TTE155

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL EN OBRAS CIVILES.

DISEÑO DE LA RED DE AGUA POTABLE Y DE INCENDIO DEL CENTRO DE SALUD FAMILIAR DE NUEVA IMPERIAL.

POR:

NESTOR OCIEL PILQUIMÁN ORELLANA

PROFESOR TUTOR:

Dr. OSWALDO PEÑA VILLEGAS

Ing. civil en obras civiles

Temuco-Chile

2022.

Comisión evaluadora

El presente examen de título ha sido realizado y evaluado en la Universidad Católica de Temuco, facultad de Ingeniería, departamento de Obras Civiles y Geología.

Profesor Guía: ____________________________________________

Ing. Oswaldo Peña Villegas

Dr. En ciencias Gerenciales

Profesor informante: ____________________________________________

Ing. Carlos Cacciuttolo Vargas

M. Sc. en gestión y planificación ambiental

Profesor informante: ____________________________________________

Ing. Daniel Gallegos Casanova

Ing. Civil en Obras Civiles.

Ministro de fe: ____________________________________________

21 de septiembre de 2022.

DEDICATORIA.

Dedico este proyecto de grado a mis padres Eliana y Gerardo quienes con gran trabajo y esfuerzo me han motivado y permitido alcanzar mis metas, gracias por inculcar y fomentar los valores que me han ayudado a enfrentar los desafíos que se han presentado en este tiempo. Finalmente, dedicar a todos mis amigos y amigas por brindarme todos esos momentos de alegría y por siempre estar dispuestos a extender su mano para ayudarme.

AGRADECIMIENTOS

En este momento final correspondiente al importante proceso universitario de muchos jóvenes que como yo, cuentan con sueños y esperanzas en un futuro mejor. Donde ha sido largo camino, en el cual he conocido distintas personas que han aportado de muchas formas a que logre estar en este punto. Es en este sentido que me gustaría extender mis agradecimientos a los docentes de la facultad de ingeniería y en especial a aquellos que conforman el departamento de obras civiles y geología, por todos esos momentos y consejos dados, agradecer a mi profesor tutor Oswaldo Peña Villegas, que siempre estuvo dispuesto a reunirse conversar incluso fuera de su horario laborar, gracias por toda su paciencia y preocupación, ya que me ha permitido que este proyecto pueda realizarse si complicaciones. A mis padres agradezco por todo el sacrificio realizado en toda mi época escolar, que para lograr una buena educación para sus hijos comenzaban su labor desde las cinco de la mañana, todo su esfuerzo ha logrado que esté en esta instancia, gracias por todo el cariño entregado. Como no olvidar a esos amigos que han formado parte de todo este proceso, algunos acompañándome desde el programa propedéutico y del bachiller de la Universidad y las nuevas amistades que hice durante mi estancia en la carrera, todas esas horas de estudios e incluso trasnochando, esos momentos de dulce y agraz que quedaran siempre en nuestros recuerdos. Por último, también quisiera agradecer a los profesionales que conforman el sector de planificación de la municipalidad de Nueva Imperial, a los funcionarios de la salud del CESFAM y a los miembros del cuerpo de bomberos, por brindarme su tiempo y concejos para el desarrollo este proyecto.

Resumen

La presente tesis corresponde al proceso del estudio y diseño de una red de agua potable e incendio para el centro de salud familiar de Nueva Imperial. Como parte inicial de este estudio es necesario determinar los conceptos que rigen el diseño para las redes de agua potable intradomiciliarias, así como también lo indicado en la normativa nacional e internacional para el diseño de sistema contra incendio. Se detalla la condición actual de la red de agua potable e incendio que presenta el recinto, además, de indicar cada uno de los problemas que presenta. Se tiene en consideración que con los distintos proyectos a ejecutarse para la habilitación de todos los espacios del recinto es necesario evaluar y diseñar una nueva propuesta que permita solventar los nuevos requerimientos. Se menciona la metodología de diseño para el dimensionamiento de las redes de agua potable e incendio, indicando los métodos de cálculos para pérdidas por fricción en los tramos de tuberías y accesorios que conforman la totalidad de la red. Así como también los parámetros necesarios a cumplir para un óptimo funcionamiento de la red se proporcionan los resultados mediante tablas cuyos parámetros son solicitados para cualquier proyecto de agua potable diseñado indicado en el reglamento de instalaciones de agua potable y NCH-2485. Para el proyecto de red de incendio, se considera las opciones de evaluar 2 sistemas uno mediante el acople a la red de agua potable indica en la ordenanza general de construcción y urbanismo, junto a otro bajo normativa internacional NFPA que considera un diseño con sistema de bombeo, de forma de determinar cuál es el más idóneo, considerando la inclusión de nuevos proyectos dentro del mismo recinto. Como última etapa se proporciona planimetría de la red de agua potable e incendio, además de los distintos componentes que formaran parte de esta, así como también algunos aspectos que deben considerarse para la implementación de la nueva red.

