/m

3.1.4. Pérdidas por Accesorios.

Para tuberías de PVC se tienen los siguientes valores.

Este tipo de pérdidas se obtiene multiplicando la cantidad de accesorios por

su respectiva longitud equivalente y a esta se le suma la longitud de cada

tramo.

jLJT J= Pérdida total en m.

j= Pérdida unitaria m/m

L= Long + Long Equivalente de tramo en m.

3.2. Determinación de Caudales:

Para determinar los caudales se realizaron los cálculos mediante tres

métodos que se menciona a continuación.

a)-Método de Simultaneidad de Uso.

b)- Método de Hunter Modificado.

c)- Método Brasileño.

64

a)- Método de simultaneidad de uso:

Aplicando este método se obtuvieron los siguientes resultados que se

muestra a continuación:

66

b)- Método de Hunter Modificado:

Al aplicar este método para los cálculos de la red hidráulica se obtuvieron los

siguientes valores.

68

C)- Método Brasileño:

70

3.3.- Conclusiones.

Los caudales altos generan un sobredimensionamiento en las instalaciones

hidráulicas.

Si se tienen en cuenta los resultados mostrados en este trabajo de

investigación en el Capítulo V, que se refiere a determinación de caudales,

en la página 62 del numeral 3.2 se observa que la aplicación del método

Brasileño es una de la mejor alternativa en el diseño de instalaciones

hidráulicas de una Edificación.

71

3.3.1.- Esquema de isometrías.

PLANTA BAJA N=0+000

LOCAL COMERCIAL

72

PLANTA ALTA 1 N=+3.00

DEPARTAMENTO A

73


DEPARTAMENTO B

74


DEPARTAMENTO C

75


DEPARTAMENTO D

76


DEPARTAMENTO E

77


DEPARTAMENTO F

78

3.4. Sistema de Bombeo.

Para determinar la potencia de la bomba a ser instalada para el adecuado

funcionamiento de los aparatos sanitarios se debe tener en cuenta lo

siguiente:

3.4.1. Presión Necesaria.

Esta presión es calculada para el tramo del aparato más desfavorable en

este caso sería en la tercera Planta, tomando como referencia el aparato más

alejado desde la derivación y aplicando las fórmulas respectivas se obtiene la

presión que se necesita para que dicho aparato tenga el abastecimiento

suficiente para su funcionamiento normal.

JPZPN Z= Altura entre el piso y el aparato.

P= Presión del aparato.

J = Sumatoria de pérdidas tramo

más desfavorable.

Utilizando la metodología indicada se obtuvo los siguientes resultados en la

red de distribución, considerando el punto más desfavorable de la red, que

es una ducha que se encuentra en la tercera planta alta (Departamento E)

que es abastecida por la columna de agua # S6

Datos obtenidos:

Caudal máximo probable = 1.08 lps

Pérdidas de energía por fricción = 13.42 m.

Presión de servicio necesaria = 5 m.c.a

79

PRESIÓN NECESARIA

Z= -1.2

PRESIÓN= 5

∑J= 13.41

PN= 17.22 m.c.a.

Utilizando la ecuación de la energía entre el punto (B – D) del último piso en

el departamento (E) se calculó la presión necesaria en la derivación “B” de la

columna de agua potable (S6) cuyo valor es de 17,22m.c.a.

PLANTA 3

DEPARTAMENTO E

TRAMO (B- D)

TRAMO J TOTAL

2 0.84

3 1.38

4 3.1

5 4.84

6 3.26

∑J= 13.42

81

3.4.2. Presión Disponible.

Para la determinación de la presión aplicamos la ecuación de la energía

entre la cisterna (A) y el punto de derivación (B).

82

PBZBHbJPAZA

Donde tenemos lo siguiente:

0ZA

0PA

mZB 20,12

83

Pero

xPNPDPB %10

PN= Presión necesaria en el punto de derivación (B)

Reemplazando valores tenemos que:

22.17%10 xPDPB

acmPD ..94,18

Ahora tenemos que realizar el cálculo de (Hb).

JPBZBHb

Donde:

mZB 20,12

...94.18 acmPDPB

Cálculo de pérdidas (j).

PLANTA 3

COLUMNA DE AGUA

POTABLE (S6)

TRAMO (A – B)

TRAMO J TOTAL

1 3.17

S6-S6 1.97

Pos succión 0.073

Por descarga 0.083

∑J= 5.29

84


29.594.182,12 Hb

mHb 43,36

3.3.3. Cálculo de la potencia de la bomba.

La potencia de la bomba necesaria, en caballos de fuerza (H.P.) se ha

obtenido con la siguiente fórmula:

Donde:

Qbombeo (lps) = Caudal de bombeo en lps, que es igual al de consumo

máximo en la edificación, hemos obtenido 1.080l/s

bH (m) = Altura dinámica total de bombeo, se obtiene de la suma de la altura

estática (diferencia de cotas entre el nivel de succión en la cisterna y el punto

más desfavorable), mas las pérdidas de energía, mas la presión necesaria

en el punto de derivación en la columna de agua más desfavorable

incrementado en un 10%.

