Proyecto de modernización de los servicios básicos de una piscina de Gestión Municipal

Texto completo

(1)iii. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA. PROYECTO DE MODERNIZACION DE LOS SERVICIOS BASICOS DE UNA PISCINA DE GESTION MUNICIPAL. TESIS PRESENTADA POR EL BACHILLER: PAUL RAMIRO REVILLA COSI PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERIO MECANICO. AREQUIPA – PERÚ 2017.

(2) iv. Dedicatoria A Dios, por haberme permitido llegar a esta etapa y haberme brindado salud para poder lograr mis objetivos. A mis Padres, por darme la vida y creer en mí, por ayudarme a crecer y hacer quien soy, por sus valores que siempre he admirado, por su apoyo incondicional, por sus incontables consejos que me han permitido ser una persona de bien y, sobre todo, por su amor. A mi Hermano, por compartir los buenos y malos momentos y por apoyarme siempre. A mi Novia, por su amor, apoyo y palabras motivadoras, por estar a mi lado todo este tiempo en que he trabajado en este proyecto. A mis Familiares y Amigos, que participaron directa o indirectamente en la elaboración de esta tesis. A los Ingenieros, por su gran apoyo, consejos y motivación para la culminación de mi carrera y para la elaboración de esta tesis. Paul Ramiro.

(3) v Resumen El presente proyecto consiste en la mejora, modernización e implementación de una Piscina Municipal, ubicada en el distrito de Paucarpata departamento y provincia de Arequipa, a través de distintas herramientas de ingeniería mecánica; este proyecto propone satisfacer la necesidad y demanda de los pobladores de. una piscina. debidamente temperada y disponible la mayor parte del año, mediante el uso de energía solar por medio de colectores planos para calentar el agua a una temperatura promedio de 24 a 26 grados centígrados, de una capacidad de 572.39 m3, filtrado y purificación del agua con sistema de cloración automático, que mejore los servicios existentes, además de reducir los impactos causados al medio ambiente. Así mismo se prevé climatizar la piscina mediante una cobertura de policarbonato alveolar sobre estructuras de acero, iluminación e instalaciones eléctricas.. Esta mejora generara mayores ingresos en el aspecto económico ya que permite la reducción de costos de calentamiento del agua, aumenta el número de visitantes al centro deportivo, mitiga el impacto causado al medio ambiente al emplear energía solar y mejora la calidad de vida de la población del lugar..

(4) vi Contenido Capítulo I Introducción ..................................................................................................... 1 1.1 Definición del Problema..................................................................................... 1 1.2. Justificación ......................................................................................................... 2. 1.3. Estado del Arte ................................................................................................... 3. 1.4. Objetivos .............................................................................................................. 3. 1.4.1 Objetivos generales ..................................................................................... 3 1.4.2 Objetivos específicos .................................................................................. 3 1.5. Alcances............................................................................................................... 4. 1.6. Hipótesis .............................................................................................................. 4. Capitulo II ........................................................................................................................... 5 2.1 Mejoramiento de la Infraestructura .................................................................. 5 2.1.1 Introducción .................................................................................................. 5 2.1.2 Ubicación....................................................................................................... 5 2.1.3 Limites geográficos...................................................................................... 5 2.1.4 Superficie ...................................................................................................... 6 2.1.5 Clima .............................................................................................................. 6 2.1.6 Normas Legales y Reglamentos ............................................................ 10 2.1.7 Meta Física ................................................................................................. 10 2.1.8 Ubicación Del Predio ................................................................................. 11 2.1.9 Situación Actual ......................................................................................... 11 2.2. Propuesta De Mejora Arquitectónica............................................................. 14. 2.2.1 Descripción de las modificaciones propuestas. .................................... 14 2.3. Descripción Del Proyecto ................................................................................ 15. 2.4. Estructuras......................................................................................................... 17. 2.4.1 Obras Civiles .............................................................................................. 17 2.4.2 Memoria de cálculo de estructura de acero. ......................................... 18 2.4.3 Descripción. ................................................................................................ 18 2.4.4 Especificaciones Técnicas De Las Estructuras De Acero. ................. 18 2.4.5 Códigos Aplicables Y Definiciones. ........................................................ 18 2.4.6 Materiales.................................................................................................... 19 2.4.7 Electrodos De Soldadura.......................................................................... 19 2.4.8 Protección Contra el Intemperismo. ....................................................... 19 2.4.9 Cargas Muertas.......................................................................................... 20 Capitulo III Sistema De Calentamiento ....................................................................... 28.

(5) vii 3.1. El Sol Como Recurso Energético De Calentamiento ................................. 28. 3.1.1 Introducción. ............................................................................................... 28 3.1.2 El Sol............................................................................................................ 29 3.1.3 Energía Solar.............................................................................................. 30 3.1.4 Radiación Solar Extraterrestre Y Constante Solar ............................... 30 3.1.5 Radiación Solar En La Superficie Terrestre. ......................................... 31 3.2. Determinación Del Sistema Optimo .............................................................. 32. 3.3. Temperado Solar De La Piscina .................................................................... 34. 3.4. Temperatura Media Diaria .............................................................................. 35. 3.5. Características Generales de las Piscinas ................................................... 36. 3.5.1 Tipo de usuarios. ....................................................................................... 36 3.5.2 Por su utilización. ....................................................................................... 36 3.6. Formas de las Piscinas .................................................................................. 37. 3.6.1 Piscinas para natación. ............................................................................. 37 3.6.2 Piscinas para Clavados. ........................................................................... 37 3.6.3 Piscinas de recreación. ............................................................................. 37 3.6.4 Piscinas de recreación privadas.............................................................. 37 3.6.5 Piscinas públicas. ...................................................................................... 37 3.6.6 Profundidad. ............................................................................................... 38 3.7. Características de la Piscina del Proyecto ................................................... 38. 3.8. Selección Del Colector .................................................................................... 39. 3.8.1 Relación Área-Colector De La Piscina ................................................... 39 3.9. Calculo De La Des humidificación Del Aire .................................................. 40. 3.10 Perdidas De Calor Del Agua En El Vaso De La Piscina ............................ 42 3.10.1 Pérdidas Por Evaporación Del Agua Del Vaso. ................................. 43 3.10.2 Pérdidas por radiación de calor de las piscinas ................................. 43 3.10.3 Pérdidas Por Convección De Calor. ..................................................... 44 3.10.4 Pérdidas por transmisión........................................................................ 45 3.10.5 Pérdidas por renovación del agua del vaso ........................................ 47 3.11 Balance energético de pérdidas. (Qbe) ........................................................ 48 3.12 Potencia necesaria para puesta en régimen de operación ....................... 49 3.13 Instalación Solar Térmica ................................................................................ 50 3.14 Requerimiento Total Energético Del Sistema(Qte) ..................................... 50 3.15 Recurso Energético Solar. .............................................................................. 51.

(6) viii 3.16 Superficie Energética Necesaria .................................................................... 53 3.17 Calculo de numero de colectores solares .................................................... 54 3.18 Cálculo de calentamiento de Agua Caliente Sanitaria (ACS). .................. 57 3.18.1 Calculo de elementos sanitarios ........................................................... 58 3.18.2 Caudal de agua en la instalación .......................................................... 59 3.18.3 Calculo de potencia requerida para agua caliente sanitaria ACS7 . 60 Capítulo IV Instalaciones Hidráulicas.......................................................................... 61 4.1 calculo Del Volumen De Las Piscinas........................................................... 61 4.2. Calculo y Selección de Equipos ..................................................................... 62. 4.2.1 Calculo de volumen de agua de la piscina. ........................................... 62 4.2.2 Calculo del volumen de la patera para niños ........................................ 63 4.2.3 Calculo del Caudal Requerido por el Sistema. ..................................... 64 4.2.4 Caudal de Succión. ................................................................................... 64 4.2.5 Caudal de Rejilla de Fondo. ..................................................................... 65 4.2.6 Selección del Manifold. ............................................................................. 65 4.2.7 Selección del Diámetro de Tuberías. ..................................................... 66 4.2.8 Diámetro de la tubería de aspiración...................................................... 66 4.2.9 Diámetro de la tubería de retorno. .......................................................... 66 4.2.10 Calculo del Tanque de Compensación. ............................................... 67 4.2.11 Calculo del volumen desalojado por usuarios (Vdu): ........................ 67 4.2.12 Selección de la Bomba. .......................................................................... 68 4.2.13 Potencia Hidráulica. ................................................................................ 72 Capítulo V Sistemas Complementarios ...................................................................... 73 5.1 Sistema de Filtración ....................................................................................... 73 5.1.1 Sistema de Filtración (existente) ............................................................. 73 5.1.2 Filtro de Arena. ........................................................................................... 74 5.1.3 Retrolavado................................................................................................. 75 5.1.4 Selección del filtro de arena. .................................................................... 76 5.1.5 Sistema de Renovación. ........................................................................... 76 5.2. Sistema de Tratamiento de Agua .................................................................. 77. 5.2.1 Sistema de Desinfección .......................................................................... 77 5.2.2 Normatividad. ............................................................................................. 78 5.2.3 Características del Sistema Propuesto .................................................. 79 5.3. Instalaciones Eléctricas. .................................................................................. 81. 5.3.1 Alcances Del Proyecto .............................................................................. 81.