Abstract

This thesis corresponds to the process of the study and design of a drinking water and fire network for the family health center of Nueva Imperial. As an initial part of this study, it is necessary to determine the concepts that govern the design of intra-domiciliary drinking water networks, as well as what is indicated in the national and international regulations for the design of fire protection systems. The current condition of the potable water and fire networks of the site is detailed, in addition to indicating each of the problems it presents. It is taken into consideration that with the different projects to be executed for the habilitation of all the spaces of the site, it is necessary to evaluate and design a new proposal that allows to solve the new requirements. The design methodology for the sizing of the potable water and fire networks is mentioned, indicating the calculation methods for friction losses in the pipe sections and accessories that make up the entire network. As well as the necessary parameters to be fulfilled for an optimal operation of the network. The results are provided by means of tables whose parameters are required for any potable water project designed according to the regulations for potable water installations and NCH-2485. For the fire network project, the options of evaluating 2 systems are considered, one by means of the coupling to the drinking water network indicated in the general ordinance of construction and urbanism, together with another under NFPA international standards that considers a design with pumping system, in order to determine which is the most suitable, considering the inclusion of new projects within the same enclosure. As a last step, the planimetry of the potable water and fire network is provided, as well as the different components that will be part of it, and some aspects that must be considered for the implementation of the new network.

INDICE

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................1

1. CAPITULO 1 GENERALIDADES. ............................................................................2 1.1. Planteamiento del problema. ..........................................................................2 1.2. Objetivo general .............................................................................................2 1.3. Objetivos específicos. ..................................................................................... 2 1.4. Justificación de estudio. .................................................................................3 1.5. Alcances y limitaciones. .................................................................................3 1.6. Estado del arte. ..............................................................................................4 1.6.1. Proyectos consultados. ...............................................................................4 2. CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO. ............................................................................5 2.1. Antecedentes históricos. ................................................................................5 2.2. Antecedentes investigativos. ..........................................................................7 2.3. Bases teóricas. ...............................................................................................9 2.3.1. Sistema de abastecimiento. ......................................................................10 2.3.1.1. Abastecimiento directo ......................................................................10 2.3.1.2. Abastecimiento por gravedad ............................................................11 2.3.2. Consumo máximo domiciliarias de agua potable. ........................................11 2.3.3. Gasto máximo instalado y probable..........................................................13 2.3.4. Cálculos y condiciones del medidor..........................................................14 2.3.5. Capacidad máxima de los medidores. ......................................................14 2.3.6. Determinación de las pérdidas de carga...................................................14 2.3.6.1. Ecuación de Darcy-Weisbach:...........................................................15 2.3.6.2. Ecuación Hazen-Williams. .................................................................15 2.3.6.3. Ecuación de Fair-Whipple-Hsiao. ......................................................16 2.3.7. Cálculo de pérdidas de carga en piezas especiales. ................................16 2.3.7.1. Método de longitud equivalente. ........................................................16 2.3.7.2. Método cinético. ................................................................................. 18 2.3.8. Requisitos de servicio. ..............................................................................19 2.3.8.1. Velocidad. ..........................................................................................20 2.3.8.2. Presión............................................................................................... 20 2.4. Materialidad en cañerías. .............................................................................20 2.4.1. Tuberías de policloruro de vinilo. ..............................................................20 2.4.2. Tuberías de cobre. ....................................................................................22 2.4.3. Tuberías de polipropileno .........................................................................24 2.5. Clasificación de fuegos según norma chilena. .............................................26 2.5.1. Fuegos clase A. ........................................................................................26 2.5.2. Fuegos clase B. ........................................................................................27

2.5.3. 2.5.4. Fuegos clase C. ........................................................................................27 Fuegos clase D. ........................................................................................28 Sistema de incendio según normativa chilena..............................................28 2.6.1. Red húmeda. ............................................................................................28 2.6.2. Red seca. .................................................................................................. 29 2.7. Sistema de incendio según NFPA. ...............................................................29 2.7.1. Nivel de riesgo. .........................................................................................30 2.7.2. Estación de mangueras. ...........................................................................31 2.7.3. Tuberías destinadas a sistemas de incendio. ...........................................32 2.7.4. Tanque de almacenamiento. ....................................................................32 2.7.5. Sistema de bombas. .................................................................................33 2.7.6. Bomba Jockey. .........................................................................................35 2.7.7. Método de cálculo de pérdidas - NFPA. ...................................................35 2.7.8. Reglamento de inspección y mantención de sistemas contra incendio. ...36 2.8. Términos. .....................................................................................................37 2.9. Marco normativo. .......................................................................................... 38 3. CAPITULO 3 MARCO METODOLÓGICO..............................................................39 3.1. Tipo de investigación. ...................................................................................39 3.2. Descripción para el desarrollo del proyecto..................................................39 3.3. Antecedentes del edificio..............................................................................40 3.4. Sistema de distribución utilizado. .................................................................41 3.5. Medidores de agua potable. .........................................................................43 3.5.1. Medidor 50 mm. ........................................................................................43 3.5.2. Medidor 38 mm. ........................................................................................43 3.5.3. Medidor 19 mm. ........................................................................................44 3.6. Estanque de almacenaje. .............................................................................45 3.7. Sistema de incendio actual...........................................................................46 3.7.1. Combustibles existentes. ..........................................................................46 3.8. Demanda hidráulica actual. ..........................................................................46 3.9. Metodología de diseño red de agua potable. ...............................................47 3.9.1. Pérdidas por tramo de tubería. .................................................................47 3.9.2. Pérdidas por piezas especiales. ...............................................................48 3.10. Metodología de cálculo para red de incendio. ..............................................49 3.10.1. Dimensionamiento red de incendio – norma chilena. ...............................49 3.10.2. Dimensionamiento red de incendio – NFPA. ............................................49 4. RESULTADOS. ......................................................................................................50 4.1. Diseño de la nueva red de agua potable. .....................................................50 2.6.

