Instalaciones Sanitarias Domiciliarias Industriales e Ingeniería de Medio Ambiente

Instalaciones Sanitarias Domiciliarias Industriales e Ingeniería de Medio Ambiente

Por: RONALD FERMIN CARRASCO FLORES Tutor: Armando Escalera Vasquez Material de apoyo didáctico de la enseñanza aprendizaje en la asignatura de instalaciones sanitarias domiciliarias industriales e ingeniería de medio ambiente

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Julio de 2004

Ficha Resumen Capítulo 1 (Suministro de Agua).- Proporciona conocimientos generales de las cualidades del agua, abastecimientos, fuentes de contaminación, dureza ablandamiento y otras impurezas. Capítulo 2 (Aparatos Sanitarios).- Contiene los diversos tipos de aparatos sanitarios, materiales utilizados en la fabricación, y las características que deben reunir. Capítulo 3 (Tuberías, válvulas y accesorios para redes de alimentación y evacuación).- Clasifica según sus materiales y tipos, accesorios para tuberías de alimentación de agua y abrazaderas. Capítulo 4 (Diseño y cálculo para el suministro de agua fría y caliente).- Contiene sistemas de alimentación de agua potable, riesgos de contaminación, producción y distribución de agua caliente, cálculo manual de tuberías con el uso de lanillas Excel y con el software Saisd V 1.01. Capítulo 5 (Instalaciones de agua con equipo de bombeo).- Contiene sistema de bombeo directo a cisternas, autoneumáticos, suministro a edificios de mas de 20 niveles, almacenamiento y como no podía ser bombeo. Capítulo 6 (Sistemas para incendios).- Abraza: mangueras contra incendios, tubería auxiliar para casos de incendio, instalaciones complementarias, cálculo manual de tuberías con el uso de lanillas Excel. Capítulo 7 (Sistema de evacuación de aguas residuales).- Expone los diferentes tipos de sistemas, materiales, diámetro de las bajantes, tuberías de ventilación, cálculo manual de tuberías con el uso de lanillas Excel. Capítulo 8 (Captación y eliminación de aguas pluviales).- Contiene, consideraciones para el diseño, cálculo de velocidades y gradientes, estacionamiento y terrenos de juego. Capítulo 9 (Conexiones domiciliarias de alcantarillado y accesorios).- Explica diferentes tipos de alternativas (A, B, C), cámaras de inspección, tapas de cámaras. Capítulo 10 (Instalaciones de gas).- Contiene: prolongación domiciliaria, medidores de gas, accesorios, simbología, cálculo de tuberías de gas a baja presión, cálculo manual de tuberías con el uso de lanillas Excel. Capítulo 11 (Control de incrustaciones y corrosiones en diferentes tipos de instalaciones).- Proporciona conocimientos de tipos de corrosión, protección catódica, prevención y tratamiento. Capítulo 12 (Reuso de aguas residuales y pluviales).- Ayuda a decidir el tipo de sistema de evacuación cuando no hay alcantarillado y su reuso. ANEXO : Plomería

INDICE GENERAL PÁGINA 1

INTRODUCCIÓN CAPITULO I Suministro de agua 1.1 Cualidades del agua 1.2 Abastecimientos de agua o fuentes de agua 1.2.1 Pozos poco profundos 1.2.2 Pozos profundos 1.2.3 Manantiales Intermitentes ó terrestres 1.2.4 Ríos y lagos 1.2.5 Red de agua potable

1.3 Fuentes de contaminación 1.4 Evacuación de aguas residuales 1.5 Estadística de consumo 1.6 Características físico – químico del agua 1.7 Esterilización del agua 1.8 Ablandamiento del agua 1.9 Otras impurezas 1.10 Filtración del agua 1.10.1 Filtros de arena de acción lenta 1.10.2 Filtros a presión 1.10.3 Filtros domésticos

4 4 5 5 6 6 7 7 7 8 8 10 11 11 11 11 12 13

CAPITULO II Aparatos sanitarios 2.1 Introducción 2.2 Aparatos sanitarios 2.3 Materiales utilizados en la fabricación de aparatos sanitarios 2.4 Características que deben reunir los aparatos sanitarios

14 14 24 25

CAPITULO III Tuberías, válvulas y accesorios para redes de alimentación y evacuación 3.1 Tuberías: clasificación según sus materiales y tipos 3.1.1 Conexiones para tubería de cobre 3.1.2 Tuberías de fierro galvanizado 3.1.3 Materiales utilizados en trabajos de plomería 3.1.4 Tuberías de PVC 3.1.5 Otros tipos de tuberías

3.2 Accesorios para tuberías de alimentación de agua 3.3 Válvulas 3.4 Abrazaderas

27 29 29 30 33 37 37 43 48

CAPITULO IV Diseño y cálculo para el suministro de agua fría y caliente 4.1 Definiciones

51

i

4.2 Conexión de la tubería principal 4.3 Necesidades mínimas para los tipos de artefactos en diferentes tipos de establecimientos 4.4 Sistemas de alimentación de agua potable 4.4.1 Sistemas directos 4.4.2 Sistemas indirectos 4.4.3 Sistema mixto

4.5 Prevención del contrasifonaje 4.6 Precauciones para el daño causado por heladas 4.7 Instalaciones de cisternas 4.7.1 Dimensionamiento de la cisterna y del tanque elevado 4.7.2 Aspectos constructivos 4.7.3 Aspectos sanitarios 4.7.4 Capacidades de almacenamiento de agua contra incendio

4.8 Hidrómetros 4.9 Causas de contaminación 4.10 Riesgos de contaminación 4.11 Protección de grifos de descarga, conexión de tuberías flexibles y aparatos 4.12 Protección secundaria para evitar el contraflujo 4.12.1 Accesorios para evitar el contraflujo

4.13 Prevención de conexiones entre la tubería de agua y de desagüe 4.14 Producción y distribución de agua caliente 4.14.1 Temperatura de utilización del agua caliente 4.14.2 Objetivos del diseño de instalaciones de agua caliente 4.14.3 Generadores de agua caliente 4.14.4 Dispositivos de seguridad 4.14.5 Dotación 4.14.6 Métodos de calentamiento de agua y tipo de calentadores 4.14.7 Selección del calentador y tanque de almacenamiento de agua caliente 4.14.8 Sistema de distribución directa 4.14.9 Sistema de distribución indirecta 4.14.10 Sistema de distribución con circulación por gravedad 4.14.11 Sistema de circulación forzada 4.14.12 Sistema de calentamiento de agua por energía solar 4.14.13 Diseño de redes de agua caliente 4.14.14 Cálculo del diámetro interior de tuberías para agua caliente 4.14.15 Calentamiento eléctrico 4.14.16 Calentamiento a gas 4.14.17 Aislamiento 4.14.18 Dilatación

4.15 Interpretación de dibujos 4.15.1 Simbología 4.15.2 Dibujos vistos en planta e isométricos

4.16 Cálculo manual de tuberías con el uso de planillas Excel 4.17 Uso del software Saisd V1.01 en el cálculo de tuberías 4.18 Pequeños consejos para el ahorro de agua

PÁGINA 54 55 61 61 63 64 65 66 66 67 68 70 71 72 73 73 75 78 79 81 82 82 83 83 84 84 85 86 87 87 88 89 89 91 91 92 93 95 95 96 96 97

98 112 129

CAPITULO V Instalaciones de agua con equipo de bombeo 5.1 Sistema de bombeo directo a cisternas

132

ii

5.2 Bombeo indirecto desde una cisterna de enlace a baja altura 5.3 Sistema automeumático 5.4 Suministro a edificios de mas de 20 niveles 5.5 Distribución de cisternas de almacenamiento 5.6 Bombeo 5.6.1 Cálculo de una bomba 5.6.2 Bombas para suministro de agua potable 5.6.3 Tanque cisterna 5.6.4 Grupos Motor – bomba 5.6.5 Tanque elevado de distribución 5.6.6 Acumulador de presión autoclave 5.6.7 Sistemas automáticos de presión (tanques hidropresión)

PÁGINA 133 133 135 135 135 136 137 137 138 140 143 144

CAPITULO VI Sistemas para incendios 6.1 Mangueras contra incendios 6.2 Tubería auxiliar para casos de incendio 6.3 Sistemas de extinción de incendios por aspersión 6.4 Instalaciones complementarias 6.5 Extintores de sustancias químicas 6.5.1 Características generales 6.5.2 Tipos de extinguidores

6.6 Cálculo manual de tuberías con el uso de planillas Excel

148 149 151 154 154 154 155 155

CAPITULO VII Sistema de evacuación de aguas residuales 7.1 Principios de los sistemas 7.2 Perdida del sello de agua en sifones 7.3 Sistemas 7.3.1 Sistema doble o de dos tuberías 7.3.2 Sistema ventilado 7.3.3 Sistema de bajante único modificado 7.3.4 Sistema de bajante ventilado 7.3.5 Sistema de bajante único

7.4 Dimensionamiento 7.5 Materiales 7.6 Tipos de unión con las tuberías a emplearse 7.7 Juntas en artefactos sanitarios 7.8 Sistemas de fijación 7.9 Diámetro de las bajantes 7.10 Trampas o sifones 7.11 Interceptores y separadores 7.12 Tuberías de ventilación 7.12.1 Ventilación primaria 7.12.2 Ventilación secundaria 7.12.3 Doble ventilación

7.13 De los registros, cajas de registros y buzones 7.14 Bombas para elevación de aguas negras pluviales 7.15 Cálculo manual de tuberías con el uso de planillas Excel

iii

160 160 163 163 164 164 166 167 170 171 171 172 172 172 173 173 174 178 178 178 179 180 181

PÁGINA

CAPITULO VIII Captación y eliminación de aguas pluviales 8.1 Generalidades 8.2 Algunas consideraciones para el diseño 8.3 Gradientes 8.3.1 Cálculo de la velocidad y del gradiente

8.4 Canalón del tejado 8.4.1 Canalón de lima hoya 8.4.2 Canalón de pretil

8.5 Estacionamientos y terrenos de juego 8.6 Cálculo de una tubería para aguas pluviales

186 186 188 188 191 194 194 196 196

CAPITULO IX Conexiones domiciliarias de alcantarillado y accesorios 9.1 Alternativa “A” 9.2 Alternativa “B” 9.3 Alternativa “C” 9.4 Cámaras de inspección 9.5 Tapas de cámaras de inspección

199 199 199 208 209

CAPITULO X Instalaciones de gas 10.1 Prolongación domiciliaria

10.5.1 Cálculo de tuberías 10.5.2 Cálculo de los diámetros de tuberías en instalaciones domiciliarias 10.5.3 Cálculo de la cañería interna 10.5.4 Ejemplos de cálculos de cañerías internas 10.5.5 Cálculo de las prolongaciones domiciliarias 10.5.6 Planos

212 214 215 216 219 220 222 223 224 227 228 231 237 238 239 242 242 243 249 253 256

10.6 Cálculo manual de tuberías con el uso de planillas Excel

257

10.1.1 Características de las prolongaciones domiciliarias 10.1.2 Prolongaciones con medidores al frente del edificio 10.1.3 Prolongaciones con medidores al interior del edificio 10.1.4 Prolongaciones para baterías de medidores domésticos

10.2 Medidores de gas 10.2.1 Ventilación de los nichos 10.2.2 Batería para medidores (de hasta 10 m3/h)

10.3 Cañería interna 10.3.1 Pruebas

10.4 Accesorios, simbología e interpretación de planos 10.4.1 Válvulas y llaves 10.4.2 Simbología 10.4.3 Interpretación de planos

10.5 Cálculo de tuberías de gas a baja presión

iv

PÁGINA

CAPITULO XI Control de incrustaciones y corrosiones en Diferentes tipos de instalaciones 11.1 Causas mas comunes de la corrosión e incrustaciones 11.2 Tipos de corrosión 11.3 Corrosión de la tubería galvanizada por el agua 11.4 Corrosión en los tanques 11.5 Corrosión por agua potable fría 11.6 Corrosión por agua caliente doméstica 11.7 Corrosión por cloración 11.8 Corrosión del cobre y su papel en la corrosión del acero galvanizado 11.9 Protección catódica 11.10 Tierras eléctricas 11.11 Pruebas de corrosión 11.12 Control de la formación de incrustaciones 11.13 Prevención y control de la corrosión 11.14 El ensuciamiento y su control 11.15 Tratamiento químico 11.16 Limpieza de los sistemas 11.17 Tuberías de plástico 11.18 Corrosión de válvulas 11.19 Corrosión de Bombas

261 262 264 265 265 265 266 266 267 267 267 268 268 271 272 272 273 275 275

CAPITULO XII Reuso de aguas residuales y pluviales 12.1 Tanque séptico 12.2 Trampa para grasas 12.3 Campos de infiltración

12.4 Filtros intermitentes de arena 12.5 Sistemas de distribución a presión para filtros de arena 12.6 Tanque séptico – Filtro anaerobio 12.7 Laguna de evaporación / infiltración 12.8 Opciones de reutilización de efluentes 12.9 Desinfección de aguas residuales 12.10 Futuro de la reutilización del agua

278 278 281 283 285 286 288 290 292 296 296 298 301 302

Anexos

303

12.3.1 Zanjas de infiltración 12.3.2 Lechos de infiltración 12.3.3 Pozo de infiltración 12.3.4 Montículos

Bibliografía

v

INDICE DE FIGURAS PÁGINA

CAPITULO I Suministro de agua Figura 1.1 Fuentes de suministro de agua Figura 1.2 Esquema de una planta de cloración Figura 1.3 Corte longitudinal de un filtro de acción lenta Figura 1.4 Filtro de arena de acción lenta de un pequeño sistema de suministro de agua de uso privado, para una capacidad mínima de 6820 lts. Figura 1.5 Filtro a presión tipo vertical Figura 1.6 Filtros domésticos

6 10 12 12 13 13

CAPITULO II Aparatos sanitarios Figura 2.1 Inodoro Figura 2.2 Inodoro a la “turca” destinado a talleres, locales, oficinas, etc. Figura 2.3 Sistema de descarga a voluntad Figura 2.4 Sistema de descarga fija Figura 2.5 Tanque para inodoros sifónicos Figura 2.6 Urinarios Figura 2.7 Bañera empotrada Figura 2.8 Bañera con revestimiento de cerámica Figura 2.9 Bañera jacuzzi Figura 2.10 Instalación de la bañera Figura 2.11 Lavabo sobre pedestal del mismo material Figura 2.12 Lavabo sobre ménsulas Figura 2.13 Lavabo en corte y planta Figura 2.14 Lavabos colectivos Figura 2.15 Lavabo colectivo circular Figura 2.16 Ducha con base “plato”, box y cortina Figura 2.17 Bidé Figura 2.18 Lavaplatos Figura 2.19 Lavadero Figura 2.20 Agrupación de aparatos sanitarios (urinarios)