(7) ix 5.3.2 Demanda Eléctrica .................................................................................... 81 5.3.3 Descripción de las Instalaciones Eléctricas. ......................................... 82 5.3.4 Sistema de Puesta a Tierra...................................................................... 85 Capítulo VI Costos ......................................................................................................... 86 6.1 Cuadro Resumen De Costos Del Proyecto.................................................. 86 Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................. 87 Bibliografía ....................................................................................................................... 88.

(8) x Lista de Tablas. Tabla 1: Datos Históricos del tiempo en Paucarpata ............................................ 8 Tabla 2: Factores de Forma (C)* ........................................................................ 23 Tabla 3: Condiciones de Confort ........................................................................ 33 Tabla 4:Temperatura del agua en las Piscinas ................................................... 36 Tabla 5: Humedad Absoluta ............................................................................... 41 Tabla 6: Balance energético ............................................................................... 48 Tabla 7: Tabla con los horarios de la salida del sol y de la puesta de sol .......... 52 Tabla 8: Caudal de Consumo ............................................................................. 60 Tabla 9: Características geométricas ................................................................. 61 Tabla 10:Velocidad media en tuberías ............................................................... 66 Tabla 11:Valores K ............................................................................................. 69 Tabla 12:Determinacion del control de calidad microbiológica ........................... 78 Tabla 13:Carcateristicas técnicas bomba dosificadora ....................................... 80 Tabla 14:Cuadro de Máxima demanda estimada ............................................... 81. Lista de Figuras. Figura 1: Ubicación satelital Fuente: Googlemaps ............................................... 6 Figura 2 Temperatura y precipitación Fuente:Climate-Data.org .......................... 7 Figura 3 Diagrama de temperatura para Paucarpata Fuente: Climate-Data.org . 7 Figura 4: Información de latitud y longitud Fuente: Nasa ..................................... 9 Figura 5: Parámetros Fuente: Nasa...................................................................... 9 Figura 6: Temperatura Fuente: Nasa................................................................... 9 Figura 7: Vista Interior Limite con Mercado del Pueblo Fuente: Propia .............. 12 Figura 8: Vista hacia el Ingreso Calle Alfonso Ugarte Fuente: Propia ................ 12 Figura 9: Vista Ingreso Calle Alfonso Ugarte Fuente: Propia ............................ 13 Figura 10:Vista límite con la cancha deportiva Fuente: propia ........................... 13 Figura 11:Vista Fachada Calle Buenos Aires Fuente: Propia ............................ 14 Figura 12:Elevaciones y Corte Fuente: Propia .................................................. 16.

(9) xi Figura 13:Vistas de proyecto de mejoras arquitectónicas Fuente: propia ......... 16 Figura 14:Mapa eólico del Perú Fuente: Normas Legales EL Peruano Norma E.020 .................................................................................................................. 24 Figura 15: Modelamiento estructural Fuente: Propia ......................................... 25 Figura 16: Desplazamientos Fuente: Propia ...................................................... 25 Figura 17: Modelamiento estructural conjunto Fuente: Propia .......................... 26 Figura 18: Tijeral critico Fuente: Propia .............................................................. 26 Figura 19: Desplazamientos Fuente: Propia ...................................................... 27 Figura 20: Figura 20: Tijeral Fuente: Propia ...................................................... 27 Figura 21: Conexiones entre la energía solar y otros tipos de energía Fuente: http://ecologiahoy.net.......................................................................................... 28 Figura 22: Estructura física del sol Fuente http://astronomiaparatodos2.blogspot.pe ............................................................ 29 Figura 23: Masa de aire atmosférico Fuente http://astronomiaparatodos2.blogspot.pe ............................................................ 32 Figura 24: Proceso de transferencia de calor y masa. Fuente Noguera Sebastian. Memoria de Calentamiento de una piscina ....................................... 34 Figura 25: Esquema hidráulico de una piscina Fuente: AquaLife ...................... 35 Figura 26:Vista lateral de la piscina Fuente: propia ........................................... 39 Figura 27: Balance Energético Fuente: Citaesa ............................................... 42 Figura 28:Dimensiones del vaso principal Fuente: Propia ................................. 45 Figura 29: Vaso de agua de la piscina semiolímpica Fuente: Propia ................ 46 Figura 30 : horarios de la salida del sol y de la puesta de sol en Arequipa Fuente: sunrisesunset.info .................................................................................. 52 Figura 31: detalles de colector solar Fuente: Propia.......................................... 54 Figura 32: Vista del sistema propuesto Fuente: Googlemaps ............................ 55 Figura 33: Ficha técnica Colectores Fuente: Transsen ...................................... 56 Figura 34: Esquema de funcionamiento Fuente: Aqualife ................................. 56 Figura 35: Colectores Clase “A” Fuente: Transsen............................................ 57 Figura 36: Vaso de agua de la piscina Fuente: propia....................................... 63 Figura 37: Vaso de la patera para niños Fuente: propia .................................... 64.

(10) xii Figura 38:Curva del sistema de las bombas seleccionadas Fuente: Espa catalogo .............................................................................................................. 70 Figura 39: Características De La Bomba Tifon 300 Fuente: Espa Catalogo ..... 70 Figura 40:Curva de funcionamiento de la bomba seleccionada Tifon 300 Fuente: Espa catalogo ..................................................................................................... 71 Figura 41:Electro bomba con prefiltro Fuente: www.poolaria.com..................... 73 Figura 42:Cesta prefiltro bomba Fuente: piscinasmundoacuatico.com ............. 74 Figura 43: Válvula múltiple Fuente: hidroshop.mx ............................................. 75 Figura 44:Filtro Hayward Fuente: es. Hayward-pool.......................................... 76 Figura 45:Sistema de recirculación Fuente: piscinas-natacion.com .................. 76 Figura 46:Bomba dosificadora Fuente: Iwaki America INC. .............................. 80 Figura 47:Bomba electrónica dosificadora Fuente: propia ................................. 80 Figura 48:Tablero de sala de máquinas Fuente: Propia .................................... 83.

(11) 1 Capítulo I Introducción. 1.1. Definición del Problema. La población del Pueblo Joven Jorge Chávez ubicado en el distrito de Paucarpata provincia y departamento de Arequipa, cuenta con una piscina semiolímpica al aire libre. El agua de esta se encuentra a la temperatura ambiente, por lo que su uso está limitado a ciertas horas en el día y estaciones del año, por lo que los pobladores en temporadas de invierno y en periodo de lluvias (verano) acuden a otra piscinas en los distritos vecinos como son Mariano Melgar, José Luis Bustamante y Rivero entre otros distritos, por lo cual la población del Pueblo Joven Jorge Chávez no cuenta con un lugar consolidado para la práctica del deporte de la natación que permita el desarrollo y esparcimiento de las familias..

(12) 2 1.2. Justificación. El agotamiento de ciertos recursos naturales en este siglo como son el petróleo y el gas, nos obliga a la búsqueda y uso de nuevas fuentes de energía, entre estas los recursos renovables como medio alternativo de energía segura y barata. Siendo la energía solar una alternativa con gran potencial para Arequipa a su privilegiada situación geográfica, existiendo en forma abundante, ilimitada y no contaminante. Puede ser utilizada en forma efectiva e inmediata para diversas aplicaciones, dentro de ello el calentamiento de piscinas.. Actualmente las piscinas que se temperan con sistemas de energía convencional (calderas a gas, petróleo, leña, etc.), incurren en grandes costos de inversión, operación y mantención, lo que no permite una factibilidad económica en instalaciones pequeñas y no comerciales. Por otro lado, un sistema solar bien diseñado, posee un costo de inversión menor que el sistema convencional y a la vez un costo de operación casi nulo, permitiendo amortizar la inversión en pocos años. Hay que señalar que la energía solar es totalmente pura, lo que la hace una alternativa totalmente ecológica.. La tesis que se propone es un proyecto de mejora, modernización e implementación de los servicios básicos de una Piscina Municipal..