4.2. Demanda hidráulica del futuro proyecto. ......................................................51 4.2.1. Sector medicina general y SOME. ............................................................51 4.2.2. Sectores de policlínico y lavandería..........................................................51 4.2.3. Sectores de corta estadía y vida sana. .....................................................52 4.2.4. Sectores de administración y servicio generales. .....................................52 4.2.5. Sector de procedimientos y cirugía menor................................................52 4.2.6. Sector de ginecología. ..............................................................................53 4.2.7. Sector de rehabilitación. ...........................................................................53 4.2.8. Sector de diálisis. ......................................................................................53 4.2.9. Sector de odontología. ..............................................................................54 4.2.10. Sector de maternidad................................................................................54 4.2.11. Sector exterior...........................................................................................55 4.3. Caudal máximo instalado por ramal. ............................................................55 4.4. Caudal máximo probable..............................................................................56 4.5. Diámetro de medidor ....................................................................................57 4.6. Pérdida de carga en el medidor....................................................................58 4.7. Planimetría de la división por ramales..........................................................60 4.8. Dimensionamiento de la red de agua potable. .............................................60 4.9. Diseño de red húmeda .................................................................................61 4.9.1. Diseño de la red de incendio. .......................................................................61 4.9.2. Trazado de red de incendio. .........................................................................62 4.9.3. Caudal de la red Húmeda. ........................................................................62 4.9.4. Diseño red de incendio según NCH-2485.................................................63 4.9.5. Diseño Red de incendio según NFPA.......................................................63 4.9.5.1. Tanque de almacenamiento. .............................................................63 4.9.5.2. Bomba para sistema de incendio.......................................................64 4.9.5.3. Bomba Jockey. ..................................................................................68 5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.............................................................................70 5.1. Comentarios red de agua potable. ...............................................................70 5.2. Comentarios red húmeda. ............................................................................70

6. CONCLUSIONES. ..................................................................................................72

7. REFERENCIAS. .....................................................................................................73

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Valores referenciales de consumo máximo de agua potable domiciliarios------ 12 Tabla 2 Valores de referenciales del gasto instalado por artefacto -------------------------- 13 Tabla 3 Valores de referenciales capacidades máximas medidor. --------------------------- 14 Tabla 4 Longitudes equivalentes de pérdidas singulares 1.------------------------------------ 17 Tabla 5 Longitudes equivalentes de pérdidas singulares 2.------------------------------------ 17 Tabla 6 Longitudes equivalentes de pérdidas singulares 3.------------------------------------ 18 Tabla 7 Longitudes equivalentes de pérdidas singulares 4.------------------------------------ 18 Tabla 8 Coeficientes referenciales de perdida de carga singular "K". ----------------------- 19 Tabla 9 Normativas aplicadas para tuberías de PVC. ------------------------------------------- 21 Tabla 10 Clasificación por presión en tuberías de PVC. ---------------------------------------- 21 Tabla 11 Resumen de diámetros y espesores en tuberías de PVC.------------------------- 22 Tabla 12 Normas aplicas en la fabricación de tuberías de cobre. ---------------------------- 23 Tabla 13 Diámetros nominales e interiores para tuberías de cobre. ------------------------- 24 Tabla 14 Diámetros nominales e interiores tuberías PPR - catalogo Tigre. --------------- 26 Tabla 15 Requisitos de agua y duración de incendio según NFPA. ------------------------- 33 Tabla 16 Resumen de caudal instalado primer piso---------------------------------------------- 47 Tabla 17 Resumen de caudal instalado segundo piso------------------------------------------- 47 Tabla 18 Resumen caudal instalado medicina general. ----------------------------------------- 51 Tabla 19 Resumen caudal instalado sector policlínico y lavandería. ------------------------ 52 Tabla 20 Resumen caudal instalado sector de corta estadía y vida sana. ----------------- 52 Tabla 21 Resumen caudal instalado sector de administración y servicios generales. -- 52 Tabla 22 Resumen caudal instalado sector de procedimientos y cirugía menor. -------- 53 Tabla 23 Resumen caudal instalado sector de ginecología. ----------------------------------- 53 Tabla 24 Resumen caudal instalado sector de rehabilitación. --------------------------------- 53 Tabla 25 Resumen caudal instalado sector de diálisis.------------------------------------------ 54 Tabla 26 Resumen caudal instalado sector de odontología. ----------------------------------- 54 Tabla 27 Resumen caudal instalado sector de maternidad.------------------------------------ 54 Tabla 28 Resumen caudal instalado Llaves de jardín.------------------------------------------- 55 Tabla 29 Caudal instalado ramal N° 1. --------------------------------------------------------------- 55 Tabla 30 Caudal Instalado ramal N°2 ---------------------------------------------------------------- 56 Tabla 31 Caudal Instalado ramal N°3. --------------------------------------------------------------- 56 Tabla 32 Medidor de agua potable por ramal. ----------------------------------------------------- 58 Tabla 33 Comparación de caudal red húmeda según RIDDA y NFPA. --------------------- 63 Tabla 34 condición de selección sub y sobre dimensionada para la bomba.-------------- 65

INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Sistema de distribución directa de agua potable........................................11 Ilustración 2 Sistema de abastecimiento mediante tanques en altura............................11 Ilustración 3 Tuberías de Policloruro de vinilo (PVC - vinilit) ..........................................20 Ilustración 4 Tuberías de cobre. .....................................................................................23 Ilustración 5 Tuberías de polipropileno RAMDON (tigre) ...............................................25 Ilustración 6 Simbología fuegos clase A.........................................................................26 Ilustración 7 Simbología fuegos clase B.........................................................................27 Ilustración 8 Simbología fuegos clase C. .......................................................................27 Ilustración 9 Simbología fuegos clase D. .......................................................................28 Ilustración 10 Red húmeda en hospitales. .....................................................................28 Ilustración 11 Red seca para edificios. ...........................................................................29 Ilustración 12 Logo Asociación nacional de protección contra el fuego. ........................30 Ilustración 13 Red seca mediante grifos - NFPA............................................................31 Ilustración 14 Sistema de mangueras mediante gabinetes -NFPA. ...............................31 Ilustración 15 Sistema combinado contra incendio - NFPA............................................32 Ilustración 16 Bomba para sistema contra incendio. ......................................................33 Ilustración 17 Tamaños mínimos de tuberías para bombas de incendio........................34 Ilustración 18 bomba jockey. ..........................................................................................35 Ilustración 19 Centro de salud familiar de Nueva Imperial. ............................................41 Ilustración 20 Estanques de agua potable para distribución - Nueva Imperial. ..............41 Ilustración 21 Distribución de red pública de agua potable del centro de salud. ............42 Ilustración 22 Datos de la factibilidad del arranque de agua potable. ............................42 Ilustración 23 Medidor de agua potable principal (50mm) ..............................................43 Ilustración 24 Medidor de agua potable de 38mm..........................................................44 Ilustración 25 Medidor de agua potable de 19mm..........................................................44 Ilustración 26 Estanque de almacenamiento de agua potable sobre el techo................45 Ilustración 27 Trazado para comparar expresión de cálculo de pérdidas ......................48 Ilustración 28 Demostración de cálculo de pérdida de cargas en base planilla Excel....48 Ilustración 29 Piezas especiales dentro de la red de agua potable................................49 Ilustración 30 Pérdidas de carga medidor de 50mm Meinecke. .....................................59 Ilustración 31 planimetría 1er y 2do piso del centro de salud, de izquierda a derecha. .60 Ilustración 32 Tanque sugerido para el sistema contra incendio....................................64 Ilustración 33 electrobomba marca Pedrollo. .................................................................66 Ilustración 34 Curva de funcionamiento bomba 2CP40/200B. .......................................67 Ilustración 35 Isometría red humedad. ...........................................................................67 Ilustración 36 Curva característica bomba vertical SBI/3-15. .........................................69 Ilustración 37 Curva de eficiencia bomba vertical SBI-3/15. ..........................................69

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1 Ecuación de Haggen-Poiseullie .....................................................................6 Ecuación 2 Fórmula para determinar el gasto máximo probable. ..................................13 Ecuación 3 Fórmula para calcular perdida de carga en medidor. ..................................14 Ecuación 4 Expresión Darcy-Weisbach para cálculo de pérdidas..................................15 Ecuación 5 Expresión de Hazen-Williams adoptada en NCH-2485. ..............................16 Ecuación 6 Expresión para cálculo de pérdidas con agua fría. ......................................16 Ecuación 7 Expresión para cálculo de pérdidas con agua caliente................................16 Ecuación 8 Expresión para pérdidas por pieza especial. ...............................................19 Ecuación 9 Fórmula para cálculo de volumen de almacenaje de agua..........................33 Ecuación 10 Fórmula para calcular pérdidas en tramos (USA)......................................36 Ecuación 11 Fórmula de Colebrook-White ....................................................................50 ANEXO A Delimitación de sectores del primer piso. ......................................................79 ANEXO B Delimitación de sectores del segundo piso. ..................................................80 ANEXO C Trazado red de agua potable primer piso......................................................81 ANEXO D Trazado red de agua potable segundo piso. .................................................82 ANEXO E Trazado de la red por el subterráneo. ...........................................................83 ANEXO F Cuadro de pérdidas ramal 1. .........................................................................84 ANEXO G Cuadro de presiones ramal 2. .......................................................................87 ANEXO H Cuadro de presiones ramal 3. .......................................................................94 ANEXO I Trazado red húmeda por el subterráneo.......................................................103 ANEXO J Cuadro de presiones red húmeda, diseño norma chilena............................104 ANEXO K Cuadro de presiones - 2 gabinetes simultáneos. ........................................105 ANEXO L Red húmeda diseñado bajo NFPA...............................................................106 ANEXO M Resultado de la bomba evaluado con EPANET. ........................................107 ANEXOS