14 15 15 15 16 17 17 17 18 18 18 19 19 20 20 21 22 22 23 24

CAPITULO III Tuberías, válvulas y accesorios para redes de alimentación y evacuación Figura 3.1 Distintos tipos de tuberías Figura 3.2 Tuberías y conexiones de fierro fundido Figura 3.3 Conexiones de fierro fundido Figura 3.4 Elementos de PVC para instalaciones de drenaje Figura 3.5 Drenaje de limpieza con cambio de dirección de 90° Figura 3.6 Base de limpieza para un ducto o chimenea Figura 3.7 Una base para drenaje fijada bajo el nivel del piso o losa con un bloqueo de concreto Figura 3.8 Una base para concreto también se puede soportar con elementos Como soportes colgantes y sujetadores de muro Figura 3.9 Te con bocina y espiga: a) simple, b) doble Figura 3.10 Ye con bocina y espiga: a) simple, b) doble

ix

31 32 33 35 36 36 36 36 38 38

PÁGINA Figura 3.11 Codos con bocina y espiga: a) de 45° radio normal, b) de 90° radio largo, c) de 90° radio corto 38 Figura 3.12 Unión de campana y espiga 39 Figura 3.13 Reducido de bocina y espiga 39 Figura 3.14 Unión de rosca en tubería de acero y hierro, detalle de un empalme 39 Figura 3.15 Unión soldada en tubería de cobre, detalle de un empalme 39 Figura 3.16 Accesorios para tubería roscada de pequeño diámetro 40 Figura 3.17 Accesorios para tubería de cobre con bocina y espiga 41 Figura 3.18 Unión de tubería de acero o hierro por medio de platino y pernos, soluciones diferentes 41 Figura 3.19 Unión especial en tubería de plástico por medio de pieza conectora y grapas 42 Figura 3.20 Válvulas 44 Figura 3.21 Vista en corte (válvulas) 45 Figura 3.22 Llave de nariz 45 Figura 3.23 Partes de una válvula de globo 46 Figura 3.24 Partes de una válvula de ángulo 46 Figura 3.25 Tipos de válvulas de compuerta 47 Figura 3.26 Partes de una válvula de globo 48 Figura 3.27 Las válvulas de sello solo permiten el flujo de un fluido en una sola dirección 48 Figura 3.28 Abrazaderas y soportes de tuberías 49

CAPITULO IV

Diseño y cálculo para el suministro de agua fría y caliente

Figura 4.1 Conexión de la tubería principal de agua Figura 4.2 Sistema de abastecimiento directo Figura 4.3 Tanque elevado por alimentación directa Figura 4.4 Cisterna, equipo de bombeo y tanque elevado Figura 4.5 Cisterna y equipo de bombeo Figura 4.6 Sistema mixto Figura 4.7 Detalle estructural de un tanque elevado Figura 4.8 Detalle de un tanque elevado Figura 4.9 Detalle de una cisterna o tanque bajo Figura 4.10 Tapa sanitaria Figura 4.11 Instalación de un hidrómetro Figura 4.12 Intervalo de aire tipo A en una cisterna Figura 4.13 Intervalo de aire tipo B en una cisterna Figura 4.14 Intervalo de aire tipo A en lavabos, bañeras o fregaderos Figura 4.15 Tubería para un bidé Figura 4.16 Protección secundaria para evitar el contraflujo en una tubería de suministro común cuando cada nivel tiene un uso distinto Figura 4.17 Conjunto de válvulas de retención Figura 4.18 Válvula vacuorreguladora de tipo atmosférico Figura 4.19 Válvula interceptora de tubos Figura 4.20 Distancia vertical entre el nivel de desbordamiento de la cisterna y el punto de conexión con la tubería de suministro Figura 4.21 Distancia vertical entre el nivel de desbordamiento de la cisterna y el punto de conexión con la tubería de distribución Figura 4.22 Una tubería de suministro no se debe conectar con una tubería de distribución Figura 4.23 Bomba conectada a una tubería de suministro Figura 4.24 Sistema directo de suministro de agua caliente

x

55 62 62 63 64 65 69 69 70 71 73 75 75 76 78 78 79 79 80 80 81 81 82 87

Figura 4.25 Sistema indirecto de suministro de agua caliente Figura 4.26 Sistema de calentamiento de agua por energía solar Figura 4.27 Esquema de calentamiento de agua con gas Figura 4.28 Detalle para instalación de calentador “Junkers” Figura 4.29 Calentador de gas “Junkers” Figura 4.30 Presentación general del programa Figura 4.31 El menú archivo Figura 4.32 Ejecución del comando abrir Figura 4.33 El formulario de información del comando abrir Figura 4.34 El menú datos generales Figura 4.35 El menú utilidades Figura 4.36 El menú imprimir Figura 4.37 Esquema isométrico numerado Figura 4.38 Decidiendo el abastecimiento Figura 4.39 La lista de dotaciones Figura 4.40 Determinación del uso, del diseño y datos generales del edificio Figura 4.41 Seleccionando desde la base de datos el material Figura 4.42 Opción de selección de diámetros Figura 4.43 Seleccionando desde la base de datos el artefacto sanitario Figura 4.44 Definiendo la cantidad de artefactos sanitarios Figura 4.45 Cargando desde la base de datos el accesorio deseado Figura 4.46 Definiendo la cantidad de accesorios en la línea Figura 4.47 Estableciendo el tipo de suministro Figura 4.48 Definiendo el diámetro, la velocidad, el caudal de ingreso Figura 4.49 Definiendo el tanque Figura 4.50 Calculando el número de tanques de Hidropresión Figura 4.51 Calculando el número de tanques de Hidropresión Figura 4.52 Definiendo la bomba Figura 4.53 Hallando las perdidas locales Figura 4.54 Saliendo de las planillas Figura 4.55 Administrando datos generales Figura 4.56 Alcantarillado Figura 4.57 Planilla de ingreso de datos la red de AR Figura 4.58 Definiendo unidades de descarga hidráulica Figura 4.59 Seleccionando la función de la tubería Figura 4.60 Administrando datos de la vivienda Figura 4.61 Formulario para el despliegue de resultados Figura 4.62 Tabla de resultados Figura 4.63 Saliendo de las planillas de diseño de alcantarillado Figura 4.64 Conversor de unidades Figura 4.65 Ingresando al menú ayuda

PÁGINA 88 90 94 94 95 113 113 114 114 115 115 116 116 117 118 118 119 119 120 120 120 121 121 121 122 122 123 123 124 124 125 125 126 126 127 127 127 128 128 128 129

CAPITULO V Instalaciones de agua con equipo de bombeo Figura 5.1 Sistema de bombeo directo a cisternas de agua potable y de almacenamiento Figura 5.2 Sistema de enlace a baja altura Figura 5.3 Sistema autoneumático Figura 5.4 Cilindro neumático autoneumático Figura 5.5 Sistema de suministro para 30 niveles Figura 5.6 Esquema de funcionamiento de una cámara de hidropresión

xi

132 133 134 134 135 144

PÁGINA

CAPITULO VI Sistemas para incendios Figura 6.1 Instalación de mangueras contra incendios con equipo de bombeo Figura 6.2 Instalación de mangueras contra incendios con equipo de bombeo Figura 6.3 Instalación típica de un sistema de extinción de incendios por aspersión conectado a la red de distribución Figura 6.4 Cabeza de un aspersor de ampolla de cuarzoide Figura 6.5 Sistema contra incendios por medio de aspersores Figura 6.6 Gráfica para determinar la densidad de irrigación

149 150 152 154 155 156

CAPITULO VII Sistema de evacuación de aguas residuales Figura 7.1 Sifonaje inducido Figura 7.2 Autosifonaje Figura 7.3 Compresión o contrapresión Figura 7.4 Atracción capilar Figura 7.5 Oscilaciones Figura 7.6 Ejemplo de sistema doble o de dos tuberías Figura 7.7 Ejemplo de sistema ventilado o de tubería totalmente ventilada Figura 7.8 Ejemplo de sistema de bajante único y modificado Figura 7.9 Conjunto de hasta cuatro lavabos Figura 7.10 Conjunto de hasta cinco lavabos Figura 7.11 Ejemplo de sistema de bajante ventilado Figura 7.12 Conexiones en S y P Figura 7.13 Conexiones en S y P

160 161 161 162 162 163 164 165 165 166 166 168 169

CAPITULO VIII Captación y eliminación de aguas pluviales Figura 8.1 Radio hidráulico medio para tuberías Figura 8.2 Radio hidráulico medio para un canal Figura 8.3 Captación de aguas pluviales de una cubierta de cuatro aguas Figura 8.4 Captación de aguas pluviales de una cubierta a dos aguas Figura 8.5 Salidas de canalón de la cubierta Figura 8.6 Canalón de lima hoya Figura 8.7 Canalón de pretil, salida en rampa Figura 8.8 Salida de pozo de captación Figura 8.9 Azotea Figura 8.10 Salida de una azotea Figura 8.11 Drenaje de estacionamientos y terrenos de juego

189 191 192 192 193 194 195 195 197 197 198

CAPITULO X Instalaciones de gas Figura 10.1 Válvula de regulación a diafragma Figura 10.2 Detalle de prolongación con caño de polietileno Figura 10.3 Esquema de montaje de prolongación con caño plástico de polietileno Figura 10.4 Llave en caja de vereda Figura 10.5 Gabinete con medidor individual de baja presión, al frente del edificio Figura 10.6 Gabinete con medidor, red de media presión con regulador y prolongación de polietileno al frente del edificio Figura 10.7 Montaje de regulador al frente del edificio apto para 5 medidores

xii

213 214 215 215 216 217 218

Figura 10.8 Montaje de planta de regulación doble al frente del edificio Figura 10.9 Prolongación de mas de 32 mm Figura 10.10 Detalle de protección prolongación en cámara de ladrillos Figura 10.11 Batería de medidores. Montante ascendente Figura 10.12 Batería de medidores. Montante descendente Figura 10.13 Medidor de gas Figura 10.14 Distancia del nicho del medidor a instalación eléctrica Figura 10.15 Armario de medidores Figura 10.16 Local o compartimiento para medidores Figura 10.17 Montaje de medidores Figura 10.18 Forma de ejecución de sifones Figura 10.19 Llave de paso Figura 10.20 Válvulas de corte en la alimentación de instalaciones de gas Figura 10.21 Válvulas de compuerta o de globo Figura 10.22 Elementos de la línea de llenado de tanques estacionarios Figura 10.23 Parte baja o toma de una línea de llenado Figura 10.24 Instalación de orificio de tamaño apropiado con regulador de alimentación de gas Figura 10.25 Manómetro de tubo en U Figura 10.26 Regulador de presión del quemador de gas Figura 10.27 Circulación de gas por cañerías Figura 10.28 Caída de presión o perdida de carga en cañerías Figura 10.29 Esquema de instalación de gas natural Figura 10.30 Esquema de instalación de gas natural Figura 10.31 Esquema de prolongación domiciliaria Figura 10.32 Esquema de prolongación domiciliaria Figura 10.33 Esquema de prolongación domiciliaria Figura 10.34 Ejemplo a calcular

PÁGINA 218 218 219 219 220 221 222 223 224 224 226 226 231 232 233 234 235 236 237 239 240 250 252 254 255 256 259

CAPITULO XI Control de incrustaciones y corrosiones en diferentes tipos de instalaciones Figura 11.1 Erosión y corrosión de tuberías de cobre Figura 11.2 Instalación de testigo de corrosión Figura 11.3 Testigo de corrosión Figura 11.4 Erosión corrosión de un impelente de bronce para bombas

263 270 271 276

CAPITULO XII Reuso de aguas residuales y pluviales Figura 12.1 Tanque séptico, lecho de percolación para disposición de aguas Residuales en el mismo sitio Figura 12.2 Separador de grasas Figura 12.3 Esquema de una trampa para grasas Figura 12.4 Típica zanja de infiltración Figura 12.5 Detalle de una típica zanja de infiltración Figura 12.6 Zanjas para nivel freático u horizonte restrictivo de flujo alto Figura 12.7 Lecho típico de infiltración Figura 12.8 Pozo típico de percolación Figura 12.9 Sistemas típicos de montículo Figura 12.10 Esquema de un sistemas típicos de montículo Figura 12.11 Filtro intermitente de arena enterrado Figura 12.12 Filtro intermitente de arena enterrado Figura 12.13 Filtro intermitente de arena superficial

xiii

279 280 281 283 284 284 286 287 289 289 292 293 294

Figura 12.14 Sistema de distribución Figura 12.15 Laguna típica de evaporación/infiltración

xiv

295 297

INDICE DE TABLAS PÁGINA

CAPITULO I Suministro de agua Tabla 1.1 Clasificación del agua Tabla 1.2 Dureza del agua Tabla 1.3 Estadística de consumo

5 5 8

CAPITULO IV Diseño y cálculo para el suministro de agua fría y caliente Tabla 4.1 Consumo de artefactos sanitarios Tabla 4.2 Número de inodoros y lavamanos por el número de personas Tabla 4.3 Cuarto de aseo para varones Tabla 4.4 Cuarto de aseo para mujeres Tabla 4.5 Cuarto de aseo para hombres en industrias Tabla 4.6 Cuarto de aseo para mujeres en industrias Tabla 4.7 Cuarto de aseo para restaurantes y similares Tabla 4.8 Cuarto de aseo en escuelas primarias Tabla 4.9 Cuarto de aseo en residencias estudiantiles y similares Tabla 4.10 Cuarto de aseo en teatros, auditorios y similares Tabla 4.11 Cuarto de aseo en servicio para vehículos automotores Tabla 4.12 Número de artefactos necesarios en las instalaciones sanitarias en relación con el número de personas que sirven Tabla 4.13 Factor de ocupación de inmuebles para calcular su capacidad Tabla 4.14 Diámetro del tubo de rebose Tabla 4.15 Requisitos para evitar el contraflujo Tabla 4.16 Dimensiones de los intervalos de aire Tabla 4.17 Dimensiones de los intervalos de aire en aparatos Tabla 4.18 Temperaturas de agua para diferentes tipos de uso Tabla 4.19 Consumo de agua caliente de artefactos sanitarios en L/h según el tipo de edificio Tabla 4.20 Capacidades del tanque de almacenamiento Tabla 4.21 Unidades de gasto para el cálculo de tuberías de distribución Domiciliaria (artefactos de uso privado) Tabla 4.22 Formulas procesadas para intervalos indicados Tabla 4.23 Diámetros indicados Tabla 4.24 Perdidas de carga localizadas

56 56 57 57 57 57 58 58 59 59 60 60 61 71 74 74 76 82 85 86 99 100 100 101

CAPITULO V Instalaciones de agua con equipo de bombeo Tabla 5.1 Elección del tanque de hidropresión

145

CAPITULO VI Sistemas para incendios Tabla 6.1 Clasificación de riesgo de incendio Tabla 6.2 Separación de los aspersores Tabla 6.3 Clasificación de temperaturas de cabezas de aspersores tipo ampolla Tabla 6.4 Diámetros nominales de los orificios de las cabezas de los aspersores

vi

153 153 153 153

PÁGINA

CAPITULO VII Sistema de evacuación de aguas residuales Tabla 7.1 Unidades de descarga en los aparatos sanitarios Tabla 7.2 Unidades de descarga para artefactos no especificados Tabla 7.3 Número máximo de unidades de descarga que puede ser conectado a los conductos horizontales de desagüe y a las bajantes Tabla 7.4 Distancia entre la salida de un sello de agua y el tuvo de ventilación Tabla 7.5 Diámetro de bajantes de ventilación Tabla 7.6 Diámetro de los tubos de ventilación en circuito y de los ramales Terminales de tubos de ventilación individuales Tabla 7.7 Desagüe en los edificios: ramales horizontales Tabla 7.8 Dimensiones de cajas de alcantarillado

170 170 172 175 175 176 178 179

CAPITULO VIII Captación y eliminación de aguas pluviales Tabla 8.1 Recomendaciones para diferentes frecuencias y precipitaciones Pluviales Tabla 8.2 Parámetros A, B, C para la ecuación de intensidad Tabla 8.3 Valores de “m” a partir del diámetro de la tubería Tabla 8.4 Tamaños de los canalones y tuberías para aguas pluviales

187 188 190 193

CAPITULO IX Conexiones domiciliarias de alcantarillado y accesorios Tabla 9.1 Dimensiones de las cámaras de inspección Tabla 9.2 Números de unidades de descarga que puede ser conectado a los colectores del edificio