(13) 3 1.3. Estado del Arte El uso de la energía solar en diferentes modalidades de aprovechamiento. energético ha motivado a usos como secado de productos, el uso del calentamiento solar en las superficies hacia colectores nos lleva a conseguir mayores temperaturas de calentamiento, algunos autores como Jordy Noguera Sebastián en la Universidad de Barcelona en el 2011 establece criterios tecnológicos avanzados, revisando la literatura en el 2009 Dai Nojiri Hurtado de la Universidad Simon BolivarVenezuela, presenta un estudio sobre el calentamiento de una piscina olímpica mediante energía solar. En Cuba se ha realizado un estudio sobre el calentamiento de una piscina olímpica por Mario Álvarez Guerra en la revista Científico Popular de Cuba solar, en diciembre del 2011 No.48:ISSN 1028-9925. 1.4. Objetivos. 1.4.1 Objetivos generales El objetivo general del trabajo es realizar una metodología y un diseño teniendo en cuenta las energías renovables, que permita optimizar y mejorar la infraestructura y las instalaciones hidráulicas de la piscina semiolímpica del Pueblo Joven Jorge Chávez en el distrito de Paucarpata.. 1.4.2 Objetivos específicos 1. Diseñar un modelo eficiente de calentamiento de agua. 2. Utilizar energía renovable 3. Mejorar la infraestructura de acuerdo a la normatividad existente. 4. Modernizar el sistema hidráulico 5. Llevar a cabo la ejecución del proyecto. 6. Mejorar el sistema de filtración y cloración..

(14) 4 1.5. Alcances . La selección de equipos e instalaciones nuevas se realizarán en función de la infraestructura ya existente.. . Se empleará valores referenciales para algunos elementos constructivos del sistema.. . La selección de los colectores de hará en base a fichas técnicas de los proveedores de estos.. . No se diseñará la parte civil, electrica y no se generarán planos de construcción.. 1.6. Hipótesis Modernización de una piscina, mediante el uso de energías renovables, en. el proceso de calentamiento del agua..

(15) 5 Capitulo II. 2.1. Mejoramiento de la Infraestructura 2.1.1 Introducción El presente estudio tiene la finalidad de mejorar las condiciones actuales de. la Piscina Municipal de la Urbanización Jorge Chávez del distrito de Paucarpata ubicado en la provincia de Arequipa, la misma que venía operando en condiciones obsoletas en referencia a las normas vigentes en cuanto al confort que se le debe dar al usuario, así mismo la propuesta se fundamenta en los requerimientos de la población de la zona. 2.1.2 Ubicación En este Ítem, se presentarán los datos geográficos del proyecto, para lo cual es imprescindible definir su ubicación exacta para así darnos un mejor panorama del lugar donde se encuentra localizado el proyecto. De igual forma se referirán las condiciones. climáticas. del. lugar,. como. radiación. solar,. temperatura,. precipitaciones, viento, estos nos suministrarán datos para determinar los cálculos del colector solar. 2.1.3 Limites geográficos1 En el presente proyecto se encuentra ubicada en la región y provincia de Arequipa, distrito de Paucarpata y en el P.J. Jorge Chávez, en la zona suroccidental del territorio peruano. En las coordenadas geográficas Latitud: 16º24’54’’. Longitud: 71º29’42’’. Sus puntos extremos se encuentran entre las coordenadas geográficas 14º36’006” y 17º16’54” Latitud Sur, y 70º50’24” y 75º05’52” Latitud Oeste. La capital de región lleva el mismo nombre y se encuentra a una altitud de 2,335 m.s.n.m.; El punto más alto se localiza en el Mirador de los Volcanes, provincia de Caylloma a 4,910 m.s.n.m., mientras que el punto más bajo a 9 m.s.n.m. se encuentra en la Punta de Bombón, en la provincia de Islay.. 1. Google maps..

(16) 6 La región Arequipa limita por el norte con las regiones Ica y Ayacucho, por el noroeste con las regiones Apurímac y Cusco, por el sur con la región Moquegua, por el suroeste con la región Puno y por el oeste con el Océano Pacífico. Mientras que el distrito de Paucarpata limita, por el norte con el distrito de Mariano Melgar, por el sur con el distrito de Sabandia, por el Este con el distrito de Chiguata, por el oeste con el Distrito de José Luis Bustamante y Rivero.. Ubicación área de Proyecto. Figura 1: Ubicación satelital Fuente: Googlemaps. 2.1.4 Superficie La región tiene una superficie de 63’345,39 km2, lo que equivale al 4.9% del total de la extensión del país. Cabe mencionar, además, que la región Arequipa está dividida de forma natural por las regiones Costa y Sierra 2.1.5 Clima2 La región Arequipa presenta un clima variado en la costa es templado y nuboso, con precipitaciones esporádicas durante el año. En la sierra hasta aproximadamente 2,500 m.s.n.m, el clima cambia a seco y templado, con precipitaciones en los meses de diciembre - marzo.. 2. Senamhi..

(17) 7 2.1.5.1. Clima en el distrito de Paucarpata. El clima en Paucarpata es un clima desértico. A lo largo del año, cayendo casi sin lluvia en Paucarpata. La clasificación del clima de Köppen-Geiger es BWk. La temperatura media anual en Paucarpata se encuentra a 14.2 °C. Hay alrededor de precipitaciones de 82 mm.. Figura 2 Temperatura y precipitación Fuente:Climate-Data.org. El mes más seco es abril, con 0 mm. 31 mm, mientras que la caída media en febrero. El mes en el que tiene las mayores precipitaciones del año.. Figura 3 Diagrama de temperatura para Paucarpata Fuente: Climate-Data.org.

(18) 8 El mes más caluroso del año con un promedio de 15.1 °C de enero. El mes más frío del año es de 12.9 °C en el medio de julio. Tabla 1: Datos Históricos del tiempo en Paucarpata. Fuente:Climate-Data.org: Datos climáticos mundiales. La diferencia en la precipitación entre el mes más seco y el mes más lluvioso es de 31 mm. Las temperaturas medias varían durante el año en un 2.2 °C. Los números de la primera línea de la tabla climática representar los meses siguientes: (1) enero (2) febrero (3) marzo (4) abril (5) mayo (6) junio (7) julio (8) agosto (9) septiembre (10) octubre (11) noviembre (12) diciembre. Para la determinación de la temperatura diaria, se evaluaron diversas fuentes información meteorológica, siendo una de ellas, la de NASA, ingresando las coordenadas de ubicación: Latitud Sur 16°24’54”=-16.415 Longitud Oeste 71°29’42”=-71.495.

(19) 9. Figura 4: Información de latitud y longitud Fuente: Nasa. Figura 5: Parámetros Fuente: Nasa. Figura 6: Temperatura Fuente: Nasa.

(20) 10 2.1.6 Normas Legales y Reglamentos 3 Para la elaboración del proyecto se realizó de acuerdo con los dispositivos legales y normas técnicas vigentes, que se indican a continuación: 2.1.6.1. Normas específicas. Reglamento Sanitario de Piscinas, D.S. N° 007 2003 -SA. 2.1.6.2. Normas generales Reglamento Nacional de Edificaciones, aprobado mediante. Decreto Supremo N° 011 2006- VIVIENDA, el 08 de mayo de 2006 y publicado el 08 de junio de 2006. Decreto Supremo 007-2003 SA, de la ley 27657 de Ministerio de Salud Norma Técnica de Edificación G.050 Seguridad Durante la Construcción del Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo y del Reglamento Nacional de Edificaciones Norma Técnica Metrados para Edificación y Habilitaciones Urbanas, aprobada por Resolución Directoral N° 073-2010-2010 VIVIENDA/VCMS-DNC del 4 de mayo 2010 Código Nacional de Electricidad y sus modificatorias. Código Nacional de Electricidad y sus modificatorias. 2.1.7 Meta Física La meta física del proyecto contendrá como mínimo la infraestructura siguiente: Construcción del techo ligero de estructuras de acero, cobertura de policarbonato alveolar, Tipo Top-Gal o similar, de 10mm. 986.19 m2 en la piscina. Implementación de un sistema de calentamiento mediante colectores solares Implementación de un sistema de bombeo, filtración y clorificacion para el tratamiento del agua de la piscina y patera.. 3. DECRETO SUPREMO N.º 007-2003-SA .Reglamento Sanitario de las Piscinas..