η=eficiencia de la bomba, que puede tomarse alrededor de 70%, en nuestro

caso hemos tomado una eficiencia de 60%.

3.4.4. Cálculo del caudal de bombeo.

El caudal de bombeo viene dado por la fórmula:

PcQ Q= Caudal en lt/seg.

c= Coeficiente de descarga igual a 0.25

%*75

)(*)/(.

n

mHbslQPH b

85

P = Suma de pesos correspondiente a todas las piezas de utilización

alimentadas a través del tramo considerado.

DESCRIPCIÓN Σ DE PESOS Unidad

Local comercial 0.8 PLANTA BAJA

Departamento A 3 PLANTA ALTA 1

Departamento B 3 PLANTA ALTA 1

Departamento C 3 PLANTA ALTA 2

Departamento D 3 PLANTA ALTA 2

Departamento E 3 PLANTA ALTA 3

Departamento F 3 PLANTA ALTA 3

ΣP= 18.8

DATOS

Diámetro de Descarga 1 1/4 pulg

Diámetro de Succión 1 1/2 pulg

HB 13.42 m

Potencia de la Bomba 0.9 Hp

Potencia Asumida 1.00 Hp

Donde:

8,1825.0Q

tlQ 08.1

mHb 43,36

tlQ 08.1

86


Bomba asumida

3.5.- Sistema Hidroneumático.

Se realizó el cálculo para abastecimiento de agua por medio de un sistema

de presurización consiste en una bomba y un tanque hidroneumático para

abastecer los diferentes puntos de consumo.

El agua se obtiene mediante succión desde una cisterna, la cual ha sido

dimensionada de tal manera que tenga un volumen de reserva suficiente

para el consumo medio diario de la edificación.

a)- Cálculo de la presión mínima.

Para realizar este cálculo aplicamos la siguiente fórmula.

Pmín = H + ΣJ + hr Reemplazando valores tenemos que: Pmín = 18,94 m.c.a

b)- Cálculo de la presión máxima.

Para poder obtener esta presión debemos utilizar la siguiente expresión.

Pmáx = Pmín + 14 mca

Pmáx = 18,94m.c.a+ 14 m.c.a.Pmáx=32.94 m.c.a.

6.0*75

)43.36*08.1.

mltPH

9.0. PH

00.1. PH

87

c)- Cálculo del volumen útil.

Aplicamos la siguiente fórmula:

Donde:

QP=caudal promedio (80%Q).

T= tiempo de encendido que se considera de 30sg.

Datos:

QP= 0.8x1.08=0.86 lt

T=30sg

d)- Cálculo del volumen total.

Utilizamos la siguiente expresión para el cálculo.

DATOS CALCULADOS

Presión Mínima 18,94 m.c.a.

Presión Máxima 32,94 m.c.a.

Caudal Promedio 0.88 lt/sg.

Volumen Útil 25.8 lt.

Volumen Total 59.7 lt

mínmáx

máxUT

PP

PVV

1

3086.0 xVU

TQPVU

ltVU 8.25

88

RECOMENDACIONES

Cuando se vaya a realizar las instalaciones hidráulicas de un edificio

se tiene que respetar los planos de diseño.

Antes de realizar empalmes, cambios de dirección, tramos y más

secciones de la red deberá ponerse especial cuidado en evitar la

entrada de suciedades, arenas y otras materias con el objeto de evitar

taponamientos o daños en las válvulas y aparatos sanitarios de todo el

Edificio.

Se debe realizar la instalación de válvulas de paso para efectos de

control de suministro de agua en cada entrada del aparato sanitario,

también para efectos de control de suministro de agua se debe

colocar en los puntos de derivación.

Toda la tubería en el interior de edificios que vaya fuera o empotrada

en las paredes y pisos respectivos, sus salidas finales deben quedar

taponadas hasta el momento mismo de la colocación de los aparatos.

Con el efecto de obtener empalmes correctos e impermeables,

previamente deben eliminarse las rebabas y suciedades de la tubería

y accesorios utilizando para ello los disolventes apropiados.

91

BIBLIOGRAFÍA

GARCIA SOSA, JORGE.. “Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en

Edificios”. México. 2001

MELGUIZO.”Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias”. Vol 1. Medellín.

GRANADOS, JORGE. “Redes Hidráulicas y Sanitarias en Edificios”.

UNIBIBLOS. Bogotá. 2002.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Norma 1500

“Código Colombiano

NORMAS TÉCNICAS ETAPA

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