208 208

CAPITULO X Instalaciones de gas Tabla 10.1 Dimensiones para nichos hasta 10 m3/h 222 Tabla 10.2 Capacidad de los caños en cm3 para distintos diámetros 226 Tabla 10.3 Número de filetes a tallar en tuberías 227 Tabla 10.4 Tamaños para orificios para gas L.P. (al nivel del mar) 235 Tabla 10.5 Orificios para quemadores de gas natural 235 Tabla 10.6 Máxima capacidad de suministro en pies3 de gas por hora de tubo IPS, conduciendo gas natural de gravedad específica 0.65 237 Tabla 10.7 Longitudes equivalentes de accesorios a rosca, en diámetros 241 Tabla 10.8 Caudal de litros de gas por hora, para cañerías de diferentes diámetros y longitudes (gas natural, densidad 0.67) 244 Tabla 10.9 Caudal de litros de gas por hora, para cañerías de diferentes diámetros y longitudes (densidad 1.73) 245 Tabla 10.10 Caudal de litros de gas por hora, para cañerías de diferentes diámetros y longitudes (gas natural, densidad 1.5) 246 Tabla 10.11 Consumo medio de artefactos domésticos (kcal/h) 247 Tabla 10.12 Poder calorífico de los gases 248 Tabla 10.13 Densidad de los gases 249 Tabla 10.14 Diámetro de prolongaciones para medidores domésticos en mm (gas natural) 254 Tabla 10.15 Caudal en m3/h para prolongaciones de gas a media presión 257

vii

Tabla 10.16 Valores de “C” para la expresión de Poole

PÁGINA 258

CAPITULO XII Reuso de aguas residuales y pluviales Tabla 12.1 Características hidráulicas del suelo Tabla 12.2 Tasas de aplicación de aguas residuales para sistemas de infiltración Tabla 12.3 Tasas de infiltración de diseño para materiales comunes de relleno Tabla 12.4 Resultados de oración de filtros intermitentes de arena, enterrados Con efluente de tanques sépticos Tabla 12.5 Criterios de diseño para filtros de arena intermitentes superficiales Tabla 12.6 Criterios de diseño para filtros de arena intermitentes enterrados Tabla 12.7 Balance hídrico de la laguna de evaporación

viii

281 282 288 291 291 291 298

Introducción

Introducción Desde el punto de vista del confort las instalaciones que deben tener las casas – habitación, edificaciones de oficinas y apartamentos, centros comerciales, terminales, aeropuertos y áreas industriales se encuentran: la calefacción, servicios de electricidad, teléfono, tv – cable y gas. Pero especialmente los servicios básicos de agua potable y alcantarillado. Las instalaciones hidráulicas y sanitarias en casas - habitación y edificios se pueden identificar también con los trabajos que se conocen en forma popular como de “plomería” y que se define como: “El arte de la instalación en edificios las tuberías. accesorios y otros aparatos para llevar el suministro de agua y para retirar las aguas con desperdicios y los desechos que lleva el agua”1. A partir de esta definición, se establece lo que es un sistema de plomería y se dice que un sistema de instalaciones incluye: los tubos de distribución del suministro de agua, los accesorios y trampas de los accesorios, el sello, los desperdicios y tubos de ventilación, que incluye drenaje de las aguas residuales de las edificaciones y el drenaje para aguas de lluvia; todo esto con sus dispositivos y conexiones dentro de la casa o edificio y con el exterior.

Fuente: CORTESÍA ING°. JUAN C. ROCHA CUADROS

El sistema de agua potable en una casa o edificación se muestra en la anterior figura, este sistema de suministro alimenta y distribuye el agua potable a los puntos de uso dentro de la edificación. 1

Introducción

Fuente: CORTESÍA ING°. JUAN C. ROCHA CUADROS

Los sistemas de drenaje y de ventilación se instalan para evacuar las aguas de desperdicio de los distintos artefactos sanitarios y aguas jabonosas de los accesorios de la instalación de plomería (inodoros., lavabos, fregadero, etc.) y de los aparatos (lavadora de ropa, lavadora de vajilla, etc. ) y también para proporcionar un medio de circulación de aire dentro de las tuberías de drenaje sanitario y de ventilación.

Fuente: CORTESÍA ING°. JUAN C. ROCHA CUADROS

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Introducción El sistema de drenaje de aguas de lluvia se muestra en la siguiente figura se trata de un sistema de tubos usados para transportar el agua de lluvia o de otras precipitaciones al alcantarillado o cualquier otro lugar destinado para esta agua.

Fuente: CORTESÍA ING°. JUAN C. ROCHA CUADROS

3

Capítulo I Suministro de Agua

I

Suministro de Agua

1.1 Cualidades del agua El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido; compone 88.89 partes de hidrógeno y 11.11 partes de hidrógeno todo esto en peso. A la presión normal hierve a 100° C y 0°C se solidifica cristalizándose en formas hexagonales. Se evapora a la temperatura ambiente. El agua es uno de los elementos mas abundantes en la naturaleza, pudiéndose hallar en estado sólido (hielo, nieve), en estado líquido, estado líquido y en estado gaseoso (vapor de agua de la atmósfera). Además de hidrógeno y oxígeno, el agua contiene una proporción variable de determinados cuerpos tales como: anhídrido carbónico, nitrógeno, cal, potasio, magnesio, ácidos sulfúrico, nítrico y silicio, óxido de hierro, alúmina, cloruros, bromuros y yoduros de diferentes metales, sales, materias orgánicas, etc. Un agua puede considerarse potable (propia para la alimentación humana y sus domésticos), cuando reúne las siguientes propiedades: ser inodora, fresca, limpia, incolora en poca cantidad y azulada en grandes masas, de sabor agradable, poseer pocas sustancias extrañas y encerrar suficiente aire en disolución, cocer bien las verduras en especial las legumbres, disolver fácilmente el jabón formando espuma, estar comprendida entre los 5 y 16°C, pues a menos de 5°C es fría y desagradable, y por encima de los 16°C es tibia y nauseabunda, además para el agua de bebida el color debe estar eliminado casi por completo, siendo imperfecta la planta de tratamiento que no consiga dejar el agua por debajo de 5 mg/l (método platino-cobalto, 1mg de platino por litro). El exceso de sales hace del agua impropia para el uso doméstico, disuelve mal el jabón y no cuecen bien las legumbres, este tipo de aguas son llamadas aguas duras.

1.2 Abastecimientos de agua ó fuentes de agua El agua de lluvia en general es blanda y ligeramente ácida debido a la absorción de bióxido de carbono (CO2) al entrar en contacto con la atmósfera. Ahora bien el agua que este presente en la tierra incluyendo la atmósfera, esta regido por lo que se ha venido a llamar ciclo hidrológico. Al caer en ciénagas con materia vegetal, el agua disuelve más CO2 y se vuelve claramente ácida, aunque dicha acidez sigue siendo débil. Este agua disuelve el plomo y por eso se denomina plumbosolvente. Debido a que los efectos del envenenamiento por plomo son acumulativos y muy dañinos para la salud, el agua jamás debe ser transportada en tubería de plomo. A continuación mencionaremos las fuentes de agua mas comunes de abastecimiento las cuales, claro está , ameritan mayor profundidad en su estudio antes de su uso como tal, en la tabla 1.1 se describe la clasificación según su proveniencia.

5

Capítulo I Suministro de Agua Tabla 1.1 CLASIFICACIÓN DEL AGUA POTABLE

1 Agua de manantial 2 Agua de pozos poco profundos 3 Agua superficial

Muy aceptable al paladar

4 Agua de lluvia almacenada SOSPECHOSA 5 Agua superficial de terrenos cultivados PELIGROSA

Moderadamente aceptable al paladar

6 Agua de río que tiene acceso el drenaje 7 Agua de pozos poco profundos

Aceptable al paladar Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

1.2.1 Pozos poco profundos El agua de pozos poco profundos se obtiene de fuentes existentes en los estratos acuíferos superiores de la tierra. Este agua debe tratarse con reserva, ya que puede contaminarse debido a drenajes o pozos negros con fugas ó fuentes de contaminación que en muchas veces es generada por el mismo hombre, de este último mencionaremos mas adelante.

1.2.2 Pozos profundos Son fuentes situadas abajo de los primeros estratos impermeables. Mientras que el pozo o el pozo de sondeo impida el ingreso de agua del subsuelo, casi siempre es posible considerar que el agua es potable. Si el agua pasa a través de estratos que contienen carbonato de calcio o magnesio, parte de estas sales se disuelve en el agua, dependiendo de la cantidad de bióxido de carbono presente en la misma. En este caso se considera que el agua es temporalmente dura; esta dureza se elimina al hervir el agua, pero produce formación de incrustaciones en tuberías de agua caliente y calentadores, pero para lo cual hay controles y tratamientos. Si el agua atraviesa estratos que contienen sulfato de calcio, cloruro de calcio o cloruro de magnesio, cierta cantidad de estas sales se disuelve en el agua sin que haya bióxido de carbono. Este tipo de dureza no se elimina al hervir el agua y se denomina dureza permanente. No produce formación de incrustaciones en tuberías y calentadores, aunque puede provocar corrosión. Casi todas las aguas presentan dureza temporal y permanente. En la tabla 1.2 se presenta la clasificación generalmente aceptada de dureza. Tabla 1.2 DUREZA DEL AGUA TIPO DE AGUA Blanda Moderadamente blanda Ligeramente blanda Moderadamente dura Dura Muy dura

DUREZA EN PARTES POR MILLÓN 0-50 50-100 100-150 150-200 200-300 más de 300 Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

6

Capítulo I Suministro de Agua

1.2.3 Manantiales intermitentes ó terrestres Debido a que en este caso el agua se obtiene de la misma fuente que el agua de pozos poco profundos, debe tratarse con la misma reserva, para este tipo de fuente se tomarán decisiones respecto a los demás componentes de la obra. Para este tipo de fuente las obras han sido desarrolladas sobre la base de estudios hidráulicos, principalmente en aquellos aplicados a cursos de agua con transporte de sedimentos. Cabe mencionar que es usual la derivación directa de los volúmenes de agua y conducirlos mediante canales, galerías y tuberías, para atender la demanda que se presenta en el sistema de recepción, en nuestro caso: agua potable.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”,1998

Figura 1.1 Fuentes de suministro de agua

1.2.4 Ríos y lagos Se forman principalmente por la captación de agua superficial y del subsuelo. El agua de los lagos proveniente de las tierras altas es blanda y suele ser potable. El agua de ríos es blanda y generalmente turbia, especialmente después de una tormenta; puede volverse insalubre por descargas de fabricas y de aguas negras. Las obras de toma para este tipo de tipo de fuente tienen por objeto desviar las aguas que escurren sobre la solera hacia el mismo sistema de conducción. Considerando al río como parte del sistema ecológico la obra de toma se constituirá en un obstáculo para el libre escurrimiento del agua o en una intervención sobre un medio natural, que dará lugar a modificaciones del estado de equilibrio. 7

Capítulo I Suministro de Agua Para la toma, el curso natural es un medio que satisfacerá las necesidades de agua del sistema receptor. El primer concepto se limita únicamente a la naturaleza y sus leyes el segundo presenta al hombre y sus objetivos. Esto significa, que la utilización del agua a través de la obra toma tendrá consecuencias sobre el curso natural en cuanto a su morfología, régimen de escurrimiento y sobre el área de influencia en cuanto al equilibrio de sus suelos, nivel de aguas subterráneas, etc. Por lo tanto, es necesario tener conocimiento previo de las características y condiciones que ofrece el río, quebrada o lago que se piensa aprovechar.

1.2.5 Red de agua potable Es el suministro de agua potable a los puntos de consumo (aparatos sanitarios) directamente por la presión de la red pública, este tipo de sistema tiene ventajas y desventajas; las ventajas: es económico por que evita la contaminación del abastecimiento interno, las desventajas: se puede quedar sin el servicio, cuando el suministro es cortado.

1.3 Fuentes de contaminación La actividad continua del hombre sobre el medio ambiente, es el elemento fundamental que origina la contaminación, tal como se ha señalado, aunque el tipo de actividad determinará la forma de contaminación, el tipo de elementos contaminantes y la persistencia de su acción. Partiendo de lo propuesto por varios autores, las fuentes de contaminación se pueden clasificar, según el tipo de actividad humana, agrupándolas como sigue: •

Contaminación por la vida del hombre en comunidad.

•

Contaminación ocasionada por actividades agrícolas (pesticidas, abonos y otros contaminantes).

•

Contaminación causada por actividades pecuarias.

•

Contaminación originada por la extracción, procesamiento y distribución de hidrocarburos.

•

Contaminación producida por actividades mineras.

•

Contaminación ocasionada por actividades industriales.

1.4 Evacuación de las aguas residuales El principio básico para el diseño de un sistema de evacuación, es lograr un servicio eficiente, seguro y económico, maximizando los aspectos técnicos y minimizando los costos. En los países en desarrollo como el nuestro, la premisa de la optimización debe merecer la mayor atención al efectuar el planeamiento del diseño de un sistema de evacuación, debido a que en este tipo de proyectos se maneja por una parte, aspectos relacionados con las mejoras de la salud poblacional y por otra, aspectos de tipo económico que generan gravámenes a la economía familiar. Bajo las anteriores consideraciones y tomando en cuenta la metodología más adecuada en el proceso de diseño de un sistema de evacuación, se considerarán los levantamientos de datos y elementos básicos siguientes: estudios de tuberías verticales y horizontales, que permiten 8

Capítulo I Suministro de Agua transportar las aguas residuales de los niveles superiores hasta el sistema de colector de la edificación.

1.5 Estadística de consumo La estadística de consumo se deberá a un estudio de densidad de población para reflejar su distribución de manera zonificada, la densidad actual y la máxima densidad esperada. Según la Norma Técnica para Sistemas de Alcantarillado de Aguas Residuales NB 688 la dotación media diaria es como sigue en la tabla 1.3 Tabla 1.3 DOTACIÓN MEDIA (l/hab/día) ZONAS

ALTIPLÁNICA DE LOS VALLES DE LOS LLANOS

POBLACIÓN Hasta 500 hab

De 500 a 2000

De 2000 A 5000

De 5000 A 20000

De 2000 a 100000

Mas de 100000 hab

30-50 50-70 70-90

30-70 50-90 70-100

50-80 70-100 90-120

80-100 100-140 120-180

100-150 150-200 200-250

150-250 200-300 250-350 Fuente: NB 688, 2001

1.6 Características físico - químico del agua Las características físicas son en muchos casos relativamente fáciles de medir, algunas de las cuales se las puede observar fácilmente, a continuación dichas características: 1. Temperatura. Básicamente importante por su efecto en otras propiedades, por ejemplo, aceleración de reacciones químicas, reducción en la solubilidad de los gases, intensificación de sabores y olores, etc. 2. Sabor y olor. Debido a las impurezas disueltas, frecuentemente de naturaleza orgánica, por ejemplo, fenoles y clorofenoles. Son propiedades subjetivas qué son difíciles de medir. 3. Color. Aun el agua pura no es incolora; tiene un tinte azul verdoso pálido en grandes volúmenes. Es necesario diferenciar entre el color verdadero debido al material en solución y el color aparente debido a la materia suspendida. El color amarillo natural en el agua de las cuencas altas se debe a ácidos orgánicos que no son de ninguna manera dañinos y que son similares al ácido tánico del té. Sin embargo, los consumidores rechazan el agua cuando está muy coloreada por razones estéticas y para ciertos usos industriales puede ser inaceptable, por ejemplo, la producción de papel artístico de alta calidad. 4. Temperatura. Básicamente importante por su efecto en otras propiedades, por ejemplo, aceleración de reacciones químicas, reducción en la solubilidad de los gases, intensificación de sabores y olores, etc. 5. Sabor y olor. Debido a las impurezas disueltas, frecuentemente de naturaleza orgánica, por ejemplo, fenoles y clorofenoles. Son propiedades subjetivas qué son difíciles de medir.