(21) 11 Climatización de la piscina, mediante cerramientos de policarbonato alveolar.. 2.1.8 Ubicación del Predio Linderos, Medidas Perimétricas y Colindantes del Inmueble: Área: 1370.56 m2 y Perímetro: 169.32 ml. Por el Sur: 22.48 ml. Calle Alfonso Ugarte Por el Este: 62.81 ml. Campo de Futbol Por el Oeste: 62.91 ml. Mercado del Pueblo – Local Comunal Por el Norte: 21.14 ml. Calle Buenos Aires 2.1.9 Situación Actual El mejoramiento se realiza en la actual edificación de la Piscina Municipal Jorge Chávez. Ésta se encuentra en una zona destinada para complejos deportivos y recreativo según los usos de suelo, esta edificación en la actualidad cuenta con una piscina semi olímpica 12.55 x 25.00 m. (313.75 m2.) y una patera para niños de 4.50 m. x 4.50 m. (20.25 m2.), estas condiciones no cumplen con la demanda de los usuarios del lugar y tampoco presentan las condiciones de comodidad y confort para los usuarios. Esta instalación deportiva cuenta con los ambientes de vestuarios, servicios higiénicos los cuales requieren su mejoramiento. Al ser una instalación deportiva a cielo abierto la práctica de la natación y deportes acuáticos es limitado por la estación y el clima de la zona, restringiéndose el uso y practica de actividades deportivas durante ciertas horas..

(22) 12. Figura 7: Vista Interior Limite con Mercado del Pueblo Fuente: Propia. Figura 8: Vista hacia el Ingreso Calle Alfonso Ugarte Fuente: Propia.

(23) 13. Figura 9:vista Ingreso Calle Alfonso Ugarte Fuente: Propia. Figura 10: Vista límite con la cancha deportiva Fuente: propia. ..

(24) 14. Figura 11:Vista Fachada Calle Buenos Aires Fuente: Propia. 2.2. Propuesta de Mejora Arquitectónica Dentro de la evaluación integral del complejo deportivo donde se ubicará la. piscina mejorada, en la fase arquitectónica se han contemplado algunas mejoras, las cuales solo la citaremos pues no serán tratas en el estudio. 2.2.1 Descripción de las modificaciones propuestas. . Ampliación del vaso de la Patera para niños de 4.50 x 4.50 m. a 4.50 m. x 6.00 m.. . Construcción del techo en estructura de acero con cubierta de policarbonato alveolar tipo Top-Gal o similar, de 10 mm. 986.19 m2 en la piscina.. . Construcción de Gimnasio en el Solárium.. . Techado con losa de concreto de Piscina para niños. . Sistema de iluminación.. . Instalación de 02 Terrazas..

(25) 15 2.3. Descripción del Proyecto El proyecto se ha elaborado tomando como referencia la infraestructura. existente, realizando modificaciones y reparaciones en las distintas áreas del complejo deportivo. El proyecto se basa em el cerramiento del complejo deportivo mediante una cobertura ligera, la cual proveerá las condiciones para la práctica del deporte de la natación. Se mantiene la estructuración existente en cuanto a zonas espaciales, zonificación de actividades y localización de elementos conformantes. El Vaso de la Piscina y patera se encuentra en la plataforma +/- 0.00 del terreno, la propuesta arquitectónica, se basa en la adecuación al terreno de las distintas zonas que se ha logrado mediante plataformas receptivas que componen los ingresos principales, de espectadores y bañistas. El Espacio principal del complejo lo conforma el área del vaso de agua de medidas reglamentarias 25 m de ancho por 12.55 m de largo constituyéndose en una piscina Semi-olímpica. Se dejará una Zona de descanso para los bañistas, así como también unas Graderías con capacidad para 150 personas incluido los minusválidos. La cobertura del complejo se realizará mediante vigas de acero y planchas de policarbonato alveolar, este material tiene propiedades como son alta transmisión de luz. Lo cual reducirá los costos de energía eléctrica, resistencia a la radiación UV evitando daños a la salud de los usuarios, bajo peso 1/16 del peso del vidrio común y 1/3 del peso del acrílico esto reducirá los costos de estructuras de acero. Aislante térmico y acústico ya que el aire en el interior del policarbonato establece una barrera al paso del calor entre el medio interior y exterior. Se mejorarán las dos salidas de emergencia, en el eje de circulación (norte - sur) próxima a las graderías, y los estanques. El detalle de acabados y características constructivas están determinados en los planos respectivos..

(26) 16. Figura 12: Elevaciones y Corte Fuente: Propia. Figura 13:Vistas de proyecto de mejoras arquitectónicas Fuente: propia.

(27) 17 2.4. Estructuras 2.4.1 Obras Civiles El objetivo de la presente es hacer la descripción del análisis estructural y. el diseño en concreto armado y albañilería del proyecto en referencia.. 2.4.1.1. Cargas y materiales.. Cargas vivas. Se toma en cuenta para el cálculo del peso de la estructura una sobrecarga de 400 kg/m2 para los ambientes de uso, 400 kg/m2 para escaleras, para el cálculo de la masa, dato necesario para realizar el análisis dinámico se considerará solo un porcentaje de la carga viva de acuerdo a la norma sismo resistente E-030 (25%), todas ellas de acuerdo a las normas planteadas. Materiales. En el presente proyecto se consideran los siguientes tipos de materiales:. a) Concreto: Se empleará concreto con una resistencia de 210 kg/m2 en todos los elementos estructurales de concreto armado. Con un módulo de elasticidad de 2173706.5 ton/m2 (NTE E-060). b) Refuerzo de acero: El acero utilizado tiene un límite de fluencia de Fy = 4200 kg/cm2 c) Albañilería: Tipo IV, King Kong. Solido f’m =50 kg/cm2. 2.4.1.2. Estructuración. Con fines de un mejor comportamiento sísmico se plantea un sistema estructural de pórticos de concreto armado con muros de albañilería distribuyéndose de tal manera que absorban las cargas sísmicas y se evite la torsión en la estructura.. 2.4.1.3. Análisis y Diseño Estructural. Para el proyecto el análisis está basado en el método de rigideces por procedimientos matriciales en donde se considerarán seis grados de libertad por nudo al momento de elaborar el análisis estructura..

(28) 18 Se utilizaron las siguientes normas y consideraciones: . Norma Técnica de Edificación E-060. : Concreto armado. . Norma Técnica de Edificación E-030. : Sismo resistencia. . Norma Técnica de Edificación E-020. : Cargas. . Norma Técnica de Edificación E-070. : Albañilería. . Norma Técnica de Edificación E-050. : Suelos. . Reglamento Nacional de Edificaciones. 2.4.2 Memoria de cálculo de estructura de acero. 2.4.3 Descripción. Se realiza el cálculo estructural de la cobertura de la Piscina Jorge Chávez, la cual se revestirá por planchas de policarbonato soportada sobre una estructura reticular metálica. Área 980 m2. 2.4.4 Especificaciones Técnicas de las Estructuras de Acero. Comprende el proceso de fabricación, montaje de las estructuras de acero conforme a los a los planos normas y códigos a continuación.. 2.4.5 Códigos Aplicables y Definiciones. Todos los procedimientos serán acordes a las especificaciones, reglamentos a continuación: . Reglamento Nacional de Construcciones.. . NTP E90 Norma técnica peruana de estructuras.. . NTP E20 Norma técnica peruana de estructuras.. . Todas las reglamentaciones peruanas, cuando sean aplicables.. . AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCCION (AISC) . Especificaciones para diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero para edificios y Code Of Standar Practice. Para fines de cálculo mediante LRFD.. . American Society Testing and Material (ASTM).

(29) 19 . A36 Especificaciones para acero estructural. . A233 Especificaciones para pernos estándar de bajo contenido de carbón, roscados interna y externamente.. . Secciones 3 y 4 “Code for welding in Building Construction, D1.0” del A.W.S.. 2.4.6 Materiales. Los materiales deberán cumplir los siguientes requisitos conforme a los planos.. 2.4.6.1. Acero.. El espesor de los perfiles metálicos a utilizarse deberá ajustarse a las medidas nominales especificadas en los planos. El material empleado en las estructuras de acero será el A-36 y A-500 cuyo punto de fluencia es de 50 000 PSI. de acuerdo a “Structural Steel Specifications”. 2.4.7 Electrodos De Soldadura. Los que estarán de acuerdo a las series E60 y E70 de “Specifications for Mild Steel are Welding Electrodes” ASTM A 233.. 2.4.8 Protección Contra el Intemperismo. 2.4.8.1. Pintura.. Incluyen los materiales, suministros, equipos y servicios relacionados con el trabajo de pintura. La estructura del techo, viguetas, tirantes y otros serán debidamente cubiertos por pintura anticorrosiva epoxica de base de 10 mills, el color será determinado por la supervisión.. 2.4.8.2. Código y Reglamentos.. El acondicionamiento de superficies, aplicación de pintura epoxica y capas protectoras deberá cumplir con la las normas y reglamentos, a no ser que indique lo contrario..