INTRODUCCIÓN

Suministrar agua potable a una edificación es una prioridad básica a satisfacer en cualquier parte del mundo, lo cual es producto de la dependencia que existe con la calidad de vida, por lo que es fundamental generar sistemas de suministros que permitan una óptima dotación hacia cualquier recinto. Dichos proyectos de dotación de agua potable, comienzan con la captación desde una fuente de suministro, siendo conducidas por sistema de redes generalmente de tuberías, para posteriormente dotar a un inmueble en base a los caudales instalados, estos sistemas deben ser calculados y proyectados según los requerimientos de cada país, los cuales cuentas con altos estándares para garantizar un funcionamiento adecuado. El presente proyecto de ingeniería se centra en el rediseño de una red de agua potable e incendio del centro de salud familiar (CESFAM) de Nueva Imperial, el cual presenta un enfoque biopsicosocial familiar orientado a la comunidad. Este proyecto pretende remodelar la actual red de agua potable interna del ex hospital de Nueva Imperial, ya que, en los últimos años se han generado proyectos para la rehabilitación de espacios de este recinto, modificando la ubicación de los artefactos sanitarios, siendo la eliminación o incorporación de otros con características distintas, permitiendo optimizar y mejorar el sistema actual, que presenta dificultades de funcionamiento. Las condiciones actuales de la red de agua potable, no permiten un suministro adecuado a todo el recinto y menos con las modificaciones de espacios que se desean implementar, el nuevo diseño permite que se ajuste a las normativas y reglamentos de diseño de redes de agua potable, NFPA y protección contra incendios, además de permitir unificar en una sola red, los distintos ramales de suministro que actualmente están repartidos en medidores de distinto diámetro. El proceso de diseño estará marcado por requerimientos que brinden un establecimiento acorde a las necesidades diarias de salud para toda la comunidad.

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1. CAPITULO 1 GENERALIDADES. 1.1.Planteamiento del problema.

El ex hospital de Nueva Imperial, el cual ahora se le conoce como CESFAM (centro de salud familiar) es una infraestructura construida a mediados de los años 60, y que ha presentado distintas modificaciones de forma de poder brindar un servicio de calidad a la comunidad, con la construcción del nuevo hospital intercultural en el año 2006, el recinto paso a realizar atención de menor importancia quedando algunas zonas destinadas a otras operaciones distintas a la salud o fuera de uso. De forma de aprovechar las instalaciones se han ido realizando proyectos en los últimos años que modificaban los espacios y el aumento de estos de forma de rehabilitar la totalidad del recinto, los cuales considera la incorporación de una mayor cantidad de lavamanos y baños completos en base a la demanda del tipo de atención, esto producto de dotar servicios de salud necesarios para la comunidad y que con la incorporación de nuevos sectores la capacidad de afrontar un incendio se ve reducida al tener un mayor campo de distancia desde los punto de red húmeda. El desarrollo de un proyecto de esta índole, necesita un profesional con los conocimientos en obras hidráulicas, si bien la mayoría de los municipios cuentan con ingenieros que presentan conocimientos mínimos para estos proyectos, pero en general están enfocados en proyecto de menor escala en donde se puede trabajar mediante el método simplificado de longitud equivalente para redes de agua potable. 1.2. Objetivo general ➢ Diseñar una nueva red de suministro de agua potable e incendio para el centro de salud familiar de Nueva Imperial. 1.3. Objetivos específicos. ➢ Evaluar el estado actual de la demanda hidráulica de la red de suministro.

➢ Trazar la nueva red de agua potable e incendio.

➢ Diseñar en base al método cinético y disposiciones para el diseño de redes de agua potable intradomiciliarias. ➢ Diseñar el sistema de red húmeda para las nuevas condiciones de la infraestructura.

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1.4. Justificación de estudio. Ante la creación de nuevas áreas de atención y baños, es necesario realizar un estudio que permita satisfacer la demanda hidráulica del edificio, ya que, la actual red de agua potable que suministra al interior del recinto tiene problemas de fugas menores, corrosión del material de la red original y presiones bajo el requerimiento mínimo de lo que la normativa actual solicita y que con la implementación de nuevos artefactos la actual red no dotaría de las condiciones mínimas de diseño, así como también generar un sistema de red húmeda que permita llegar a cada sector. El proporcionar una red que cumpla con los estándares normativos, representará un directo beneficio a las personas que asisten diariamente a realizarse sus chequeos médicos, esto debido a que la salud y el agua potable están directamente relacionados y justifican una tasa de saneamiento alto, además, el proporcionar una red húmeda para un reciento que contará con una gran cantidad de personas mitigara cualquier caso de incendio y accidentes producto de este. 1.5. Alcances y limitaciones. Por medio del proyecto se pretende generar una red que pueda satisfacer las condiciones normativas actuales para el suministro de agua potable interna y de incendio, el cual incluirá un análisis de la nueva demanda, dimensionamiento óptimo y especificaciones técnicas para su ejecución. Todas estas condiciones fueron cumplidas en su totalidad, evitando algún inconveniente en el funcionamiento de la red de agua potable y sistema de incendio producto de la mayor cantidad de usuarios que tendrá el centro de salud luego de la rehabilitación de todos sus espacios. Cabe destacar, que el proyecto estará limitado al diseño general de la red de abastecimiento de agua y de incendio, mientras que el sistema de desagüe que tiene directa relación no será considerado producto de que ha sido remodelado recientemente. Uno de los sectores denominado “corta estadía” no podrá tener grandes intervenciones por lo que se tendrá limitaciones para el trazado de redes por el jardín, el cual presenta cultivos que permiten mantener la salud mental de los residentes complementando sus actividades que buscan promover las responsabilidades de cuidado de cada paciente.

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1.6. Estado del arte. De forma de establecer un patrón diseño, es necesario conocer información e ideas planteadas por otros autores en cuanto al desarrollo de proyectos de diseño de redes de agua potable interna o sistemas contra incendios.

1.6.1. Proyectos consultados.

I)

Manual de normas técnicas – Proyectos e instalaciones sanitarias.