9

Capítulo I Suministro de Agua 6. Color. Aun el agua pura no es incolora; tiene un tinte azul verdoso pálido en grandes volúmenes. Es necesario diferenciar entre el color verdadero debido al material en solución y el color aparente debido a la materia suspendida. El color amarillo natural en el agua de las cuencas altas se debe a ácidos orgánicos que no son de ninguna manera dañinos y que son similares al ácido tánico del té. Sin embargo, los consumidores rechazan el agua cuando está muy coloreada por razones estéticas y para ciertos usos industriales puede ser inaceptable, por ejemplo, la producción de papel artístico de alta calidad. 7. Turbidez. La presencia de sólidos coloidales le da al líquido una apariencia nebulosa que es poco atractiva y puede ser dañina. La turbiedad en el agua pueden causarla partículas de arcilla y limo, descargas de agua residual, desechos industriales o a la presencia de numerosos microorganismos. 8. Sólidos. Éstos pueden estar presentes en suspensión, en solución o ambos y se dividen en materia orgánica y materia inorgánica Los sólidos disueltos totales (SDT) se deben a materiales solubles, mientras que los sólidos en suspensión (SS) son partículas discretas que se pueden medir al filtrar una muestra a través de un papel fino. Los sólidos sedimentables son aquellos removidos en un procedimiento estándar de sedimentación con el uso de un cilindro de 1 litro. Se determinan como la diferencia entre los SS en el sobrenadante y los SS originales en la muestra. 9. Conductividad eléctrica (K). La conductividad de una solución depende de la cantidad de sales disueltas presentes y para soluciones diluidas es aproximadamente proporcional al contenido de SDT. En cuanto a las características químicas tienden a ser más específicas en su naturaleza que algunos de los parámetros físicos y por eso son más útiles para evaluar las propiedades de una muestra de inmediato. En este punto es conveniente establecer algunas definiciones químicas básicas: 1. pH. La intensidad de acidez o alcalinidad se mide en la escala de pH, que en realidad mide la concentración de iones de hidrógeno presentes. 2. Potencial oxido - reducción. En cualquier sistema que experimenta oxidación hay un cambio continuo entre los materiales en la forma reducida y aquellos en la forma oxidada. 3. Alcalinidad. Es debida a la presencia de bicarbonato HCO3, carbonato CO3=, o hidróxido OH. La mayoría de la alcalinidad natural en las aguas la causa el HCO3 producido por la acción del agua subterránea en piedra caliza o yeso: La alcalinidad es útil en el agua natural y en las aguas residuales porque proporciona un amortiguamiento para resistir los cambios en el pH. Normalmente se divide en alcalinidad cáustica, por encima del pH 8.2 y alcalinidad total, por encima del pH 4.5. La alcalinidad puede existir hasta un pH de 4.5 debido a que el HCO3 no se neutraliza completamente sino hasta que se alcanza este pH. La cantidad de alcalinidad presente se expresa en términos de CaCO3. 4. Acidez. La mayoría de las aguas naturales y el agua residual doméstica son amortiguadas por un sistema de CO2 - HCO3. El ácido carbónico H2CO3 no se neutraliza totalmente hasta un pH de 8.2 y no disminuye el pH por debajo de 4.5. Así, la acidez del CO2 ocurre dentro de un pH de 8.2 a 4.5, la acidez mineral (casi siempre debida a desechos industriales) se presenta por debajo de un pH de 4.5. La acidez se expresa en términos de CaCO3. 5. Dureza. Es la propiedad del agua que evita que el jabón haga espuma y produce incrustaciones en los sistemas de agua caliente. Es debida principalmente a los iones metálicos Ca++ y Mg++ aunque también son responsables Fe++ y Sr++. No representa riesgo para la salud, pero las desventajas económicas del agua dura incluyen un consumo excesivo de jabón y costos más altos de combustible. La dureza se expresa en términos de CaCO3. 10

Capítulo I Suministro de Agua 6. Demanda de oxígeno. Los compuestos orgánicos por lo regular son inestables y pueden oxidarse biológica o químicamente para obtener productos finales estables, relativamente inertes, tales como C02, N03, H20. La indicación del contenido orgánico de un desecho se obtiene al medir la cantidad de que se requiere para su estabilización. a) Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Mide la cantidad de oxigeno que requieren los microorganismos mientras descomponen la materia orgánica. b) Valor de permanganato (VP). Es la oxidación química que usa una permanganato de potasio.

solución de

c) Demanda química de oxígeno (DQO). La oxidación química que usa una mezcla hirviendo de dicromato de potasio y ácido sulfúrico concentrado. 7. Cloruro. Responsable por el sabor salobre en el agua, es un indicador de posible contaminación del agua residual debido al contenido de cloruro de la orina. El sabor del Cl se hace presente con 250-500 mg/l, aunque una concentración hasta de 1500 mg/l es poco probable que sea dañina para consumidores en buen estado de salud. Las aguas residuales industriales tienen también otras características químicas especializadas que se pueden evaluar, por ejemplo, la presencia de metales tóxicos, cianuro, fenoles, grasas y aceites, etcétera.

1.7 Esterilización del agua A fin de obtener grandes cantidades de agua para consumo humano se requiere la esterilización para eliminar las bacterias dañinas. El cloro, debido a su gran eficiencia cuando se usa en cantidades pequeñas, es el reactivo mas común para esterilizar el agua. Su acción germicida en pequeñas dosis se debe a la destrucción de enzimas necesarias para la existencia de microorganismos. También posee considerable poder oxidante, lo que favorece la destrucción de materia orgánica. La dosis de cloro está regulada estrictamente, de modo que haya suficiente cantidad para exterminar cualquier bacteria presente sin que el agua adquiera un sabor desagradable. El cloro se almacena en forma de gas en cilindros de acero desde los cuales se inyecta al agua mediante equipo automático. En la figura 1.2 se muestran detalles de una planta de cloración que inyecta automáticamente la cantidad correcta de cloro a una tubería principal de agua.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

Fig. 1.2 Esquema de una planta de cloración 11

Capítulo I Suministro de Agua

1.8 Ablandamiento del agua Las aguas duras no son adecuadas para instalaciones domésticas porque para producir espuma se requiere más jabón que cuando se usa agua blanda. El término "dureza" se refiere a la dificultad de obtener espuma con jabón. El agua de dureza permanente puede ablandarse con carbonato de sodio, que produce la precipitación del carbonato de calcio, dejando una solución de sulfato de sodio soluble. El agua temporalmente dura se ablanda usando cal apagada, que absorbe el bióxido de carbono del bicarbonato presente en el agua y provoca la precipitación de carbonato insoluble y la eliminación de la dureza temporal. La cal apagada se usa junto con carbonato de sodio en lo que se denomina método de ablandamiento del agua por el proceso cal - sosa.

1.9 Otras impurezas El amoniaco albuminoide indica la existencia de materia orgánica sin descomponer y proporciona al agua un sabor y olor desagradables. Los nitritos constituyen un peligro especial, ya que indican la presencia de contaminación orgánica. En el proceso de oxidación de la materia orgánica, los nitritos representan la etapa de transición entre amoniaco y nitratos. Los nitratos significan contaminación pasada y su presencia sin nitritos indica que la materia orgánica se ha oxidado por completo. En determinadas cuentas la calidad del agua para consumo humano debe estar libre de bacterias dañinas y materia en suspensión; debe ser incolora, de sabor agradable y, por razones de salud, moderadamente dura.

1.10

Filtración del agua

El objetivo básico de la filtración es separar las partículas y microorganismos objetables, que no han quedado retenidos en los procesos de coagulación y sedimentación. En consecuencia el trabajo que los filtros desempeñan, depende directamente de la mayor o menor eficiencia de los procesos preparatorios. Aquí describiremos tres tipo de filtración: filtros de arena de acción lenta, filtros a presión y filtros domésticos.

1.10.1 Filtros de arena de acción lenta La forma más simple de filtro es aquélla en que el agua pasa por electo de la fuerza de gravedad a través de capas de arena y grava (véase la figura 1.3). Cuando el filtro se usa por primera vez, actúa como un colador al retirar la materia suspendida, pero sin eliminar las bacterias dañinas. Sin embargo, con el tiempo se forma materia coloidal en los intersticios de los granos de arena. Esta película gelatinosa impide el paso de bacterias dañinas, pero gradualmente reduce el paso de agua hasta un punto en que se vuelve necesario retirar los sedimentos acumulados. En el proceso se elimina cierta cantidad de arena, por lo que es indispensable colocar más.

12

Capítulo I Suministro de Agua En la figura 1.4 se muestran un filtro y una cisterna de almacenamiento idóneos para un sistema de abastecimiento de agua pequeño y de uso privado.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

Fig.1.3 Corte longitudinal de un filtro de acción lenta.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

Fig. 1.4 Filtro de arena de acción lenta de un pequeño sistema de suministro de agua de uso privado, para una capacidad mínima de 6820 lts.

1.10.2 Filtros a presión Se componen de cilindros de acero con el fondo lleno de grava y el resto de arena (véase la figura 1.5). El agua entra por la parte superior y es captada en una placa perforada en el fondo, la cual cuenta con un tubo de salida. El principio de operación es el mismo que el filtro por gravedad o de arena de acción lenta, pero como el agua que entra lo hace a presión, el proceso de filtración es mucho más rápido. La eficiencia del filtro aumenta al agregar una pequeña dosis de sulfato de aluminio al agua de entrada, el cual forma una película gelatinosa en la parte superior de la arena. La arena es limpiada por corrientes de agua limpia y lavada con aíre comprimido. El cilindro puede medir hasta 2.7 m de diámetro y la razón de filtración puede alcanzar hasta 12 m3 por m2 de superficie horizontal por hora. 13

Capítulo I Suministro de Agua

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

Fig. 1.5 Filtro a presión de tipo vertical

1.10.3 Filtros domésticos El filtro consta de un cilindro de porcelana porosa sin vitrificar (o granalla de carbónactivado) a través del cual fluye el agua por filtrar. El filtro se limpia periódicamente con agua hirviendo y se impregna con una solución de nitrato de plata, que tiene un efecto esterilizador sobre el agua. Para pasar volúmenes mayores de agua es posible obtener filtros en baterías contenidas en un cilindro. Los tipos que se muestran en la figura 1.6 se pueden conectar a cualquier grifo de salida de agua potable.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” ,1998

Fig. 1.6 Filtros domésticos. 14

Capítulo II Aparatos Sanitarios

II

Aparatos sanitarios

2.1 Introducción Se denominan aparatos o muebles sanitarios a los equipos que se utilizan para la realización de funciones higiénicas mediante el uso del agua. Estos cumplen diferentes funciones a partir de las cuales se ha realizado la siguiente clasificación. Dicha clasificación no comprende equipos especializados, como por ejemplo para uso médico, peluquerías y barberías, u otros, sino aquellos utilizados fundamentalmente en viviendas y espacios sanitarios. No obstante lo anterior, en el desarrollo del tema se hará referencia a las nuevas tendencias en el desarrollo de aparatos sanitarios, tanto de uso general como algunos especializados.

2.2 Aparatos sanitarios Según su clasificación los aparatos sanitarios se clasifican en:

PLANTA

CORTE 8 6 7 5 1

4

3 2

1. INODOROS Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 2.1 Inodoro. La búsqueda de idoneidad fisiológica ha logrado un gran desarrollo y perfección en su funcionamiento, unido a la búsqueda de reducciones en el consumo de agua. Todos los que se producen actualmente tienen la sifa incorporada al aparato. Según el gráfico se puede señalar las siguientes partes: 1. Orificio de entrada 15

Capítulo II Aparatos Sanitarios 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Partes para la fijación y soporte del aparato Orificio de descarga Ø 4” Sifón Anillo de distribución de agua de limpieza Superficie de asiento Tanque Palanca de desalojo

El retrete denominado “a la turca” figura 2.2, consiste simplemente en una placa de fundición esmaltada o de loza, que lleva un orificio de 15 a 20 centímetros de diámetro y dos siluetas en forma de plantillas estriadas, para no resbalar, sobre las que se apoyan los pies. La placa recibe una cierta inclinación hacia dicho orificio para asegurarse la evacuación de orines. Estos retretes se destinan solamente a talleres, cuarteles, oficinas, almacenes, etc., y sobre todo a evacuatorios públicos. El depósito de descarga de los retretes puede ser de cisterna alta o sifónico, en que el depósito se halla situado al nivel de la parte superior de la taza.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE”, 1998

Fig. 2.2 Inodoro a la “turca” destinado a talleres, locales, oficinas, etc.(unidades en mm). El funcionamiento de los tanques es como sigue: en ambos sistemas figuras 2.3 y 2.4, él deposito esta provisto de una válvula de cierre automático S, conectada con un flotador F, el cual cierra la entrada del agua al llegar ésta a un cierto nivel. En el de descarga a voluntad figura 2.3, al tirar de la cadena C, se levanta la palanca P y ésta obliga a la válvula M a ascender, dando lugar a la salida del agua, pero ésta cesa de salir en cuanto se deja caer dicha válvula. En el de descarga fija, figura 2.4, al accionar la cadena C, la palanca P hace que se eleve la campana B cerrándose el sifón H y verificándose la descarga total de la cisterna. La capacidad normal de estos depósitos es de unos 8 litros. Para que haya suficiente presión, la altura del depósito de descarga sobre el nivel de la taza, no debe ser inferior a 2 metros. El tubo de salida del agua no ha de presentar ángulos para que no ocasionen pérdidas de carga.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE” , 1998

Fig. 2.3 Sistema de descarga a voluntad.

Fig. 2.4 Sistema de descarga fija. 16

Capítulo II Aparatos Sanitarios Los depósitos sifónicos son más silenciosos y de aspecto más agradable que los anteriormente descritos, teniendo un mayor consumo de agua, pues la falta de presión se compensa con el mayor volumen de aquélla; su capacidad es de unos 15 litros. El funcionamiento de estos de pósitos es como sigue figura 2.5; cuando se maniobra la palanca P, la bola G sube y permanece levantada por la presión del agua hacia arriba. Por C empieza a salir el agua del depósito y al mismo tiempo va descendiendo el flotador F, con lo cual se abre la válvula V y de nuevo penetra agua por E procedente del tubo de alimentación R. Al bajar el nivel del agua en el depósito, la bola G comienza a descender también hasta que, a causa de la aspiración producida por el líquido al salir se encaja en C, con lo que se cierra el paso del agua terminando, por consiguiente, la descarga. El depósito continúa llenándose hasta que el flotador F obtura la entrada del agua por medio de V, al llegar al máximo nivel. A través del tubito T, entra en el conducto A un pequeño volumen de agua, cuya misión es reconstruir el cierre hidráulico del sifón que ha quedado vacío por autosifonamiento al originarse la descarga.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE” , 1998

Fig. 2.5 Tanque para inodoros sifónicos. 2.

URINARIOS Los urinarios o mingitorios están destinados exclusivamente a servicios higiénicos masculinos. Se distinguen dos tipos: el de taza o cubeta figura 2.6 izquierda y el de placa vertical figura 2.6 derecha, fabricándose ambos en todos los materiales que se menciona en lo posterior. Los urinarios de taza tienen su cara posterior plana a fin de poderlos fijar en la pared, y la interior dirigida hacia delante y hacia arriba, presentando un saliente o pico para recoger mejor los orines. En la parte superior se halla el tubo de descarga, que permite mediante un pulsador que caiga el agua dentro de la taza y guiada por su reborde bañe la superficie interior de la misma. En la parte inferior está el tubo de desagüe. Estos urinarios son los que suelen emplearse en las viviendas; los de placa vertical se adoptan, generalmente, en evacuatorios públicos. El agua se vierte en los urinarios de placa vertical a través de tubos perforados, en forma de lluvia que escurre sobre las superficies mojadas por la orina, o por la descarga de depósitos automáticos, sistema preferible por resultar más económico y al propio tiempo de acción más enérgica. La evacuación se verifica a lo largo de regueras situadas en el pavimento, delante 17

Capítulo II Aparatos Sanitarios de las placas.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE” , 1998

Fig. 2.6 Urinarios. 3. BAÑERAS Las bañeras pueden ser: normales con patas, rectangulares para revestir con azulejos y las que no necesitan de este revestimiento por tener el paramento exterior vertical del mismo material de la bañera. Se construyen en fundición esmaltada o gres aporcelanado. Suelen llevar conectada una ducha de brazo fijo o flexible. Las bañeras disponen de un grifo para agua fría y otro para agua caliente; si hay ducha acoplada existen dos grifos para la bañera y otros dos para la ducha. A veces, se instalan dos grifos solamente y un transfusor para enviar el agua a la bañera o hacia la ducha. Otro dispositivo colocado frecuentemente, es el hidromezclador, que permite usar agua fría, caliente o bien una mezcla de ambas consiguiendo la temperatura deseada.