(30) 20  Reglamento Nacional de Construcciones. 2.4.8.3. Materiales.. Las pinturas, así como los disolventes deberán ser de calidad aprobada por la supervisión y deberán provenir de fabricantes de reconocido prestigio.. 2.4.8.4. Procedimiento.. Para la aplicación de la pintura deberá seguir el siguiente proceso:  Limpieza: todaa la estructura, componentes, serán limpiados de residuo de soldadura, polvo u otra materia extraña con arenado u otro método que produzca igual efecto y aprobado por el supervisor, asimismo se eliminarán los residuos de aceite y/o grasa usando disolvente apropiado.  Base: Se usará una capa de la base epoxica, aplicada de acuerdo a las instrucciones del fabricante, hasta un espesor mínimo total de 4.0 mills.  Acabado: Se utilizará una mano de pintura, aplicadas de acuerdo a las instrucciones del fabricante, siendo el espesor total mínimo de acabado de mínimo de acabado de 6.0 mills.. 2.4.8.5. Cargas Vivas.. Se han considerado para el cálculo del peso de la estructura una sobrecarga de 30 kg/m2 de acuerdo a la Norma Técnica E020.. 2.4.8.6. Análisis y Diseño Estructural.. El análisis estructural se ha calculado mediante el programa de computadora denominado SAP2000 (STRUCTURAL ANÁLISIS PROGRAMS). 2.4.9 Cargas Muertas. 2.4.9.1. Carga de Cobertura.. Consideramos la carga de cobertura según catálogo de cobertura de policarbonato POLYGAL el cual es 1.7Kg / m2.

(31) 21 2.4.9.2. Carga de los Paneles Solares.. Según catálogo del fabricante de colectores solares TRANSSEN (lleno) es 23 Kg y consideramos 1Kg en accesorios (piping), dando como resultado 24 kg Se cuenta con 60 colectores los cuales ocupan un área de 374.4 m2. Obteniendo un peso por área de 3.7 Kg / m2.. 2.4.9.3. Carga de Instalaciones Eléctricas.. Según recomendaciones consideramos 2.5 Kg / m2.. 2.4.9.4. Velocidad de Diseño.. La velocidad de diseño del viento hasta 10 m de altura será la velocidad máxima adecuada a la zona de ubicación, pero no menos de 80 Km/h. La velocidad de diseño del viento a una altura h se obtendrá de la siguiente expresión.. donde:. Vh. : velocidad de diseño en la altura h en Km/h. V. : velocidad de diseño hasta 10 m de altura en Km/h. h. : altura sobre el terreno en metros 𝐾𝑚 9.7 0.22 𝑉ℎ = 85 ∗ ( ) ℎ 10 𝐾𝑚 𝑉ℎ = 83.13 ℎ.

(32) 22 2.4.9.5. Carga Exterior de Viento (Ph). La carga exterior (presión o succión de diseño) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará mediante la expresión:. donde: Ph. : presión o succión del viento a una altura h en Kgf/m2. C. : factor de forma adimensional indicado en la Tabla 4 factores de forma (C) E.020 Reglamento Nacional de edificaciones.. Vh. : velocidad de diseño a la altura h, en Km/h. Barlovento: 𝑃ℎ = 0.005 𝑥 0.8 (83.19. 𝑃ℎ = 27.68. 𝐾𝑚 2 ) ℎ. 𝐾𝑚 𝑚2. Sotavento: 𝑃ℎ = 0.005 𝑥(−0.5) (83.19. 𝑃ℎ = −17.30. 𝐾𝑚 𝑚2. 𝐾𝑚 2 ) ℎ.

(33) 23 Tabla 2: Factores de Forma (C)*. Fuente: Normas Legales EL Peruano NORMA E.020.

(34) 24. Figura 14: : Mapa eólico del Perú Fuente: Normas Legales EL Peruano NORMA E.020. 2.4.9.6. Presión de sobre cobertura.. V = 90 KM / H. a. 10 m del suelo (Arequipa). Vh = 83.13 km / h. Velocidad De Diseño. Cargas Externas del Viento: Ph = 0.005 * C * Vh2 Ph = 0.005 * 0.8 * (83.13)2 Ph = 27.68 km/h (Barlovento) (+) Ph = 17.30 km/h (Sotavento) (-).

(35) 25. 2.4.9.7. Resultados de Análisis Estructural.. Figura 15: Modelamiento estructural Fuente: Propia. Figura 16: Desplazamientos Fuente: Propia.

(36) 26. Figura 17: Modelamiento estructural conjunto Fuente: Propia. Figura 18: Tijeral critico Fuente: Propia.

(37) 27. Figura 19: Desplazamientos Fuente: Propia. Figura 20: Figura 20: Tijeral Fuente: Propia.

(38) 28 Capitulo III Sistema de Calentamiento. 3.1. El Sol Como Recurso Energético de Calentamiento4 3.1.1 Introducción. La energía que proviene del sol es la principal fuente de los medios. energéticos de la Tierra. Los ríos que son utilizados en las centrales hidroeléctricas, el viento empleado por los parques eólicos, el carbón, gas natural y petróleo que es utilizado en las plantas de generación de energía son derivados del sol. Todos estos recursos tienen como origen la energía solar, ya sea en los ciclos del agua, circulación del aire atmosférico, así como la formación de petróleo, carbón y gas natural a partir de las plantas y animales que se beneficiaron del sol en sus diferentes procesos.. Figura 21: Conexiones entre la energía solar y otros tipos de energía Fuente: http://ecologiahoy.net. 4. John a. Duffie , “Solar Energy Thermal Processes”, , John Wiley & Sons.

(39) 29 3.1.2 El Sol.5 El sol es una fuente de energía limpia, aprovechable en varias formas, en toda la superficie del planeta. Esta característica nos permite aprovechar su energía en el lugar donde se vaya a utilizar. El sol se encuentra a una distancia media de 149 597 870 700 m. el sol está compuesto principalmente por hidrogeno y helio a elevadísimas temperaturas. En su estructura el sol contempla un núcleo y una serie de regiones que transfieren energía hacia la superficie e irradiada hacia el espacio por medio de una sucesión de radiaciones y convecciones, así como de sus respectivas emisiones, absorciones e re-irradiaciones.. Figura 22: Estructura física del sol Fuente http://astronomiaparatodos2.blogspot.pe. 5. John a. Duffie , “Solar Energy Thermal Processes”, , John Wiley & Sons ,.

(40) 30 3.1.3 Energía Solar.678 La radiación del sol se origina por la transformación de los átomos de hidrogeno en helio. De esa manera una pequeña parte de la masa del hidrogeno se transforma en energía, esta se emite en forma de ondas electromagnéticas en todas las bandas de longitud de onda. Para varios procesos podemos considerar al sol como un cuerpo negro irradiando a 5726 K. De la radiación solar recibida, una parte es reflejada al espacio exterior, otra parte es dispersada y otra absorbida por las moléculas y una gran parte es dispersada por las nubes y partículas como el polvo. la radiación que llega la tierra en diferentes ángulos se le llama difusa, y la que nos llega directamente del sol se llama directa. 3.1.4 Radiación Solar Extraterrestre y Constante Solar9 La radiación solar que toca la cima de la atmosfera terrestre, en un plano se denomina radiación solar extraterrestre. Mediante ella es posible estimar la radiación que se podría recibir en la Tierra, en la ausencia de la atmosfera. Esta radiación que emite el sol no es constante y las variaciones en la distancia Sol-Tierra producen variaciones en el flujo de radiación solar extraterrestre. En la parte externa de la atmosfera terrestre, la energía solar por unidad de tiempo que incide en la superficie de área unitaria, colocada perpendicularmente a los rayos solares, a una distancia del Sol equivalente a la distancia media Sol-Tierra, es llamada como constante solar,. . Se adopta el. valor de 1367 W/m2, con una incertidumbre del 1%.. 6. Funiber. Aplicación de las Energías renovables-Energía Solar Térmica. Madrid 2000. 8. IDAE Manuales de Energías Renovables Ed especial cinco días IDEA, 1996.. 9. Mukund.Patel.Wind and Solar Sistem.C.R.C.Presss.(1999).