Confeccionado por el académico Ponce R. (2011), tiene como finalidad entregar herramientas y nociones básicas con ejemplos reales y detalles de la planimetría considerados en proyectos de esta índole, complementado todos los proyectos arquitectónicos a desarrollarse a nivel nacional. II) Efecto del uso de la ecuación de Darcy-Weisbach vs la ecuación de Hazen-Williams en el diseño de redes matrices. De acuerdo a la investigación de Flechas R. (2012), relaciona la diferencia de pérdidas de presión entre el uso de cada una de las ecuaciones aplicada en matrices de agua potable, identificando los límites para el uso de estas en proyectos hidráulicos.

III)

Manual de seguridad contra incendio.

La cámara chilena de la construcción (2014), compila una serie de normativas relacionados a la seguridad contra incendios, permitiendo dotar conocimiento general para proyectistas, arquitectos, constructoras, instaladores e inspectores técnicos.

IV)

Uso de la red de incendio en edificios.

En el artículo publicado en la HSEC magazine por Albornoz S. (2017), describe los límites de uso para los gabinetes de ataque rápido, como es el caso el tiempo para el control de incendios, los tipos de fuegos y la distancia. Además, indica algunos errores comunes que se encuentran en algunos recintos como es el caso de usar mangueras colapsables en vez de la semirrígidas. En el artículo escrito por Moncada J. (2019), establece algunos puntos importantes a considerar desde el punto de seguridad humana y protección contra incendios, como es caso del movimiento de personas, los productos de combustión y el sistema de rociadores que presenta retos técnicos a la hora de presentar el diseño. Habiendo consultados una serie de artículos y estudios, se puede establecer que existe un gran mejoramiento de cómo abordar los diseños de agua potable a nivel país. Sin embargo, aún no se presentan mejoramientos normativos en cuanto a diseños contra incendio, siendo en gran parte los avances realizados por otras instituciones particulares a nivel país e internacionales como es el caso de la National Fire Association Protection, aplicando los códigos de diseño en base a las condiciones del reciento. V) Control de incendio en edificios super altos.

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2. CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO. 2.1. Antecedentes históricos.

A lo largo de la historia la necesidad de tener un suministro constante de agua ha sido uno de los objetivos prioritarios de los asentamientos humanos, aprovechando fuentes naturales como lagos, ríos o aguas subterráneas, pero a medida que la expansión demográfica fue en aumento la distancia para obtener el recurso se dificulto, por lo cual se generó la necesidad de crear sistemas de conducción de agua con el objetivo de cubrir las necesidades diarias de las personas, siendo un punto influyente para el desarrollo de nuevas técnicas. Uno de los primeros sistemas de conducción de agua es el desarrollado por los romanos, que mediante acueductos transportaban el agua de los afluentes a las ciudades, donde esta era distribuida por sistema de tuberías de cemento, bronce, plata, madera o plomo. Además, en los palacios de los nobles se podía encontrar un artefacto rudimentario que consistía en un cilindro perforado conectado al final de tubería, decorado con la forma de un animal mitológico llamado grifo, es cual dio origen a los que actualmente conocemos como grifo de rosca. Aun cuando los romanos crearon complejos sistemas de abastecimiento, mucho tiempo atrás civilizaciones como los egipcios utilizaban arboles huecos de palmeras para generar redes de abastecimiento y de la misma forma en China y Japón utilizaban la misma idea mediante el uso del bambú. Con el paso de los siglos y el estudio más exhaustivo de la ingeniería sanitaria, se han podido crear muchos sistemas de abastecimiento en varias partes del mundo, a principios del siglo XVIII se construyó un acueducto en México para el trasporte de agua. Ya en Europa, tal como los griegos muchos años atrás en la ciudad de Londres se generó por parte de una compañía privada un sistema de abastecimiento mediante la canalización para surtir de agua a casa particulares. Ya con la constante expansión demográfica e industrial se vio la necesidad de mejorar las condiciones del agua, la cual era constantemente contaminada por desechos de distintas fuentes, esto dio paso a la creación de sistemas de depuración que sentarían las bases de los que conocemos como agua potable. Con las distintas mejoras adoptadas para brindar un mejor servicio de dotación de agua potable, el desafió de crear una red a gran escala de abastecimiento fue realizada por John Gibb en 1804, quien logro diseñar un sistema para dotar de agua filtrada a la ciudad de Glasgow-Escocia. En los años 1829, James Simpson reinvento el método de filtración lenta a través de bancos de arena, sin embargo, con los estudios realizados por Pasteur que atribuía la responsabilidad de los microbios en las enfermedades, se dio inicio a lo que hoy conocemos como el método de la cloración para la esterilización del agua o el método de la ozonización adoptada en el siglo XX. El principio de los estudios que rigen las técnicas modernas del cálculo para el diseño de redes de agua potable, lleva bastante tiempo de investigación, siendo en el siglo XIX el inicio de investigaciones que buscaban comprender el

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comportamiento de los fluidos en tuberías. Y cuyas bases de investigación se centraban en lo que conocemos como la ecuación de Haggen-Poiseullie, que plasmaba las pérdidas de energía del fluido que pasaba por una sección de tramo de tubería. Además, dicha expresión establece la relación entre el caudal y la diferencia de altura piezométrica, pero sin llegar a desarrollar una expresión que determinara dicho parámetro.

La expresión que define estos conceptos puede observase a continuación.