Fuente: CORTESÍA MOTEL “STATUS”

Fig. 2.7 Bañera empotrada.

Fig. 2.8 Bañera con revestimiento de cerámica.

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Capítulo II Aparatos Sanitarios

Fuente: CORTESÍA MOTEL “PARADISE”

Fig. 2.9 Bañera jacuzzi.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” , 1998

Fig. 2.10 Instalación de la bañera. 4. LAVABOS Los lavabos se fabrican, generalmente, en loza y porcelana vitrificada, pudiendo ser por su forma, rectangulares, que son los más corrientes; semicirculares, ovales, etc. Pueden estar apoyados sobre un pedestal del mismo material que el lavabo figura 2.11, sobre ménsulas figura 2.12. Estos lavabos están situados a una altura de 0.70 a 0.80 metros sobre el nivel del pavimento.

Fuente: CORTESIÁ DE “JEISS”

Fig. 2.11 Lavabo sobre pedestal del mismo material. 19

Capítulo II Aparatos Sanitarios

Fuente: CORTESÍA DE “CAVERO CONSTRUCCIONES”

Fig. 2.12 Lavabos sobre ménsulas

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” , 1998

Fig. 2.13 Lavabo en corte y planta En fábricas, cuarteles, escuelas, etc., tienen aplicación los lavabos colectivos figura 2.14 utilizables por varias personas a la vez. Se construyen en fundición esmaltada, gres o loza, poseyendo un solo desagüe. Cuando se quiere aprovechar espacio; se adoptan los lavabos colectivos circulares figura 2.15 de fundición esmaltada o gres aporcelanado. Están provistos de seis grifos y un sólo desagüe.

20

Capítulo II Aparatos Sanitarios Los lavabos pueden tener dos grifos: uno para agua fría y otro para agua caliente, o dos grifos y un solo caño para mezclarlas. Para evitar un excesivo consumo de agua, en muchas ocasiones se procede a la instalación de grifos de cierre automático, que funciona mientras la mano hace presión sobre la palanca. Como el cierre en estos grifos se produce instantáneamente, no se pueden impedir los golpes de ariete.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE”, 1998

Fig. 2.14 Lavabos colectivos

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN VIVIENDAS “ORTEGA JOSE” , 1998

Fig. 2.15 Lavabo colectivo circular 5. DUCHAS Las duchas pueden montarse sobre la bañera o sobre un “plato” dispuesto en el suelo con objeto de recoger el agua vertida figura 2.16. Este plato, habitualmente, es de forma cuadrada, de fundición esmaltada o gres aporcelanado y con dimensiones que oscilan entre 70 y 80 centímetros de lado y una altura de 20 a 30 centímetros. El sitio ocupado por la persona debe estar rodeado de una cortina para impedir que el agua caiga fuera de la bañera o del recipiente 21

Capítulo II Aparatos Sanitarios citado. En las duchas aisladas, la grifería es idéntica a la de las duchas conectadas con las bañeras, o sea, un grifo para agua fría, otro para el agua caliente y un mezclador. Por otro lado también esta permitido la conexión de duchas eléctricas, muy utilizadas en nuestro medio, claro esta con la supervisión de un entendido en conexiones eléctricas, pues una mala conexión resultaría peligrosa, llevando al usuario a la electrocución.

Fuente: CORTESÍA DE “CAVERO CONSTRUCCIONES”

Fig. 2.16 Ducha con base “plato” ,box y cortina 6. BIDES. Estos aparatos sanitarios figura 2.17 se destinan tanto para la higiene íntima masculina como para la femenina. Se fabrican en loza y porcelana vitrificada y se diferencian según posean o no, ducha vaginal. La alimentación de agua se efectúa por el interior del borde y también por la ducha que tiene la cubeta en el fondo, esto en los modelos de lujo. En los corrientes, la entrada del agua se realiza exclusivamente por el borde. Los bidés pueden llevar dos grifos (uno para agua fría y otro para agua caliente) y un transfusor que permite dirigir el agua al reborde o a la ducha vaginal, o bien cuatro grifos (dos fría y caliente para la entrada del agua por el borde y otros dos fría y caliente para la ducha). 7. LAVAPLATOS Los lavaplatos se utilizan para el lavado de la vajilla, pudiendo ser de una o dos cubetas figuras 2.18; se instalan, por lo general, empotrados en el poyo de la cocina. Los materiales empleados en su fabricación son: mármol, granito, gres, porcelana vitrificada, fundición esmaltada y gres aporcelanado; también se construyen con ladrillos y hormigón, revistiéndose interiormente con azulejos. 22

Capítulo II Aparatos Sanitarios

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL” , 1998

Fig. 2.17 Bidé.

Fuente: CORTESÍA DE “CAVERO CONSTRUCCIONES”

Fig. 2.18 Lavaplatos. El fondo de los lavaplatos tendrá una ligera pendiente hacia el desagüe, el cual irá provisto de una rejilla para impedir el paso de las partículas que puedan provocar obstrucciones. Los lavaplatos están equipados con un escurreplatos estriado dispuesto con cierta inclinación, a fin de que el agua procedente del lavado de la vajilla vaya a parar a aquéllos. El escurreplatos 23

Capítulo II Aparatos Sanitarios es, corrientemente, del mismo material que el fregadero. La grifería se compone de dos grifos: uno para agua fría y otro para agua caliente. Si el fregadero es de dos cubetas, una disposición muy practica consiste en colocar dos grifos de mezcla y un caño giratorio que enviará el agua a una u otra cubeta. 8. LAVANDERÍA La lavandería o se usa para la limpieza de la ropa. Su forma es la de un recipiente rectangular que lleva en su parte superior un plano inclinado con estrías, sobre el que se frota y golpea la ropa al lavarla. Los lavaderos se fabrican en mármol, hormigón armado, etc. Sus dimensiones varían desde 0.70 a 1.80 metros de longitud por 0.60 a 0.90 metros de anchura y una profundidad de 0.40 a 0.60 metros figura 2.19. Antiguamente, las lavanderías se ubicaban en las azoteas y terrazas de las casas de vecindad, en una vecindad se construía de piedra y eran utilizados por los vecinos correlativamente en un día determinado de la semana. En la actualidad se instalan las lavanderías unifamiliares, o sea, que cada vivienda posee su lavandería, el cual se dispone en el lugar más ventilado de aquélla, por regla general, el patio, callejones.

Fuente: CORTESÍA INGO. ESCALERA

Fig. 2.19 Lavandería. 9. AGRUPACIÓN DE APARATOS SANITARIOS. Si los urinarios son de taza, han de colocarse a un metro de altura sobre el suelo y también separados mediante dichos tabiquillos figura 2.20. Cada urinario llevará un sifón. Una batería de retretes consta de varias tazas, generalmente, alineadas, que desaguan en un mismo tubo colector dispuesto con cierta pendiente. Cada taza debe ir dotada de su correspondiente depósito de descarga y el conducto de ventilación establecido en el sifón. También los lavabos pueden ir montados en batería, teniéndose que adoptar las mismas precauciones que en las instalaciones anteriores, o sea, que cada aparato estará provisto de un sifón con su respectiva tubería de ventilación. Todos los lavabos desaguan en una sola tubería colectora Las duchas pueden instalarse en grupo con las mismas disposiciones que las baterías de aparatos sanitarios antes mencionadas. Todas estas agrupaciones de aparatos sanitarios, se aplican en edificios de carácter público (talleres, cuarteles, fábricas, evacuaciones, colegios, etcétera).

24

Capítulo II Aparatos Sanitarios

Fuente: CORTESÍA BAR PENSIÓN “EL COLONIAL”.

Fig. 2.20 Agrupación de aparatos sanitarios (urinarios).

2.3 Materiales utilizados en la fabricación de aparatos sanitarios Los aparatos sanitarios se fabrican de los siguientes materiales: •

Porcelana (normal ó vitreous china)

•

Fundición esmaltada

•

Acero inoxidable

•

Fibrocemento

•

Mortero armado

•

Plástico (cloruro de polivinilo o poliester con fibra de vidrio)

•

La porcelana normal se fabrica a base de caolín, arena, feldespato y creta, todo lo cual se hornea al mismo tiempo que la envoltura de esmalte del aparato hasta su vitrificación. Tiene un grado de contracción alto, lo cual limita su empleo a aparatos de dimensiones medianas. Actualmente este tipo de material ya no es muy utilizado a no ser artesanalmente.

•

La porcelana especial llamada vitreous china no se agrieta, y es además muy resistente e impermeable, lo que permite emplearla en aparatos de mayor tamaño. Se utiliza generalizadamente.

•

La cerámica vitrificada es muy resistente a la contracción. Por lo que se puede utilizar en aparatos de grandes dimensiones. La capa superficial de los aparatos se logra en el mismo proceso cocción mediante la aplicación de varios componentes. 25

Capítulo II Aparatos Sanitarios •

La fundición esmaltada fue el primer material utilizado para aparatos sanitarios. Si bien la resistencia del aparato es muy buena, la capa superficial de esmalte (aplicada al fuego) es dañada por ácidos, perdiendo además propiedades a largo del tiempo de uso y soportando los golpes y el uso intensivo. Actualmente esta prácticamente en desuso.

•

El acero inoxidable está siendo utilizado cada vez mas por su apariencia agradable, larga duración y facilidades de conformación, sobre todo en lavaplatos para las cocinas domesticas y de instalaciones gastronómicas. La variante al cromo níquel cumple extraordinariamente los requisitos de presentación y durabilidad.

•

El fibrocemento y el mortero armado se utilizan para la fabricación semiartesanal de lavaderos y vertederos, aunque tiene mal comportamiento en presencia de jabones ácidos, siendo además relativamente frágiles.

•

El plástico acrílico esta sustituyendo poco a poco a los materiales anteriores. Ha sido probado ya en todos los tipos de aparatos, imponiéndose poco a poco, aun cuando su durabilidad es mucho menor que la de los materiales tradicionales, debido a su bajo costo, y facilidades de instalación y de reparación.

•

El poliéster reforzado con fibra de vidrio es mucho mas duro que el plástico acrílico, aunque son mas costosos, con este material se fabrican bañeras y lavamanos que deben poseer un buen acabado con recubrimientos delegados, se desgastan con la limpieza lo que deja expuesta a la fibra de vidrio.

•

El terrazo es un material que permite la elaboración in situ de dispositivo a de gran tamaño. Algunas veces, el material se usa para lavamanos, bañeras, fuentes y pilas para lavar. El material es muy fuerte por lo que es capaz de resistir el uso intenso; también proporciona al arquitecto una gran flexibilidad en el diseño.

2.4 Características que deben reunir los aparatos sanitarios. Las condiciones sanitarias que deben tener los aparatos sanitarios son las siguientes: •

Estar conformados con materiales no absorbentes, su superficie debe ser pulida, evitando los rebordes o espacios donde pueda acumularse suciedad, polvo, etc., y de fácil limpieza.

•

Estar diseñados de forma tal que nunca puedan comunicarse las aguas de alimentación y evacuación, evitándose inclusive el retroceso del flujo hacia la tubería de alimentación.

Condiciones de funcionamiento: •

Evacuar rápidamente las aguas alejándolas de los aparatos.

•

Ser lo mas silenciosos posible en su funcionamiento.

•

Resistir el uso al que estarán sometidos.

Otras características: •

Ser de fácil instalación.

•

Tener un bajo costo de mantenimiento. 26

Capítulo II Aparatos Sanitarios •

Ser ligeros y resistentes.

Existen características adicionales que tienen que ver con la calidad del producto que sale de la fábrica, las que no están consideradas.

27

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

III

Tuberías, válvulas y accesorios para redes de alimentación y evacuación

3.1 Tuberías: clasificación según sus materiales y tipos El diámetro efectivo de un tubo, desde el punto de vista hidráulico, es su diámetro interior. Como el diámetro exterior dependerá del espesor de las paredes, se utiliza, sobre todo para los valores de diámetros pequeños, el valor del diámetro comercial coincidiendo con el interior. Así, cuando se refiera a tuberías de 25 mm ese valor corresponderá al diámetro interior y será algo mayor, en función del espesor de sus paredes, para el diámetro exterior, aspecto que debe tenerse en cuenta cuando es necesario empotrar la tubería en el interior de los muros, o ubicarla en conductos o paneles Para él estudio del flujo en una tubería resulta muy importante conocer el tipo de régimen de circulación que ocurrirá en su interior. De forma muy general, los regímenes de flujo pueden ser con condiciones forzadas, cuando la presión en el interior es diferente a la presión atmosférica y con conducciones libres cuando en el interior de la tubería existe la presión atmosférica. El primer caso coincide con la situación que ocurre en los sistemas de alimentación, y para su estudio pueden aplicarse todas las expresiones de cálculo de la cinemática y dinámica de los fluidos. El segundo caso abarca, entre otros, la evacuación de aguas servidas, durante la cual los conductos o tuberías estarán parcialmente llenos, y algunas veces vacíos. Los métodos de cálculo son empíricos y la aplicación de formulas exactas resulta difícil. La clasificación de las tuberías según sus materiales pueden ser: 1. Hierro: -

De fundición Forjado

-

Sin protección Galvanizado

-

Simple Armado Pretensado

2. Acero:

3. Hormigón:

4. Asbesto – cemento 5. Cerámica: 29

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación -

Vidriada Vitrificada

-

Rígido Flexible

-

Rígido (policloruro de vinilo) Flexible (polietileno) Semirígido

6. Cobre:

7. Plástico:

8. PVC Las instalaciones hidráulicas precisan de materiales muy resistentes al impacto y a la vibración. Esos materiales son generalmente el cobre y el fierro galvanizado. La tubería de fierro galvanizado se utiliza cuando la tubería y piezas especiales se encuentran expuestas a la intemperie y al paso de las personas y maquinaria o equipo que pudieran golpearla de manera accidental. La tubería de cobre es empleada en instalaciones ocultas o internas, ya que resiste muy bien la corrosión y sus paredes son lisas, por lo que reducen las pérdidas de carga. Para evitar que se dañe, por ser menos resistente al trabajo intenso, es conveniente localizar la tubería en el interior de la construcción. Algunos factores importantes para elegir el material adecuado para la instalación que se va a diseñar son: el costo del mismo, la mano de obra calificada que se puede requerir, la disponibilidad del material, así como su durabilidad. Por lo que al costo se refiere, el cobre supera en mucho al del fierro galvanizado. También requiere de un instalador más especializado que el que instala fierro galvanizado. El cobre tiene la propiedad de recubrirse al contacto del aire, con una capa de oxido que no penetra en el metal; es superficial y lo protege indefinidamente. Aprovechando las cualidades del metal, de poder ser fácilmente trabajado en frío y de que con este trabajo va adquiriendo una dureza paulatina, las tuberías hechas con cobre permiten una forma de unión muy resistente con la llamada soldadura capilar, con materiales de bajo punto de fusión, eliminando la tradicional rosca usada en otros tipos de tuberías y reduciendo, por consiguiente, el espesor de la pared del tubo. Existen en el mercado, tres tipos de tubería de cobre para instalaciones hidráulicas, el tipo "M" el tipo "L" y el tipa "K". Los tipos de tubería de cobre que mayor uso tienen en las instalaciones comunes son los dos primeros. El tipo "M" es fabricado en longitudes estándar (6.10 m), de pared delgada, con diámetros nominales de 9.5 mm (3/8") y 51 mm (2"). Este tipo satisface las necesidades normales de una instalación hidráulica de una casa o edilicio y soporta con un gran margen de seguridad las presiones usuales utilizadas en dichas construcciones. El tipo “L" tiene la pared un poco mas gruesa que el tipo anterior y es fabricado en longitudes de 6.10 m y en rollos de 15 m. Normalmente, este tipo se emplea cuando las exigencias de la instalación son más severas, por ejemplo, servicio de agua caliente o vapor en hoteles o baños públicos, gas, instalaciones de refrigeración, etc. 30

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

El tipo "K" es empleado para instalaciones industriales y el espesor de su pared es aun más gruesa que la del tipo anterior. Se caracteriza por tener gran resistencia a las altas presiones.