(41) 31 3.1.5 Radiación Solar en la Superficie Terrestre.10 Alrededor del sol la Tierra realiza una órbita elíptica y durante su rotación la parte que recibe los rayos solares, recibe una cantidad suficiente o mayor, de radiación solar que la suficiente para el control de las condiciones climáticas, para originar y mantener vida en nuestro planeta. Esa radiación es una pequeña parte de la energía que produce el sol y que llega sobre la superficie de la Tierra, pues parte de esta energía al atravesar la atmosfera terrestre, compuesta por agua en sus tres estados, partículas y gases. Al llegar a la cima de la atmosfera esta radiación se divide en dos componentes, una que arriba en línea recta y otra que modifica su trayectoria por los diferentes componentes atmosféricos, llamada difusa. La radiación directa llega a la superficie de la Tierra sin haber sufrido cambio de dirección, la radiación difusa además de ser desviada por la atmosfera proviene de todas las direcciones de la atmosfera. Esta origina los siguientes efectos en la radiación recibida: 1. Reducción de la potencia producida por la absorción, dispersión y reflexión en la atmosfera; 2. modificación en el espectro debido a la mayor absorción o dispersión de algunas longitudes de onda. Otra componente de la radiación total recibida en la superficie de la Tierra, es aquella reflejada por el suelo o por los objetos. La radiación total que recibe esa superficie es la suma de las tres componentes:. La longitud del camino óptico que la luz recorre al pasar la atmosfera de la Tierra es distinta según la altura solar (la altura solar y el ángulo formado por el rayo solar y el plano horizontal). Ese camino es llamado masa de aire. Cuando la trayectoria va desde el punto en donde la vertical normal toca la esfera celeste. 10. Propoer ( Programa para la difusión de energías renovables. ).

(42) 32 (cenit) hasta el nivel del mar, para una presión al nivel del suelo de 1000 milibares, el valor de la masa de aire es la unidad, es decir, m=1 o AM1. Fuera de la atmosfera del valor de la masa de aire es cero. La Figura 3.5 muestra el camino óptico normal a la superficie de la Tierra (AO) y el inclinado (MO) para un ángulo de cenit ( ).. Figura 23: Masa de aire atmosférico Fuente http://astronomiaparatodos2.blogspot.pe. La masa de aire es importante porque cuantifica la reducción de la potencia de luz debido a composición de la atmosfera de la Tierra. 3.2. Determinación Del Sistema Optimo11 Es necesario contemplar que en el complejo hay fuentes de evaporación. como producto de ello la obtención de confort y cerramiento del complejo ocasionara condensación la cual tenemos que evitar para ello analizaremos las siguientes condiciones: - Evitar las corrientes de aire sobre el vaso de agua y la zona de ocupación. - obtener la humedad y temperatura del complejo adecuado. 11. Fernandez Diez.Proceso de Termosolares.Univ Cantabria.2009.

(43) 33 -Mantener la temperatura sobre el vaso de la piscina. -Evitar la condensación como producto de la humedad absoluta y relativa del aire.. Como los usos de la piscina municipal, son diversos: deportistas en competición, recreo, infantil, mayores de 65 años, embarazadas, etc., por ello se tomarán como condiciones de confort las siguientes: Tabla 3: Condiciones de Confort. CONDICIONES. DE. CONFORT. TEMPERATUR A °C. Temperatura de agua. 25 °C. Temperatura de aire. 27 °C. Humedad relativa. 65 % Fuente:RITE-ITE 202. El cálculo de la potencia térmica necesaria a régimen para calentar el agua de la piscina se efectuará teniendo en cuenta las siguientes pérdidas: -Por transferencia de vapor de agua al ambiente: -Desde la superficie del vaso de la piscina -Por convección de la superficie de agua de la piscina. -Por radiación de la superficie de agua hacia los cerramientos. -Por conducción a través de las paredes del vaso. -Por renovación del agua del vaso. El sistema de calentamiento se dimensionará para las condiciones de régimen de funcionamiento, para obtener la temperatura indicada, el sistema deberá funcionar unos días..

(44) 34 3.3. Temperado Solar de la Piscina12 El objetivo de este punto es alcanzar la temperatura deseada de la piscina. luego de producirse el temperado. Para obtener esto debemos calcular y seleccionar ciertos criterios los cuales detallamos más adelante.. Para hacer estos cálculos hay que tener en cuenta ciertos parámetros que alteran la temperatura de una piscina temperada con energía solar.. Figura 24: Proceso de transferencia de calor y masa. Fuente Noguera Sebastian. Memoria de Calentamiento de una piscina. Lo ideal para las piscinas que usan el sistema de calentamiento solar es que sean cerradas. Un diagrama básico de la instalación de un sistema de calentamiento de agua mediante colectores solares esta mostrado en la Figura 24. es importante que los paneles solares se instalen en un lugar donde ninguna edificación o arboles obstruyan la radiación solar, lo ideal es que los colectores estén orientados hacia 12. .2011. Noguera,Sebatian..Memoria de calentamiento de una piscina.Universidad de Barcelona.

(45) 35 el norte e inclinados al plano horizontal en funciona a la latitud del lugar, pero también debemos tener en cuenta la infraestructura ya existente.. Figura 25: Esquema hidráulico de una piscina Fuente: AquaLife. 3.4. Temperatura Media Diaria13 La temperatura del agua de la piscina será la que se indica en la tabla 4,. según el uso principal de la piscina, para nuestra piscina que será utilizada mayormente para la recreación de la población será de 25 °C. los datos de la temperatura serán medidos a unos 20 cm por debajo del espejo de agua y en la parte central de la piscina. 13. .2011. Noguera,Sebatian..Memoria de calentamiento de una piscina.Universidad de Barcelona.

(46) 36 Tabla 4:Temperatura del agua en las Piscinas. Uso principal. Temperatura del agua °C. Publico. Recreo. 25. Chapoteo. 24. Enseñanza. 25. Entrenamiento. 26. Privado. 25-26. Fuente:RITE-ITE 202.. 3.5. Características Generales de las Piscinas14. Desde la antigüedad algunas civilizaciones como los Romanos, griegos, Chinos etc. han utilizado el agua con temperaturas elevadas a fin de llenarlas en recipientes grandes a fin de sumergir sus cuerpos, que se le denomino piscinas, las piscinas se pueden clasificar por: . Tipo de usuario. . Por su utilización. 3.5.1 Tipo de usuarios. . Usuarios públicos. . Usuarios privados. 3.5.2 Por su utilización. De competencia: piscinas en donde las dimensiones y formas están reguladas por las normas de instalaciones FDPN (Federación Deportiva Peruana de Natación) y FINA (Federación Internacional de Natación) De clavados: con características y medidas reglamentarias según FDPN y FINA.. 14. Szokola.V.Energía solar y edificaciones, editorial Blume, Barcelona.

(47) 37 -De aprendizaje: piscinas poco profundas y acondicionadas para el aprendizaje. -De recreación: para el desarrollo de actividades libres, esparcimiento. -De usos múltiples: piscinas para todas las disciplinas mencionadas. 3.6. Formas de las Piscinas 15 Esta estará en función de la clasificación que se haga a la piscina. Según la. función de la piscina tenemos: 3.6.1 Piscinas para natación. Tanto para el aprendizaje y la práctica de esta disciplina se desarrollan en sentido horizontal, por lo que las piscinas requieren ser rectangulares y poco profundas, de un ancho adecuado que permita tener varios carriles para que puedan nadar a varios usuarios a la vez 3.6.2 Piscinas para Clavados. Estas piscinas demandan mayor profundidad y menor área ya que esta disciplina se practica en sentido vertical. 3.6.3 Piscinas de recreación. Estas piscinas están destinadas las actividades y situaciones en las cuales este en marcha la diversión, relajación y entretenimiento. Por lo cual se le pueden dar cualquier forma. (rectangular, circular, ovaladas etc.) 3.6.4 Piscinas de recreación privadas. Estas piscinas son de uso recreativo y pueden tener diferentes formas en función al lugar y áreas disponibles. 3.6.5 Piscinas públicas. Las piscinas públicas están destinadas a fines recreativos, relajación y entretenimiento en beneficio de la población por lo que pueden tener diversas formas en función del are y lugar en que se encuentren, no obstante, pueden ser utilizadas con fines de competencias deportivas cumpliendo con las normas nacionales e internacionales (FDPN, FINA).. 15. Hefti,Beda, "Heating of Outdoor Swiming Pools".