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∆ ∆

=−

Ecuación 1 Ecuación de Haggen-Poiseullie

Donde

= Flujo del volumen (lt3/t)

• • •

= Viscosidad (m/lt) = Radio canal (L)

• ∆ = Gradiente de presión (m/lt2) • ∆ = Largo del canal (L)

La expresión anterior permitiría que se desarrollara una de las ecuaciones más utilizadas en la actualidad, Siendo en el mismo siglo que los ingenieros Darcy H. y Weisbach J. publicaran la expresión que permitía determinar las pérdidas de fricción en tuberías, la cual fue complementada con en 1973 por los ingleses Colebrook C. y White C. Sin embargo, producto del tiempo que llevaba realizar los cálculos se volvió tedioso su aplicación, lo que conlleva a la aparición de la expresión de Hazen-Williams que surgió para acortar el tiempo de cálculos pero que presentaba algunas condiciones de aplicación, ya que esta presentaba grandes errores si las estas no eran cumplidas. En la actualidad debido a grandes avances tecnológicos, es posible generar herramientas que disminuyen el tiempo de cálculos y que en su tiempo eran difíciles de usar como es el caso de la ecuación de Darcy-Weisbach cuya expresión presenta una exactitud mayor a la de los otros métodos. Abarcadas ya las formas de abastecimiento desde los afluentes a los asentamientos y su esterilización, fue necesario obtener métodos de cálculo para las redes internas de los distintos recintos, los cuales difieren en su forma de cálculo, siendo estos de tipo empíricos, semiempíricos y probabilísticos. Dentro de los modelos empíricos podemos encontrar el método británico, el cual se fundamenta mediante tablas de demandas probables simultaneas de los caudales de los artefactos y que mediante una segunda tabla permitirá el ajuste del diámetro de la tubería.

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Para los modelos semiempíricos, uno de los más conocidos es el método alemán de la raíz cuadrada (Kessler R.J., 1940), el cual toma como unidad de gasto el caudal instalado mínimo a la que denomina q1 y el factor carga (f1), así como también su número (n1). Además, los modelos probabilísticos son mucho más racionales, pero tienden a tener problemas de aplicación en edificios con pocos artefactos, el método más conocido y aceptado es el método Hunter, que asigna a cada aparato sanitario una unidad de gasto o peso determinado y que a mayor cantidad de aparatos la proporción de uso simultaneo es menor. Si bien existen muchas metodologías para el cálculo de redes internas estas deben ser adoptadas en base a los requerimientos de cada país, pues algunos de estos presentas condiciones de presión distintas o regulaciones propias para el uso de métodos propios. Chile no ha sido ajeno al proceso de surtir agua potable para el uso cotidiano, pero no es hasta en 1850 cuando se implementa la primera cañería surtidora de agua potable en Valparaíso, que comienza el auge para desarrollar mejores sistema de abastecimiento y que por esta misma razón se crean departamentos que las supervisen, es así que en 1931 se crea la dirección general de agua potable y alcantarillado, cuya organización marco los primeros pasos del desarrollo sanitario del país, ya con el paso de los años se creó la dirección de obras sanitarias (1953) el cual en 1977 se reestructuro en El Servicio Nacional de Obras Sanitarias que reunió a todos los organismos relacionados con el sector sanitario, en la actualidad el órgano regulador que indica las directrices de todos los proyectos sanitarios es La Superintendencia de Servicios Sanitarios que fue creada mediante la ley 18.902 como parte de un restructuración de los servicios sanitarios del país. 2.2. Antecedentes investigativos. El diseño de redes de agua potable debe ser realizada por profesionales competentes, lo que asegura que están funcionen sin ninguna complicación o que presenten daños a futuro producto de un mal diseño. Además, con el constante crecimiento demográfico, los trabajos de estas características son cotidianos. Si bien, el proyecto de este estudio tiene como objetivo el rediseñar la red de agua potable, este tipo de trabajo no es ajeno a lo que se realiza en muchos proyectos de reestructuración que realizan los ingenieros civiles, por poner algunos ejemplos: Sepúlveda R. (2014) - “ Cálculo instalaciones sanitarias urbanas y rurales” – Universidad Técnica Federico Santa María (Chile), dio a conocer el marco legal, criterios y procedimientos para el diseño de instalaciones sanitarias domiciliarias. El desarrollo del proyecto se centró principalmente en cumplir con las indicaciones establecidas en el Reglamento de Instalaciones Domiciliaria de Agua potable y Alcantarillado (RIDAA) y NCH- 2485 “Instalaciones domiciliaria – Diseño, cálculo y requis itos de redes interiores” , para los cálculo se utilizó el método de longitud equivalente siendo este uno de los métodos más simples a utilizar en el país, en donde las disposiciones para determinas las pérdidas en las cañerías es mediante la fórmula establecida por Fair-Whipple-Hsiao. El proyecto además también