3.1.1 Conexiones para tubería de cobre La tubería de cobre para instalaciones hidráulicas se une o conecta con conexiones de bronce o de cobre tipo soldable. Este tipo de conexión posee algunas características importantes, como son las siguientes: •

Las conexiones están fabricadas a dimensiones exactas, lo que es esencial para lograr uniones perfectas y sin fugas.

•

Estas conexiones están diseñadas para ofrecer un mínimo de resistencia a la corriente de agua.

•

La instalación es rápida, segura y económica.

3.1.2 Tuberías de fierro galvanizado El uso de fierro galvanizado en las instalaciones hidráulicas es, fundamentalmente, en tuberías exteriores. Esto es por la alta resistencia a los golpes, proporcionada por su propia estructura interna y por las gruesas paredes de los tubos y conexiones hechos con este material. La materia básica que constituye el fierro galvanizado es principalmente hierro, del cual se hace una fundición maleable para conseguir tubos y piezas especiales, las cuales se someten posteriormente al proceso de galvanizado. El galvanizado es un recubrimiento de zinc, que se obtiene por inmersión en caliente, hecho con la finalidad de proporcionar una protección a la oxidación y en cierto porcentaje a la corrosión. En este proceso, el zinc a alta temperatura, se hace una aleación con el metal de Ia pieza de hierro formando una capa de cinacato de hierro, que es la que proporciona esta protección. Con el paso del agua a presión durante largo tiempo, el recubrimiento de zinc se va perdiendo y la oxidación y la corrosión del material se empieza a producir desprendimiento, dependiendo de la calidad del agua, pudiendo llegar a disminuir considerablemente la sección transversal de la tubería, debido a los depósitos de carbonatos u óxidos formados en sus paredes. Las tuberías y conexiones de fierro galvanizado están fabricadas para trabajar a presiones máximas de 10.5 kg/cm2 y 21.2 kg/cm2 . La aplicación más común de la tubería galvanizada cédula 40 se encuentra en los siguientes casos: a) Para servicio de agua caliente y fría en instalaciones de construcciones que se consideran como económicas, debido a su costo relativamente bajo. b) Se puede aplicar, aún cuando no es la mejor solución, para la conducción en baños públicos. c) Dada su característica de alta resistencia a los esfuerzos mecánicos, se puede usar para instalaciones a la intemperie. 31

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

d) En algunos sistemas de riego o suministro de agua potable en donde es necesario que por razones de su aplicación este en contacto directo y en forma continua con el agua y la humedad. En estas aplicaciones es necesario que se proteja la tubería con un buen impermeabilizante. Otras aplicaciones de tuberías son las siguientes: •

TUBERÍA NEGRA, DE TIPO ROSCADA O SOLDABLE

Se usa normalmente en aplicaciones particulares como:

•

¾

Conducción de combustibles como petróleo y diesel.

¾

Conducción de vapor y condensado.

¾

Conducción de aire a presión.

TUBERÍAS DE ASBESTO-CEMENTO CLASE A-7

Esta tubería se fabrica para presiones de 9.31 Kg/cm2 y longitudes de tramo de 3.95 metros, se aplica por lo general en grandes sistemas de riego y también para redes de abastecimiento de agua potable, este tipo de tubería ya no esta permitido. •

LOS HERRAJES Y CONECTORES

En las instalaciones hidráulicas y sanitarias, para unir tramos de tubería hacer cambios de direcciones con distintos ángulos y tener salidas para accesorios, se requieren de conectores y herrajes que permitan estos trabajos.

3.1.3 Materiales usados en trabajos de plomería TUBOS DE COBRE Tubo rígido: Usado para líneas de alimentación de agua fría y caliente, son ligeros y muy durables, se venden en tramos de 6 metros. Tubo flexible: Usado para líneas de alimentación de agua fría y caliente, se venden en tramos de 18 m a 30 m. TUBOS DE ACERO ROSCADO De acero galvanizado: Usado en líneas de agua fría y caliente, se emplea poco debido a su costo relativamente elevado, principalmente se aplica en tramos largos en edificios e industrias. De acero negro: Este se diferencia del galvanizado en que se deteriora más rápido tiene las mismas aplicaciones. 32

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Bronce: Usado en líneas de agua fría y caliente, es fácil de manipular y muy durable, pero de alto costo. Plástico: ABS. Se usa para drenajes y líneas de ventilación, es de color negro, es ligero y fácil de trabajar, se une con solventes y cementos especiales. PVC. Se usa para agua fría y para drenaje y ventilación, es de color crema, azul - gris o blanco, tiene las mismas propiedades y manejo que el tubo de plástico ABS. Fierro fundido: Se usa para cubos o centros, únicamente para drenajes y ventilación. Utiliza uniones de hule o neopreno.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.1 Distintos tipos de tuberías. TUBERÍA DE FIERRO FUNDIDO El fierro fundido tiene como materia prima el hierro, el cual se somete a un proceso de fundición. En este tratamiento se obtiene un hierro con un contenido de O.O5% de carbono, y puede ser considerado como acero extradulce, es decir, muy maleable. Su aplicación en las instalaciones sanitarias es muy extensa, ya que posee las siguientes características: •

La rigidez de este material, le da una alta resistencia a la instalación contra golpes. 33

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

•

No se ve afectada, ni su estructura interna ni su composición química, cuando es sometido a temperaturas someramente altas.

•

Su acoplamiento es perfecto ya sea por uniones espiga campana o con juntas de neopreno y abrazaderas de acero inoxidable. Sin embargo, el fierro fundido también tiene algunas desventajas, las cuales se mencionan a continuación: ¾

Su alto costo (comparado con el del PVC), lo hace en muchos de los casos antieconómico.

¾

El peso por metro lineal es alto, y esto puede reflejar en robustos soportes si la instalación fuera aérea.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”

Fig. 3.2 Tubería y conexiones de fierro fundido.

34

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.3 Conexiones de fierro fundido.

3.1.4 Tuberías de P.V.C. El policloruro de vinilo (P.V.C.) es un material plástico sintético, clasificado dentro de los termoplásticos, materiales que arriba de cierta temperatura se convierten en una masa moldeable, a la que se puede dar la forma deseada, y por abajo de esa temperatura se convierten en sólidos. En la actualidad, los materiales termoplásticos constituyen el grupo más importante de los plásticos comerciales, y entre estos, los de mayor producción son el PVC y el polietileno (PE). Como todos los materiales, las tuberías de drenaje presentan ventajas y limitaciones en cada uso específico, las cuales es necesario conocer para lograr mejores resultados en el uso de este tipo 35

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

de tuberías. Las ventajas más importantes son: 1. Ligereza. El peso de un tubo de PVC es aproximadamente la mitad del peso de un tubo de aluminio, y alrededor de una quinta parte del peso de un tubo de fierro galvanizado de las mismas dimensiones. 2. Flexibilidad. Su mayor elasticidad con respecto a las tuberías tradicionales, representa una mayor flexibilidad, lo cual permite un comportamiento mejor frente a estas. 3. Paredes lisas. Con respecto a las tuberías tradicionales, esta característica representa un 36

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación mayor caudal transportable a igual diámetro, debido a su bajo coeficiente de fricción; además, la sección de paso se mantiene constante através del tiempo, ya que la lisura de su pared no propicia incrustaciones ni tuberculizaciones. 4. Resistencia a la corrosión Las tuberías de PVC son inmunes a los tipos de corrosión que normalmente afectan a los sistemas de tuberías. Para las aplicaciones típicas de los tubos de P.V.C. son: a) Para desagües individuales o de tipo general. b) Para bajadas de aguas negras. c) Para sistemas de ventilación. La tubería de PVC tiene para su aplicación algunas limitaciones, entre las que se destacan como importantes:

¾ La resistencia al impacto del PVC se reduce sensiblemente a temperaturas inferiores a O° C. ¾ Las propiedades mecánicas de la tubería se afectan cuando se expone por períodos prolongados de tiempo a los rayos del sol.

¾ El PVC puede sufrir raspaduras durante su manipulación para el trabajo.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.4 Elementos de PVC para instalaciones de drenaje.

37

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación Algunas aplicaciones en tuberías PVC:

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”,2000

Fig. 3.5 Drenaje de limpieza con cambio de dirección de 90° .

Fig. 3.6 Base de limpieza para un ducto ó chimenea.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”,2000

Fig. 3.7 Una base para drenaje fijada bajo el nivel del piso o losa con un bloqueo de concreto

Fig. 3.8 Una base para concreto también se puede soportar con elementos como soportes colgantes y sujetadores de muro 38

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

3.1.5 Otros tipos de tuberías Por otro lado las tuberías utilizadas en instalaciones sanitarias son: ALBAÑAL DE CEMENTO Por sus características físicas y mecánicas solo se usan la planta baja de las construcciones, para recibir desagües individuales y generales, así como para la interconexión de cámaras de registro. TUBERÍA DE BARRO VITRIFICADO Sus propiedades y características físicas son similares a las del albañal de cemento, por lo que en algunas veces lo puede sustituir, y en ocasiones se usa para evacuar fluidos corrosivos. TUBERÍA DE PLOMO La tubería de plomo es en la actualidad de poco uso y se aplica normalmente en las casas habitación para recibir el desagüe de los W.C., de fregaderos y evacuar ácidos y todo tipo de fluidos corrosivos en tramos cortos. TUBERÍA DE COBRE La tubería de cobre, además de ser usada en instalaciones hidráulicas, se emplea también en instalaciones sanitarias para drenaje y ventilación, sus aplicaciones principales se encuentran en: a) Desagües individuales de lavabos, fregaderos, vertederos, etc. b) Para la conexión de las coladeras de piso a las tuberías de desagüe general, de albañal, fierro fundido, PVC, etc. c) Para la conexión de las coladeras de pisos de fuentes.

3.2 Accesorios para tuberías de alimentación de agua Normalmente una tubería consta de tramos rectos y continuos llamados tubos, y de otros elementos llamados accesorios, los cuales se utilizan para: •

Acoplar secciones o tramos de tubos.

•

Producir cambios de dirección.

•

Reducir o aumentar el diámetro en una conducción.

•

Colectar en una las aguas de varias tuberías.

Entre los accesorios mas utilizados tenemos: •

Tubos T, simples y dobles.

•

Tubos Y, simples y dobles.

39

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación •

Codos de variado diámetro y curvatura.

•

Uniones o empalmes.

•

Sifas.

•

Desvíos.

•

Reductores.

Las uniones entre los tramos de tubos entre si, y entre estos y los accesorios, re producen. mediante: • Bocina y espiga. •

Rosca.

•

Encolado.

•

Unión flare.

•

Soldaduras metálica y plástica.

•

Platinos y pernos.

•

Otros medios mecánicos que garanticen la efectividad de la unión.

Fuente: INSTALACIONES “R. BANCROFT”,1986

Fig. 3.9 Te con bocina y espiga: a)simple b)doble

Fig. 3.10 Ye con bocina y espiga: a)simple b)doble

Fuente: INSTALACIONES “R. BANCROFT”, 1986

Fig. 3.11 Codos con bocina y espiga: a)de 45° radio normal c)de 90° radio corto

b)de 90° radio largo

40

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: INSTALACIONES “R. BANCROFT”,1986

Fig. 3.12 Unión de campana y espiga.

Fig. 3.13 Reducido de bocina y espiga.

Fuente: INSTALACIONES “R. BANCROFT”, 1986

Fig. 3.14 Unión de rosca en tubería de acero y hierro, detalle un empalme.

Fuente: INSTALACIONES "R. BANCROFT", 1986

Fig. 3.15 Unión soldada en tubería de cobre, detalle de un empalme.

41

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: INSTALACIONES “R. BANCROFT”, 1986

Fig. 3.16 Accesorios para tubería roscada de pequeño diámetro. 42

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: INSTALACIONES "R. BANCROFT", 1986

Fig. 3.17 Accesorios para tubería de cobre con bocina y espiga.

Fuente: INSTALACIONES "R. BANCROFT", 1986

Fig. 3.18 Unión de tubería de acero o hierro por medio de platino y pernos, soluciones diferentes. 43

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: INSTALACIONES "R. BANCROFT",1986

Fig. 3.19 Unión especial en tubería de plástico por medio de pieza conectora y grapas. Entre las características mas importantes que deben reunir las uniones están las siguientes: •

Facilidad de ejecución.

•

Bajo costo.

•

Resistencia mecánica.

•

Resistentes a presiones.

Las anteriores características determinan muchas veces la idoneidad de la tubería a los efectos de algún uso concreto y se tendrá en cuenta al explicar las características de los diferentes tipos de tubos. Las uniones de bocina y espiga eliminan la necesidad de piezas de empalme o unión, ya que el propio tramo recto de tubo presenta en sus extremos las partes necesarias para realizarlo. Este tipo de junta puede sellarse con los siguientes materiales: •

Plomo en los casos de tuberías a presión, de hierro, actualmente esta en desuso, excepto excepciones.

•

Compuestos asfálticos en frío o en caliente para tuberías de hierro, o asbesto cemento, que no trabajen a presión.

•

Morteros de arena y cemento, en los casos de tuberías de barro o asbesto - cemento que no funcionen a presión.

•

Anillos de goma, en los casos de tubería de hierro, asbesto - cemento y plástico.

•

Encolado, con resinas sintéticas, caso de tubos plásticos con y sin presión.

•

Soldado, en los casos de tubos de cobre para construcciones a presión. 44

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

La unión por rosca normal se utiliza para tubos metálicos y plásticos, y precisa de la realización, por maquinado en fábrica y por tarrajas en la obra, de roscas en ambos extremos del tubo que sea necesario. El trabajo es, moroso y precisa de equipos específicos, lubricantes - refrigerantes, así como de un personal calificado en la actividad. La unión por rosca flare se utiliza fundamentalmente para diámetros pequeños (menores de 25 mm) y requiere de la realización previa de una abrazadera de hierro en el extremo del tubo, por lo que el metal debe ser lo suficientemente maleable, como sucede con el cobre. Las platinas y pernos se usan muy poco en instalaciones sanitarias interiores, y son muy simples de realizar, por lo que no se explicaran.