(48) 38 Para La Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA), DECRETO SUPREMO N.º 007-2003-SA, el dimensionamiento de toda piscina se considerará, según el número máximo de usuarios, los siguientes criterios: 1. Tres personas por cada dos metros cuadrados de lámina de agua del estanque de las piscinas al aire libre y, Una persona por metro cuadrado de lámina de agua del estanque de las piscinas cubiertas. 3.6.6 Profundidad. La profundidad para piscinas privadas dependerá de los usuarios finales, para practicar la natación de manera segura lo ideal será que la piscina tenga una profundidad de 1.20 metros desde la lámina superior de agua hasta la base de la misma. Si la piscina cuenta con trampolín dicha área deberá contar con una profundidad mínima de 2.50 metros. Para nuestra piscina de múltiples usos la profundidad de la piscina es de altura variable, construyendo el piso inclinado, partiendo de 1.60 de profundidad mínima a 2.10 m. de profundidad máxima. El fondo del vaso no ofrecerá una pendiente mayor al 10% esto dentro de los alcances de La Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA), DECRETO SUPREMO N.º 007-2003-SA.. 3.7. Características de la Piscina del Proyecto16 - Tipo de la Piscina. :. Desnatado Lateral. - Características del techo. :. Elipsoide.. - Características de la Piscina. :. Vaso principal (EXISTENTE) Longitud :. 25.00 metros. Ancho. 12.55 metros. :. Profundidad promedio: 1.80metros * Volumen de agua: 572.59 m3. 16. Expediente tecnico del proyecto..

(49) 39. Figura 26:Vista lateral de la piscina Fuente: propia. Vaso Patera (piscina niños 12 años) Longitud: 6.00 metros Ancho: 4.50 metros Profundidad promedio: 0.90metros * Volumen de agua: 24.30 m3. 3.8. Selección del Colector17 3.8.1 Relación Área-Colector de la Piscina El número de colectores de una piscina se encuentra en función de la. infraestructura, perdidas de calor, ubicación geográfica donde se encuentra la piscina y la temperatura que se desea alcanzar. La cantidad de colectores necesarios para una piscina según Noguera (21) está a partir de un R=75%.. 𝑅=. 𝐴𝑐𝑜𝑙 [%] 𝐴𝑝. Donde: Acol=Área colector Ap=Área piscina. 17. Kreith ,Frank , Principios de Transferencia de calor.

(50) 40 3.9. Calculo de la Deshumidificación Del Aire18. La evaporación en la superficie del agua cuando haya bastantes usuarios será mayor. Mayores velocidades de aire favorecen este proceso al igual que los bañistas mojados y las paredes. También el calor latente de los bañistas y de los espectadores, así como el aire exterior que ingresa mediante las puertas de ingreso. Para el cálculo de la des humidificación se ha elegido la ecuación de Bernier para piscinas cubiertas, esta ecuación contiene la suma de dos términos: piscina sin agitación (coeficiente 16) piscina con ocupación (coeficiente 133·n). 𝑀𝑒 = 𝑆 ∗ [(16 + 133 ∗. 𝑛𝑏 ) ∗ (𝑊𝑒 − 𝐺𝑎 ∗ 𝑊𝑎𝑠 )] + 0.1 ∗ 𝑁 𝑆. 3.11 Donde: Me = masa de agua evaporada (kg/h) S = superficie de piscinas3 (m2): 340 m2 We = humedad absoluta del aire saturado a la Tª del agua 25ºC 0,0200. 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 Kg aire. 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 Kg aire. [tabla 5].. Was =humedad absoluta del aire saturado a la Tª del aire interior 27ºC 0,0225. 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 Kg aire. :. 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 Kg aire. [tabla 3.3.].. Ga = grado de saturación: 65% nb = nº de nadadores por m2 de superficie de lámina de agua: 70 bañistas /340 m2 N = nº total de ocupantes (espectadores): se tomará como 150 aprox.. Jordi Noguera Sebastián, Climatización de una piscina cubierta mediante la combinación de energía solar térmica, geotermia y caldera de apoyo de biomasa.. :.

(51) 41 Tabla 5 Humedad Absoluta. Fuente: Citaesa Cuando la piscina no esté en uso (Agua en reposo) Reemplazado los datos en la ecuación 3.1, tenemos: 𝑀𝑒1 = 𝑆 ∗ [(16 + 133 ∗ 0) ∗ (𝑊𝑒 − 𝐺𝑎 ∗ 𝑊𝑎𝑠 )] + 0.1 ∗ 0 0 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑀𝑒1 = 340 ∗ [(16 + 133 ∗ ) ∗ (0.02 − 0.65 ∗ 0.0225 )] + 0.1 ∗ 0 𝑆 Kg aire Kg aire. 𝑀𝑒1 = 29.24. 𝐾𝑔 h. Cuando la piscina este en uso. 𝑀𝑒2 = 340 ∗ [(0 + 133 ∗. 70 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 ) ∗ (0.02 − 0.65 ∗ 0.0225 )] + 0.1 ∗ 0 340 Kg aire Kg aire 𝑀𝑒1 = 50.04. 𝐾𝑔 h. Masa de evaporación total 𝑀𝑒 = 𝑀𝑒1 + 𝑀𝑒2 + 0.1𝑁. 𝑀𝑒 = 79.28. 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 h.

(52) 42 Por tanto, es recomendable que la temperatura del agua no sea muy elevada que se mantenga en 25°C y que la temperatura del aire sea siempre mayor que la del agua para que la evaporación y las condiciones de confort sean las adecuadas. 3.10 Perdidas de Calor del Agua en el Vaso de la Piscina19 La piscina deberá mantener una temperatura constante, para esto es necesario conocer los diferentes tipos de pérdidas de calor, se recomienda el siguiente esquema: esquema propuesto en la fig.3.4.. Figura 27: Balance Energético Fuente: Citaesa. Donde: QE = pérdidas por evaporación del agua de la piscina QR = pérdidas por radiación de calor QC = pérdidas por convección de calor QT = pérdidas por transmisión QRE = pérdidas por renovación del agua de la piscina. 19. Fernandez Diez.Proceso de Termosolares.Univ Cantabria.2009.

(53) 43 3.10.1 Pérdidas por Evaporación del Agua del Vaso. El agua al formar vapor de la superficie de la piscina, absorbe calor disminuyendo la temperatura del vaso, si es mayor la evaporación la temperatura del vaso sufrirá enfriamiento. Para el cálculo de perdidas usaremos la siguiente ecuación: 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑀𝑒 ∗ 𝐶𝑣𝑎𝑝 Donde: Qevap= perdidas de calor por evaporación, en W Me= Masa de agua evaporada, en Kg/h Cvap= calor de vaporización en W/m2°C. Se considera el calor de vaporización del agua (Cvap), para una temperatura de 25ºC igual a 677,8 Wh/kg.). Reemplazando valores en la ec.3.2., tenemos: 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 79.28. 𝑘𝑔 𝑊ℎ ∗ 677.8 ℎ 𝐾𝑔. 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 53735.98 𝑊 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 53.73 𝐾𝑊. 3.10.2 Pérdidas por radiación de calor de las piscinas Las pérdidas de calor por radiación en la piscina la calcularemos con el formula de Stefan-Boltzmann. Estas están en función a la temperatura del recinto y la temperatura media del agua. 𝑄𝑟𝑎𝑑 = 𝑆𝑣𝑎𝑠 ∗ εa ∗ σ ∗ (𝑇𝑝𝑖𝑠 4 − 𝑇𝑟𝑒𝑐 4 ). Donde: :σ: Constante de Stefan-Boltzmann: 5,67x10-8 W/m2K4 εa :Emisividad del agua: 0,95.

(54) 44 Tpis: Temperatura del agua: 298.15 K Trec: Temperatura del recinto: 300.15 K Svas: Superficie de los vasos de las piscinas: 340 m. En el cálculo del sistema propuesto: 𝑄𝑟𝑎𝑑 = 340𝑚2 ∗ 0.95 ∗ 5,67x108. 𝑊 ∗ (298.154 − 300.154 ) 𝑚2 𝑘 4. 𝑄𝑟𝑎𝑑 = 3922.35 𝑊 𝑄𝑟𝑎𝑑 = 3.92𝐾𝑊 Qrad=3916.46 Watts.. 3.10.3 Pérdidas Por Convección De Calor. Las pérdidas por convección son mínimas ya que la temperatura del local es superior a la temperatura de la piscina. Para el cálculo de las perdidas por convección usaremos la siguiente ecuación: 4. 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑆𝑣𝑎𝑠 ∗ 0.6246 ∗ (𝑇𝑎𝑔 − 𝑇𝑎 )3 Donde: Tag: Temperatura del vaso de agua (25ºC) Trec: Temperatura del aire (27ºC) Svas: Superficie de los vasos de las piscinas: 340 m2 Por lo tanto, reemplazando valores, las pérdidas por convección es: 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = −535.12 Watts 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = −0.54𝐾𝑊.