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demuestra los requerimientos para el diseño de alcantarillados, dando un guía general de todas las instalaciones sanitarias a establecer para cualquier domicilio. El trabajo realizado por Cahuaya W. (2016) - “ Reformulación del sistema de agua potable para el edificio de la facult ad de tecnología” – Universidad mayor de San Andrés (Bolivia). Se trata de un proyecto factible que busca realizar una mejora a la red de agua potable presente desde el 1984 y que no es apta para satisfacer las necesidades diarias exigidas para un recinto educacional. Para lograr el desarrollo del proyecto se evaluó distintas formas de abastecimiento tales como la conexión directa a la matriz pública, abastecimiento por gravedad y sistema hidromecánico. Ante la baja presión de salida de cada artefacto que se podría generar, se considera abastecer mediante el sistema hidromecánico y en base al cálculo de pérdidas mediante el método de longitud equivalente se obtiene un diseño acorde a las necesidades de la problemática, además por las condiciones de gasto se especifica un medidor de 50mm y sistema de bombeo bajo los parámetros reglamentarios. La factibilidad del nuevo sistema conlleva a una mejora en la calidad de vida de los estudiantes. En el mismo año, Figueroa P. (2016) - “ Cálculo y diseño de una red de incendio para una futura estación de tren subterránea en la ciudad de Concepción” – Universidad del Bio-Bio (Chile). Dicho proyecto se centraba en generar las condiciones de un sistema para una estación de tren emplazado en el centro de la ciudad, el proyecto se centró en dar cumplimiento a las exigencias del reglamento de instalaciones domiciliaria de agua potable y alcantarillado (RIDAA), además de las normas NFPA 14, 20 y NCH-2095/4 estas últimas indican los requerimientos mínimos de diseño para redes de incendio tanto secas como húmedas. Para el trazado de redes se establen principalmente áreas y otros tipos de disposiciones serán para secciones secundarias, para las redes de incendio se consideran tanto requerimientos nacionales como la NFPA, para validar los cálculos se realiza mediante un software computacional AFT FATHON, se llega a la conclusión que, para poder obtener presiones acordes a la normativa revisadas, se debió proyectar una bomba para la red húmeda proyectada. Un año más tarde Aguirre A. (2017) - “Aplicación del software EPANET para la modelación de una red de distribución de agua potable para edificios” – Universidad Técnica de Machala (Ecuador), cuya finalidad fue aplicar el software EPANET para el diseño y cálculo de una red de abastecimiento de agua potable para un edificio de cuatro plantas destinado a conjuntos habitacionales, durante la evaluación previa de los datos, se realizan ajustes para el diseño de una cisterna y tanque elevado, lo que conlleva el evaluar una bomba de impulsión. Los requerimientos de diseño se realizaron bajo la normativa hidrosanitaria ecuatoriana, además, se considera factor simultaneidad para ajustar los datos a obtener desde el software y una comparación de estos mediante el uso de planillas Excel. Un estudio más reciente realizado por Masquiarán E. (2019) que desarrollo el trabajo de título denominado “Sistema de protección contra incendio bajo la normati va NFPA para aplicar en la zona de talleres de la UTSFM, sede Concepción” , con el objetivo de bridar un sistema que permita enfrentar un incendio en un recinto

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que cuenta con gran cantidad de equipos y materiales peligrosos que podrían generar un eventual accidente, la forma de abordar el problema fue mediante la instalación de sistema de estaciones de mangueras, además de un sistema combinado de grifos y mangueras para el uso de bomberos, el cálculo de la red se toma en cuenta las indicaciones de la NFPA 14, que en función al tipo de riesgo del taller se indica el suministro y presión de en el punto más desfavorable, destacando que para determinar las pérdidas de presión se considera la metodología de Hazen Williams. Un punto importante del trabajo de grado fue la evaluación de los costos asociados para la implementación de proyecto y que de esta forma pueda ser evaluado por el respectivo departamento asociado. 2.3. Bases teóricas. El abastecer de agua potable a las distintas comunidades, es algo que se ha tratado desde muchos siglos, ya que esto permite mantener una calidad de vida mejor evaluada en comparación a cuando no está al alcance el tan preciado bien. Desde las primeras civilizaciones se han ido generando muchas formas de poder dotar un suministro constante para temas de saneamiento como es el caso de las Residencia para el baño en Mohenjo-Daro en Pakistán en la cual se tuvieron consideraciones de baños públicos y agua caliente. Con el constante pensamiento de mejorar los sistemas de abastecimiento, grandes mentes de la ingeniería han podido construir una base de los actuales sistema de redes de agua potable como es el caso de Arquímedes (siglo III A.C.), el ingeniero John Gibbs encargado de diseñar el primer sistema moderno de abastecimiento de agua potable filtrada en 1804 y que con los estudios realizados por Louis Pasteur sobre las enfermedades producidas por gérmenes en el agua, sentaron las bases de lo que hoy en día son los sistemas de abastecimiento de agua potable. En la actualidad producto del auge de las tecnologías y el desarrollo de software computaciones, se ha podido crear programas que reúnen metodologías de diseño de redes de suministro que han sido adoptadas de las principales mentes del campo de la hidráulica. Métodos de cálculo de pérdidas para tuberías y que rigen hasta la actualidad son los desarrollados por Darcy-Weisbach (1845) cuya aplicabilidad no depende de la temperatura, velocidad, diámetros y longitudes de tuberías, sin embargo, presenta cierta dificultad para determinar el coeficiente de fricción y para lo cual es necesario complementar con la ecuación de Colebrook-White. Esta problemática dio paso a la busque da de expresiones empíricas más fáciles de usar, lo que conlleva a la creación de una de las fórmulas más apreciadas y utilizada por los ingenios actualmente, hablamos de la ecuación de Hazen-Williams (1906) que permite determinar la velocidad del fluido de forma las explicita, pero la cual es aplicada muchas veces sin tener en consideración sus límites hidráulicos, como es el caso del diámetro de la tubería, velocidad y viscosidad (Flechas, 2012).

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