3.3 Válvulas Una válvula es un elemento o accesorio instalado en los sistemas de tuberías para controlar el flujo de un fluido dentro de tal sistema, en una o mas de las formas siguientes: 1. Para permitir el paso del flujo. 2. Para no permitir el paso del flujo. 3. Para controlar el flujo. Para cumplir con estas funciones se pueden instalar distintos tipos de válvulas, las mas empleadas en las instalaciones de las edificaciones son las que en forma esquemática se indican a continuación: Válvula de compuerta. En este tipo de válvulas, el órgano de cierre corta la vena fluida transversalmente. No se utilizan para regular flujo sino para aislarlo, o sea, abiertas o cerradas totalmente. Válvula de globo. El mecanismo de esta válvula consiste en un disco, accionado por un tornillo, que se empuja hacia abajo contra un asiento circular. Estas válvulas si se utilizan para regular o controlar el flujo en una tubería, aunque producen pérdidas de carga muy altas. Válvula check de sello y de retención. Estas válvulas se utilizan para dejar pasar el flujo en un solo sentido y se abren o cierran por sí solas en función de la dirección y presión del fluido. Válvula de esfera. Esta válvula tiene un asiento con un perfil esférico y en el se ajusta la bola y puede funcionar con la presión ejercida sobre ella por el fluido, o bien, mediante un maneral que al girarse 90° se coloca en dirección de la tubería. Una perforación hecha através de la esfera, al ser girado el maneral 90° nuevamente, esa perforación también gira, quedando perpendicular al flujo, cerrando el paso al líquido. Electroválvulas. Pueden ser cerradas y abiertas a distancia mediante un interruptor, que permite actuar a un electroimán acoplado a su vástago, llamada también válvula de solenoide. Se usan en cisternas y tinacos. Válvula de expulsión de aire. Las válvulas de expulsión de aire, como su nombre lo indica, se usan para dejar salir el aire acumulado en una tubería, tanto de agua fría como de agua caliente, en especial en esta última son imprescindibles. Los usos de las válvulas en las instalaciones hidráulicas (de plomería) se hacen de acuerdo a las 45

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación siguientes formas de localización: 1. Un grifo o llave de la componía suministradora de agua (servicio municipal) se instala en la conexión con el servicio principal de suministro. 2. Una llave o grifo de contención se localiza cerca de la línea de contención del edificio o casa, con el propósito de proporcionar un medio de control del servicio del agua al edificio o casa. 3. Una válvula de paso se instala a cada lado del medidor de agua, ya sea válvula de compuerta, válvula de globo o válvula de mariposa. 4. Si es necesario, una válvula de reducción de presión se puede instalar entre las válvulas del medidor. 5. Se instala una válvula de paso sobre el suministro de agua fría hacia todos los equipos que usan agua caliente. 6. Se instala una válvula de silicio sobre todos los equipos para producir agua caliente. 7. Todas las válvulas o grifos de umbral se deben proveer con una válvula de control que se localiza dentro del edificio. 8. Todos los inodoros deben tener una válvula de control del accesorio y esto es recomendable para la mayoría de los accesorios. 9. En los edificios de departamentos, cada departamento debe estar provisto de válvulas de corte para controlar los suministros de agua caliente y fría, y en los departamentos cada accesorio debe tener su propia válvula de control, para facilitar los trabajos de reparación.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.20 Válvulas

46

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.21 Vista en corte (válvulas).

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.22 Llave de nariz. 47

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

VÁLVULAS DE GLOBO Una válvula de globo es del tipo comprensión, en lo cual el flujo del agua se controla por medio de un disco circular que es comprimido (forzado) sobre un anillo anular conocido como el "asiento" que cierra la apertura por la que circula el agua. Esta válvula controla el flujo de un fluido por medio de un disco circular que es forzado sobre un asiento.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.23 Partes de una válvula de globo. VÁLVULA DE ÁNGULO Una válvula de ángulo es un tipo de válvula de globo en la cual las aperturas de entrada y salida están a un ángulo de 90° una con respecto a la otra, estas válvulas ofrecen menor resistencia que

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.24 Partes de una válvula de ángulo. 48

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación las de globo, usando codos externos de 90°. Una válvula de ángulo es un tipo de válvula de globo en la cual las aperturas de entrada y salida están a á de 90°, una con respecto a la otra. Se recomienda en instalaciones que requieren de frecuentes operaciones de cierre y/o apertura. VÁLVULAS DE COMPUERTA Las válvulas de compuerta son válvulas que controlan el flujo de un fluido que se mueve a través de la válvula; se hace por medio de una compuerta como un disco plano que presiona sobre la superficie lisa conocida como asiento dentro del cuerpo de la válvula En las válvulas tipo compuerta, cuando el disco está en la posición de abierto se permite el paso libre y directo del flujo, por eso se conocen también como de flujo completo. Las válvulas de compuerta son de las más usadas en las instalaciones hidráulicas en donde se requiere que estén totalmente abiertas o cerradas.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.25 Tipos de válvulas de compuerta. VÁLVULA DE GLOBO Una válvula de globo es del tipo compresión en la cual el flujo de agua se controla por medio de un disco circular, que es comprimido (forzado) sobre un anillo anular conocido como el "asiento" que cierra la apertura por la que circula el agua.

49

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación Esta válvula controla el flujo de un fluido por medio de un disco circular que es forzado sobre un asiento.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.26 Partes de una válvula globo. VÁLVULAS DE SELLO Una válvula de sello es una válvula que permite el flujo del agua en una sola dirección y cierra en forma automática para prevenir el flujo inverso, éstas válvulas ofrecen una reacción rápida a los cambios en la dirección del flujo. Están disponibles en dos versiones: de sello oscilante y con sello elevador.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 3.27 Las válvulas de sello permiten el flujo de un fluido en una sola dirección.

3.4 Abrazaderas Son piezas muy utilizadas en instalaciones de cualquier tipo, es utilizada para asegurar una tubería ciñéndola, o para mantenerla unida una tubería con otra, también sirve para sujetar las tuberías cuando están suspendidas de alguna plataforma. Las abrazaderas pueden ser fierro fundido ó hechizas. A continuación algunos tipos de abrazaderas: 50

Capítulo III Tuberías, Válvulas y Accesorios para Redes de Alimentación y Evacuación

COLGANTE Ø AJUSTE PLETINA Ø

Ø

TIPO A

TIPO B

TIPO F

PLETINA PLETINA

L

Ø

L

Ø

L

Ø

TIPO E TIPO D

M

M

APLICACIÓN Ø

L

Ø

TIPO G

COLGADOS, TIPOS D,E y G PARA SUJECIÓN VERTICAL DE TUBERÍAS FF. Ó PVC.

PLETINA HIERRO REDONDO

TIPOS A,B,C,U, PARA SUJECIÓN DE TUBERÍAS DE FF. Ó PVC.

TIPO C

TIPO U Fuente: REGLAMENTO NAL. DE INST. SANITARIAS, 1994

Fig. 3.28 Abrazaderas y soportes de tuberías.

51

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

IV

Diseño y cálculo para el suministro de agua fría y caliente

4.1 Definiciones Estas definiciones son usadas en casi todas las normas y reglamentos: Acometida: Es la tubería de conexión comprendida entre la red publica de agua y el medidor. Agua potable: Es la que por su calidad química, física y bacteriológica, es apta para el consumo humano. Aguas negras: Son aguas de abastecimiento de una población, después de haber sido impurificadas por diversos usos. Aguas negras domésticas: Son las aguas que contienen desechos humanos y animales, provenientes de inodoros y urinarios. Aguas servidas domésticas: Son aguas provenientes de los desagües de todos los artefactos sanitarios, a excepción de los inodoros y urinarios. Aguas residuales Industriales: Son las aguas de desechos provenientes de los procesos industriales. Aguas pluviales: Son las aguas provenientes de las lluvias que se escurren superficialmente por techos, patios y jardines. Alcantarillado sanitario: Es el alcantarillado que se encuentra dentro del perímetro que limita una propiedad y funciona en servicio exclusivo de ella, o en algunos casos de propiedades vecinas (servidumbre). Alcantarillado pluvial domiciliario: Son las tuberías, cámaras y bajantes destinadas solamente a recoger y eliminar las aguas provenientes de lluvias. Artefacto sanitario: Elemento de fabricación especial para uso de Instalaciones Sanitarias. Artefactos de uso privado: Son aquellos instalados en viviendas, oficinas o locales que están destinados a ser utilizados por un número reducido de personas. Artefactos de uso publico: Los que pueden ser utilizados sin restricciones, por cualquier persona, en locales públicos. Batería de artefactos: Es cualquier grupo de artefactos sanitarios similares y adyacentes que tiene una misma tubería de abastecimiento de agua, y descargan en el mismo ramal. Bajantes: Son las tuberías verticales que conducen las aguas negras o pluviales desde un nivel 53

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente superior a otro inferior. Caja de registro: Caja destinada a permitir la inspección y limpieza de la tubería de descarga. Cámara desgrasadora: Es un receptáculo que retiene las grasas, espumas y en general, las substancias más livianas que el agua. Caja interceptora: Es una caja de plomo, PVC o cemento (en planta baja), provista de cierre hidráulico (sifón) que sirve para conectar dos o más tuberías de artefactos sanitarios con el ramal de descarga o con las bajantes. Cámara de inspección: Es una cámara destinada a conectar dos o más tubos de alcantarillado, que hace posible los cambios de dirección, inspecciones, destaponamientos y limpieza de la tubería. Colector: Es la tubería de alcantarillado público, ubicada en la calle1 que recoge los desagües sanitarios o pluviales de los edilicios. Cámara séptica: Es un depósito, debidamente impermeabilizado, destinado a transformar química y biológicamente las materias fecales. Calentador: Artefacto en el cual el agua es calentada mediante el empleo de una fuente de calor adecuado. Campana: Parte externa ensanchada de la tubería o accesorios en el que se introduce la espiga. Caudal: Cantidad de líquido o fluido que pasa por una sección de una tubería en la unidad de tiempo. Cierre hidráulico: Es un accesorio diseñado y construido para mantener un sello hidráulico en conexión con aparatos sanitarios, de modo que impida el paso de gases o insectos a los ambientes interiores. Conexión cruzada: Conexión física entre dos sistemas de tuberías, uno de los cuales contiene agua potable y el otro agua de calidad desconocida. Conexión domiciliaria de agua potable: Tramo de tubería comprendida entre la matriz pública y el medidor, dispositivo de regulación o limite de la propiedad. Conexión domiciliaria de alcantarillado: Tramo de tubería comprendida entre la ultima cámara de inspección del inmueble y el colector público. Tubería principal de ventilación: Tubería vertical del sistema de alcantarillado, sanitario de un edificio de uno o varios pisos, que se coloca para evitar presiones negativas en las bajantes. Equivalencia Hidráulica: Unidad de comparación de gasto: La equivalencia Hidráulica (1) "uno" es la descarga de 0,45 l/s. Espiga: Extremo de la tubería o accesorios que se introduce en la campana. Flotador: Dispositivo hueco, liviano que se mantiene en la superficie del agua y que se utiliza para mantener el nivel del liquido de un depósito. Fundo sirviente: Es el inmueble por donde pasa el alcantarillado o cañerías de agua potable para servir a otra propiedad. 54

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Golpe de ariete: Aumento anormal de la presión, que se produce sobre las paredes de la tubería que conduce agua o sobre las válvulas de interrupción (compuerta, retención, etc.) cuando la velocidad de flujo es reducida bruscamente. Grasas (Separador o Interceptor): Depósito cerrado que permite la separación de las grasas de las aguas residuales por diferencia densidad. Hidrómetro o medidor de caudal: Dispositivo destinado a medir el consumo de agua en un predio. Llave de paso: Es un dispositivo que permite impedir o dar paso al agua y se ubica en un lugar adecuado que facilita las labores de reparación, aislando un tramo o sector del sistema. Montante: Tubería vertical de un sistema de agua potable. Presión de servicio: Es la presión requerida para que el agua llegue al punto más desfavorable del sistema. Presión disponible: Es la que se dispone en una tubería. Presión estática: Es la presión producida por la acción de la gravedad debido a un desnivel entre dos puntos de un sistema cuando no hay flujo. Presión dinámica: Es la presión estática, menos la pérdida de carga producida en el tramo respectivo, en el momento del flujo máximo. Rebose: Tubería o dispositivo destinado a evacuar eventuales excesos de agua en los depósitos. Nivel de rebose: Es el correspondiente al nivel de descarga del exceso de agua que ingresa a un depósito o artefacto sanitario. Ramal de descarga: Tubería que recibe directamente efluentes de artefactos sanitarios. Ramal de desagüe: Tubería que recibe efluente de un ramal de descarga. Ramal de agua: Tubería que abastece de agua, una salida aislada o, dentro de los límites del ambiente respectivo, un baño o grupos de artefactos sanitarios. Ramal de ventilación: Tubo de ventilación secundario o individual. Ruptor de vacío: Dispositivo destinado a evitar el reflujo de agua, por acción mecánica. Registro: Dispositivo para inspección y desobstrucción de tuberías. Rejilla de piso: Elemento dotado de colador y sello hidráulico destinado a recoger aguas servidas de baños, cocinas, etc. Sistema de alimentación directa: Suministro de agua a los puntos de consumo aparatos sanitarios directamente, por la presión de la red pública. Sistema de alimentación indirecta: Suministro de agua a los puntos de consumo (artefactos sanitarios) cuando no es directamente por la presión de la red pública. Sifonaje: Es la ruptura del sello hidráulico del sifón de un aparato sanitario, como resultado de la pérdida del agua contenida en ella. 55

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Sumidero: Accesorio dotado de colador y sello hidráulico destinado a recoger aguas pluviales de patios, jardines, techos, etc. Tanque bajo o cisterna: Depósito de agua intercalado entre el medidor y el motor - bomba, ubicado en la planta baja o sótano de un edificio. Tanque elevado: Depósito de agua ubicado en la parte más alta de un edificio. Tubería matriz: Es la tubería pública de la cual se hacen las conexiones domiciliarias. Tubería de succión: Tubería comprendida entre la boca de succión de la bomba y el colador. Tubería de impulsión: Tubería comprendida entre la descarga del equipo de bombeo y el tanque elevado. Tubería de aducción: Tubería comprendida entre el medidor y la tubería de la red pública o entre esta y el tanque elevado si no existe equipo de bombeo, o entre esta y el tanque bajo o cisterna si existe equipo de bombeo. Tubería de distribución: Tubería destinada a llevar agua a todas las salidas y artefactos sanitarios de una edificación, comprendiendo alimentadores y ramales. Tubo de ventilación: Tubería ascendente destinada a permitir el acceso del aire atmosférico al interior de los sistemas de desagüe y la salida de gases de esos sistemas, así como a impedir la ruptura del sello hidráulico de las trampas o sifones sanitarios. Tubo ventilador Primario: Tubo ventilador que tiene una extremidad abierta situada encima del techo del edificio. Tubo ventilador Secundario: Tubo ventilador que tiene el extremo superior, ligado a un tubo ventilador primario, a una columna de ventilación, o a otro tubo ventilador secundario. Tubo ventilador de Circuito: Tubo de ventilación secundario, Iigado a un ramal de desagüe y sirviendo a un grupo de aparatos sin ventilación individual. Tubo ventilador individual: Tubo ventilador secundario, ligado al sifón del tubo de descarga de un aparato sanitario. Tubo ventilador suplementario: Tubería que une un ramal de desagüe al tubo ventilador del circuito correspondiente. Válvula de seguridad o reguladora de presión: Dispositivo destinado a evitar la elevación de la presión por encima de determinado límite.

4.2 Conexión de la tubería principal Antes de conectar la instalación de un edificio a la tubería principal, es necesario avisar oportunamente a la autoridad local correspondiente, en nuestra ciudad a SEMAPA. La conexión a la tubería principal y la colocación de la tubería de comunicación suele ser efectuada por la autoridad correspondiente a expensas del propietario del edificio. Cuando la autoridad local permite que un contratista tienda el tubo de comunicación, aquella suele hacer la conexión a la tubería principal, también a expensas del propietario. La autoridad local debe inspeccionar cualquier tubería subterránea antes de ser puesta en funcionamiento. 56

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente A fin de permitir el asentamiento de la tubería de comunicación se hace un codo en el sitio, en esta se conecta con la tubería principal. En la figura 4.1 muestra como la tubería de comunicación se conecta con al tubería principal y se tiende bajo suelo.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.1 Conexión de la tubería principal de agua.