(55) 45 3.10.4 Pérdidas por transmisión. Estas pérdidas dependen de la arquitectura de la piscina y del coeficiente de transmisión térmica del material utilizado. Así pues, las pérdidas por transmisión son: 𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠 ∗ 𝐶𝑡 (𝑇𝑎𝑔 − 𝑇𝑝𝑎𝑟 ) Donde: Ct: Coeficiente de transmisión de las paredes: 1,50 W/m2·ºC. Para la capa de azulejos y base de hormigón. Scerr,vas: Superficie de cerramiento del vaso:. Figura 28:Dimensiones del vaso principal Fuente: Propia. Dimensiones del vaso principal: L(largo) = 25m A(ancho)= 12.55m H1 = 1.55m H2 = 0.55m 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠𝑝 = 2 ∗ (25𝑚 ∗ 1.55𝑚) + 2 ∗ (12.55𝑚 ∗ 1.55𝑚) + 2 ∗ (. 25𝑚 ∗ 0.55𝑚 ) 2. + (12.55𝑚 ∗ 0.55𝑚) + (25 ∗ 12.55) 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠𝑝 = 77.5𝑚2 + 38.91 + 13.75𝑚2 + 6.90𝑚2 + 313.75𝑚2 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠𝑝 = 450.81 𝑚2.

(56) 46. Figura 29: Vaso de agua de la piscina semiolímpica Fuente: Propia. Dimensiones de la patera. Dimensiones de la patera: L=6m A2 = 4.50m H3 = 0.90 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑡 = 2 ∗ (6𝑚 ∗ 0.90𝑚) + 2 ∗ (4.50𝑚 ∗ 0.90𝑚) + 6𝑚 ∗ 4.50 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑡 = 10.8𝑚2 + 8.1𝑚2 + 27𝑚2 𝑆𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎,𝑣𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑡 = 45.9𝑚2. 528 m2 Piscina principal= Perímetro + suelo: 450.81 m2 P. complementaria=Perímetro + suelo: 45.9 m2.

(57) 47 Tag: Temperatura del agua de la piscina (25ºC) Tpar: Temperatura paredes5: (20,8ºC) Por tanto, estas pérdidas suponen: 𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 496.71 𝑚2 ∗ 1.50. 𝑊 (25°𝐶 − 20.8°𝐶) 𝑚2 ∗ °𝐶. 𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 3129.27𝑊 𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 3.13𝐾𝑊 3.10.5 Pérdidas por renovación del agua del vaso Por razones de salubridad la renovación del agua ser del 5% del volumen del vaso al día, esto conlleva a una gran pérdida de calor, podremos calcular el calor perdido por la renovación del agua mediante la siguiente ecuación: V: volumen de las piscinas (m3): 572.59 + 24.3 = 597 m3. 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 𝑉𝑟𝑒𝑛 ∗ 𝜌𝑎𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑎𝑔 − 𝑇𝑟𝑒𝑑 ) Donde: Vren: [5% volumen vaso]: 597x·0,05 = 29.55 𝑉𝑟𝑒𝑛 = 5% ∗ (597𝑚3) 𝑉𝑟𝑒𝑛 = 29.85𝑚3 :ρ Densidad del agua: 1000 kg/m3 Ce: calor específico del agua: 1,16 Wh / kg·ºC Tag: temperatura agua piscina: 25ºC Tred: temperatura mínima del agua de red: 7.9ºC.. 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 29.85𝑚3 ∗ 1000. 𝐾𝑔 𝑊ℎ ∗ 1.16 ∗ (25°𝐶 − 7.9°𝐶) 𝑚3 𝐾𝑔°𝐶. 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 592104.60 𝑊 ∗ ℎ.

(58) 48 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 592.10𝐾𝑊 ∗ ℎ Perdida por día: 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 592104.60𝐾𝑊ℎ ∗. 1𝑑𝑖𝑎 24ℎ. 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 24671.03𝑊 𝑄𝑟𝑒𝑛 = 24.67𝐾𝑊 3.11 Balance energético de pérdidas. (Qbe) De acuerdo a lo analizado podemos establecer el cuadro de cargas térmicas, haciendo un resumen de los ítems (1al 5), que lo presentaremos en la tabla 6. Tabla 6 Balance energético. Rubro de pérdidas de calor. Potencia KW. Evaporación de agua en el vaso. 53.73. Radiación de calor de las piscinas. 3.92. Convección de calor. -0.54. Transmisión. 3.13. Renovación de agua en el vaso. 24.67. Total. 84.91 Fuente: propia. La mayor pérdida de calor es por evaporación en el vaso, podemos mitigar y recudir estas pérdidas utilizando una manta térmica, con esto conseguiremos un ahorro energético..

(59) 49 3.12 Potencia necesaria para puesta en régimen de operación En el momento en que el vaso de la piscina se encuentre completamente con agua, esta se tendrá la temperatura de agua de la red, por lo tanto, la potencia calorífica empleada para subir la temperatura al punto de operación será mayor a la de mantenimiento. Para calcular la potencia de puesta a régimen debemos de utilizar la fórmula siguiente: 𝑄𝑃𝑟 =. 𝑉 ∗ 𝜌𝑎𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑎𝑔 − 𝑇𝑟𝑒𝑑 ) 𝑡. Donde: Qpr: potencia de puesta en régimen W V: volumen de las piscinas (m3): = 597 m3. ρag: Densidad del agua: 1000 kg/m3 Ce: calor específico del agua: 1,16 Wh / kg·ºC Tag: temperatura agua piscina: 25ºC Tred: temperatura agua red: 7.9°C t: Tiempo de puesta en régimen 72 horas. la potencia para la puesta en marcha reemplazando datos en la ec .3.17.. 𝑄𝑃𝑟. 𝐾𝑔 𝑊ℎ 597𝑚3 ∗ 1000 𝑚3 ∗ 1.16 𝐾𝑔 ∗ °𝐶 ∗ (25°𝐶 − 7.9°𝐶) = 48 ℎ 𝑄𝑃𝑟 = 164473.50 𝑊 𝑄𝑃𝑟 = 164.47 𝐾𝑊.

(60) 50 3.13 Instalación Solar Térmica Actualmente la normativa ya prevé la instalación de este tipo de equipos para aprovechar la energía solar para cubrir parte de la demanda de ACS. A continuación, se expone dicha legislación. Según el reglamento de Instalaciones Térmicas y el Reglamento Nacional de Construcciones y Ley 27657 del Ministerio de, donde se exponen las instalaciones específicas de aprovechamiento de energía solar térmica se definen las siguientes normas 1- Producción mediante sistemas solares activos 2-La energía captada por los captadores se almacenará en un depósito acumulador de agua caliente. Después de éste se instalar en serie un equipo convencional de apoyo o auxiliar, para cubrir la energía necesaria para la producción de agua caliente. 3.14 Requerimiento Total Energético Del Sistema(Qte)20. De acuerdo a lo calculado, es necesario establecer la energía necesaria para calentar toda el agua necesaria en el complejo esto es: 𝐷𝑝𝑡 = 𝑄𝑝𝑒𝑟 + 𝑄𝑃𝑟 Qte: demanda de potencia total, en kW Qper: perdidas de calor en la piscina, en kW Qpr: potencia de puesta en régimen de operación, en Kw 𝐷𝑝𝑡 = 84.91 𝑘𝑊 + 164.47𝑘𝑊 𝐷𝑝𝑡 = 249.38 𝑘𝑊. 20. .2011. Noguera,Sebatian..Memoria de calentamiento de una piscina.Universidad de Barcelona.

(61) 51. 3.15 Recurso Energético Solar.21. El recurso energético proveniente del sol, está dado por la expresión: G= Ho (a + b.n/N) 𝑛 𝐻 = 𝐻𝑜 ∗ (𝑎 + 𝑏 ∗ ) 𝑁 Donde: H=Radiación solar máxima incidente hacia la superficie, W/m² Ho= Constante solar W/m² . a, b= Coeficientes de dispersión de radiación . n=número de horas de brillo solar (heliofanía) N=número de horas diarias de sol Ho= 1361 W/m2 (NASA), también se verifico realizando la medición respectiva. . a=0.367 (SENAMHI) . b=0.396 (SENAMHI). n=8 horas aproximadamente (SENAMHI) N=11 horas A continuación, se exponen las tablas del nº de horas de sol y de temperaturas medias diurnas.. 21. .2011. Noguera,Sebatian..Memoria de calentamiento de una piscina.Universidad de Barcelona.

(62) 52 Tabla 7tabla con los horarios de la salida del sol y de la puesta de sol. Fuente: sunrisesunset.info. Figura 30 : horarios de la salida del sol y de la puesta de sol en Arequipa Fuente: sunrisesunset.info.