4.3 Necesidades mínimas para los tipos de artefactos en diferentes tipos de establecimientos El número y tipo de artefactos sanitarios que deben ser instalados (según el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias) en los cuartos de baños, cocinas y otras dependencias serán proporcionales al número de personas servidas y según uso a que se los destine de acuerdo con lo requerido en los puntos siguientes: •

USO DE ARTEFACTOS DE BAJO CONSUMO Considerando que cada vez es más difícil disponer de agua en forma continúa y permanente y que las nuevas obras requieren grandes inversiones, se hace necesario reducir el consumo de agua, sin disminuir los niveles de bienestar de la población y sin modificar las actividades productivas. Haciendo una comparación entre Artefactos de Tipo Convencional y los de Bajo Consumo se tiene la siguiente relación en cuanto al volumen y gastos utilizados:

57

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Tabla 4.1 CONSUMO DE ARTEFACTOS SANITARIOS ARTEFACTOS O ACCESORIOS Inodoro Duchas Grifo de lavamanos Grifo de lavaplatos

TIPO CONVENCIONAL 15 a 20 lt/descarga 14 lt/min 8 lt/min 10 lt/min

BAJO CONSUMO 6 lt/descarga 7 lt/min 4 lt/min 4 lt/min

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

Por tanto, con el objeto de realizar un uso eficiente del agua se recomienda la utilización de artefactos de bajo consumo en toda construcción nueva y en lo posible la sustitución de los artefactos tradicionales instalados de acuerdo a normas regionales en vigencia. Toda vivienda o departamento estará dotado por lo menos, de un cuarto de baño con inodoro, lavamanos y ducha. La cocina dispondrá de un fregadero o lavaplatos y en sitio aparte, una lavandería. Los edificios o locales destinados a los siguientes fines, deberán dotarse de cuartos de baño en la forma, tipo y numero que se especifica a continuación: OFICINAS Y LOCALES PARA COMERCIO: En cada local con área de hasta 60.00 m2, se dispondrá por lo menos de un cuarto de baño dotado de inodoro y lavamanos. En locales con área mayor de 60.00 m2, se dispondrá de cuartos de baños separados para hombres y mujeres, dotados cada uno de los artefactos sanitarios que indica la siguiente tabla 4.2. Para el cómputo de personas, se toma una por cada 10.00 m2 de área de piso. Tabla 4.2 N° DE INODOROS Y LAVAMANOS POR EL N° DE PERSONAS NÚMERO DE PERSONAS

INODOROS

Hasta 15 1 16 a 35 2 36 a 60 3 61 a 90 4 91 a 125 5 más de 125 Uno adicional por cada 40 personas o fracción

LAVAMANOS 1 2 2 3 3 Uno adicional por cada 45 personas o fracción

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

En todo cuarto de baño para hombres, podrán sustituirse inodoros por urinarios hasta un límite tal, que el número de inodoros, no baje de las 2/3 partes del número que fija la tabla anterior. Cuando se proyecta usar cuartos de baño comunes, se cumplirán los siguientes requisitos: a) Se proyectarán cuartos de baño separados para hombres y mujeres, ubicados en lugar accesible a todos los locales por servir. b) La distancia entre cualquiera de los locales comerciales y los cuartos de aseo, no 58

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente podrá ser mayor de 30.00 m en sentido horizontal. No podrá mediar mas de un piso, en sentido vertical. c) El número de piezas sanitarias que deben ser instaladas, se regirá por las siguientes tablas: Tabla 4.3 CUARTO DE ASEO PARA VARONES AREA TOTAL DE LOCALES EN m2

NÚMERO DE INODOROS

NÚMERO DE URINARIOS

NÚMERO DE LAVAMANOS

1 2 2

1 1 2

1 2 2

Hasta 200 De 201 a 500 De 501 a 1000

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

Tabla 4.4 CUARTO DE ASEO PARA MUJERES AREA TOTAL DE LOCALES EN m2

NÚMERO DE INODOROS

NÚMERO DE LAVAMANOS

Hasta 200 De 201 a 500 De 501 a 1000

2 3 4

1 2 2

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

INDUSTRIAS: Se dispondrá de cuartos de baño separados para obreros y obreras dotados de piezas sanitarias de acuerdo a las siguientes tablas: Tabla 4.5 CUARTO DE ASEO PARA VARONES EN INDUSTRIAS OBREROS 1 16 31 51 76

a a a a a

INODOROS URINARIOS

15 30 50 75 100

Mayor de 100

1 2 2 2 3

LAVAMANOS

DUCHAS

1 2 2 3 4

1 2 3 4 5

1 1 1 2 2

Un inodoro, un urinario, un lavamanos y una ducha adicional por cada 25 hombres o fracción. Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

Tabla 4.6 CUARTO DE ASEO PARA MUJERES EN INDUSTRIAS OBRERAS 1 16 31 51

a a a a

15 30 50 75

Mayor de 100

INODOROS

LAVAMANOS

DUCHAS

1 2 3 5

1 2 2 3

1 2 3 5

Un inodoro, un lavamanos y una ducha adicional por cada 35 mujeres o fracción. Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

Los empleados de oficina, dispondrán de locales de aseo separados, de acuerdo con el 59

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente inciso de oficinas y locales para comercio. Cuando la industria ocupe un área muy extensa o varios edificios, los cuartos de aseo serán distribuidos en varios grupos, de acuerdo al número de personas servidas, pudiéndose concentrar las duchas en el vestuario o en un grupo de aseo central. RESTAURANTES, CAFETERÍAS, BARES, FUENTES DE SODA Y SIMILARES: Los locales con capacidad hasta de 15 personas, dispondrán por lo menos, de un cuarto de aseo dotado de un inodoro y un lavamanos. Cuando la capacidad sobrepase de 15 personas, dispondrán de cuartos separados para hombres y mujeres, de acuerdo con la siguiente tabla: Tabla 4.7 CUARTO DE ASEO PARA RESTAURANTES Y SIMILARES HOMBRES CAPACIDAD DE PERSONAS INODOROS URINARIOS LAVAMANOS 16 a 60 61 a 150 Por cada 100 adicionar

1 2 1

1 2 1

MUJERES INODOROS

LAVAMANOS

1 2 1

1 1 1

1 2 1

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

La capacidad del local se calculará considerando 1.50 m2 de área útil por persona. Estos cuartos de aseo podrán ser utilizados por los empleados siempre que no sean más de 5 personas. Para una cantidad mayor, deberán proveerse de cuartos de aseo separados de acuerdo con lo estipulado en el inciso de oficinas y locales para comercio. ESCUELAS PRIMARIAS: Se dispondrá de cuartos separados para varones y mujeres de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.8 CUARTO DE ASEO EN ESCUELAS PRIMARIAS Niños Niños Niñas Ambos sexos

Inodoros Urinarios Inodoros Lavamanos

1 por cada 40 1 por cada 30 1 por cada 30 1 por cada 50

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

Los lavamanos se instalarán de manera que su borde quede a una altura de 63 – 75 cm sobre el nivel del piso. Adicionalmente se instalarán cuartos de aseo para los maestros, separados para ambos sexos. El número de piezas sanitarias se calculará de acuerdo a las tablas 4.5 y 4.6. ESCUELAS SECUNDARIAS, UNIVERSIDADES: Regirá la misma proporción fijada en la tabla 4.8, salvo que para mujeres podrán reducirse los inodoros a 1 por cada 35. RESIDENCIAS PARA ESTUDIANTES Y SIMILARES: Los cuartos de baño privados, destinados a servir a dormitorios hasta 4 personas, dispondrán de inodoro, lavamanos y ducha. En caso de que se disponga de cuartos de baño comunes, cada piso estará provisto de ellos, ubicados a una distancia no mayor a 30 m medidos en sentido horizontal del dormitorio más alejado. 60

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Cada uno de estos cuartos de baño, dispondrá de piezas sanitarias en proporción al número de personas a ser servidas, de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.9 CUARTO DE ASEO EN RESIDENCIAS ESTUDIANTILES Y SIMILARES 1 Inodoro 1 Lavamanos HOMBRES 1 Ducha 1 Urinario

Por cada 6 personas Por cada 3 personas Por cada 4 personas Por cada 10 personas

1 Inodoro MUJERES 1 Lavamanos 1 Ducha

Por cada 4 personas Por cada 3 personas Por cada 4 personas

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

Cuando se disponga de un lavamanos en cada dormitorio, la proporción de estos en cada cuarto de baño colectivo, será de uno por cada 6 personas. CINES, TEATROS, AUDITORIOS, BIBLIOTECAS Y SITIOS DE REUNIÓN: Se proveerán de cuartos de aseo separados para hombres y mujeres, de acuerdo a la siguientes tabla. A este fin se estimará que la mitad de la concurrencia máxima es integrada por hombres y el resto por mujeres. Tabla 4.10 CUARTO DE ASEO EN TEATROS, AUDITORIOS Y SIMILARES Inodoros HOMBRES Urinarios Lavamanos

1 por cada 150 1 por cada 150 1 por cada 150

Inodoros Lavamanos

2 por cada 150 1 por cada 150

MUJERES

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

Sitios cercanos a los camarines de los artistas, en los teatros y cine - teatros, se instalarán baños separados para hombres y mujeres, con la instalación de inodoros, lavamanos y duchas. Asimismo, inmediatamente adyacente a las casetas de proyección de los cines, se deberá disponer de un cuarto de aseo, con inodoro y lavamanos. INSTALACIONES DE SERVICIO PARA VEHÍCULOS AUTOMOTORES: Se dispondrá de cuartos de aseo para el público separados para hombres y mujeres, dotados de las piezas sanitarias siguientes: Hombres:

1 inodoro, 1 urinario y 1 lavamanos

Mujeres:

1 inodoro y 1 lavamanos

Para el personal empleado, deberá disponerse de aseo separados de los del público, como se específica a continuación:

61

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Tabla 4.11 CUARTO DE ASEO EN SERVICIO PARA VEHICULOS AUTOMOTORES NÚMERO DE INODOROS URINARIOS EMPLEADOS 1 16

a a

15 30

1 2

1 1

LAVAMANOS

DUCHAS

1 2

1 2

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS: Los depósitos de materiales y equipos, deberán disponer menos de un cuarto de aseo dotado de inodoro, urinario, y ducha. Cuando trabajen más de 16 personas, se seguirán las especificaciones del articulo Industrias. Los locales donde se manipulan, preparan o envasan alimentos y bebidas, deberán estar dotados de un número adecuado de fregaderos y lavamanos de acuerdo a las necesidades mínimas a juicio de la Entidad Competente. Para hoteles, el número de artefactos sanitarios a instalarse será determinado y aprobado por la Entidad Competente. La implementación de hospitales se hará de acuerdo al número de camas y especialidades que atiende. Otra forma de determinación del número mínimo requerido de artefactos sanitarios, puede realizarse mediante el empleo de las siguientes tablas:

Tabla 4.12 NÚMERO DE ARTEFACTOS NECESARIOS EN LAS INSTALACIONES SANITARIAS EN RELACIÓN CON EL NÚMERO DE PERSONAS QUE SIRVEN NÚMERO DE ARTEFACTOS NÚMERO DE PERSONAS INODOROS URINARIOS 1 11 21 36 61 91 121 161 201

a a a a a a a a a

10 20 35 60 90 120 160 200 250

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7

LAVATORIOS O VERTEDEROS

DUCHAS

1 2 3 3 4 5 6 7 8

1 2 3 3 4 5 6 7 8

Mas de 250, un artefacto mas de cada tipo, por cada 60 personas en exceso. Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

NOTA:

Para las instalaciones destinadas a mujeres, los urinarios se sustituirán por inodoros, aumentándose al número de inodoros que se hubiera obtenido. Cuando no se puede establecer la capacidad de un local, el número de personas se calculará por el factor de ocupación dado por la siguiente tabla, donde:

62

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente N° de personas = X m2 x factor Tabla 4.13 FACTOR DE OCUPACIÓN DE INMUEBLES PARA CALCULAR SU CAPACIDAD X EN METROS CUADRADOS POR PERSONA

DESTINO O USO DEL LOCAL • • • • • • •

Sala de conferencia, sala de asamblea, auditorio, teatro, cine, sala de espectáculos en general. Establecimiento de instrucción (excluyendo los patios). Restaurante, confitería, bar, cantina, local de expendio de comidas, salón de baile y similares, pileta de natación. Sala de exposición, museo, club nocturno, gimnasio, sala de palitroque, local deportivo cerrado sin afluencia de público. Cuartel, convento, hospital, biblioteca, oficina particular, local de atención al público. Conventillo, casa de arriendo por piezas sueltas, internado. Establecimiento industrial, fábrica, local de trabajo, mercado, local para feria y similares.

1 1½ 3 5 8 12 16

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D. , 1994

4.4 Sistemas de alimentación de agua potable Existen varios sistemas de alimentación entre los cuales mencionaremos tres de los mas importantes sistemas: directos, indirectos, mixtos. Según las disposiciones de las autoridades correspondientes.

4.4.1 Sistemas directos En los sistemas directos, todos los aparatos e instalaciones reciben agua fría que proviene directamente de la tubería principal. Para "alimentar" el sistema de suministro de agua caliente, suele ser necesaria una cisterna de alimentación. Con ciertos tipos de calentadores de agua eléctricos o de gas que reciben agua directamente de la tubería principal, no se requiere una cisterna de alimentación, con lo que se simplifica el sistema. Además se presenta cuando la red pública es suficiente para servir a todos los puntos de consumo a cualquier hora del día. El suministro de la red pública debe ser permanente y abastecer a directamente a toda la instalación interna, en la figura 4.2 se muestra un ejemplo de instalación directa. Este tipo de sistema tiene ventajas y desventajas. Ventajas: • Menos peligro de contaminación de abastecimiento interno de agua. • Los sistemas son económicos. • Posibilidad de medición de los caudales de consumo, con mas exactitud. Desventajas: • No hay almacenamiento en caso de paralización del suministro de agua. 63

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente • Abastecen solo edificios de baja altura (2 a 3 pisos) por lo general. • Necesidad de grandes diámetros de tubería para grandes instalaciones. • Posibilidad de que las variaciones horarias afecten el abastecimiento en los puntos de consumo mas elevado.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.2 Sistema de abastecimiento directo. TANQUE ELEVADO POR ALIMENTACIÓN DIRECTA: En el presente caso durante algunas horas del día o de la noche como cosa general se cuenta con presión suficiente en la red pública para llenar el depósito elevado y desde aquel se da servicio por gravedad a la red interior. La ventaja de este sistema es que no requiere equipo de bombeo. Las desventajas son que el tanque elevado no llegue a llenarse por variación de presiones en la red pública o que la demanda real sea mayor que la estimada y que el tanque se vacíe antes del tiempo considerado. Para evitar esto es necesario un estudio adecuado de la dotación o bien una sobre estimación de la capacidad del tanque elevado, lo que resulta no económico y el incremento de peso muerto sobre la estructura del edificio figura 4.3.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.3 Tanque elevado por alimentación directa 64

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

4.4.2 Sistemas indirectos Cuando la presión en la red pública no es suficiente para dar servicio a los artefactos sanitarios de los niveles más altos, se hace necesario que la red pública suministre agua a reservorios domiciliarios (cisternas y tanques elevados) y de éstos se abastece por bombeo o gravedad a todo el sistema. Este tipo de sistema también tiene ventajas y desventajas. Ventajas: • • • •

Existe reserva de agua, para el caso de interrupción del servicio. Presión constante y razonable en cualquier punto de la red interior. Elimina los sifonajes, por la separación de la red interna de la externa por los reservorios domiciliarios. Las presiones en las redes de agua caliente son más constantes.

Desventajas: • • •

Mayores posibilidades de contaminación del agua dentro del edificio. Requieren de equipo de bombeo. Mayor costo de construcción y mantenimiento.

CISTERNA EQUIPO DE BOMBEO Y TANQUE ELEVADO: En este sistema el agua ingresa de la red pública a la cisterna, donde con un equipo de bombeo el agua es elevada al tanque elevado desde por gravedad se alimenta la red de agua interior. Este sistema es adecuado cuando existe un correcto diseño en cuanto a capacidades de la cisterna y del tan que elevado tal como se muestra en la figura 4.4.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.4 Cisterna, equipo de bombeo y tanque elevado 65

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente CISTERNA Y EQUIPO DE BOMBEO: En este caso la red de agua es conectada a una cisterna desde donde por intermedio de una bomba y un tanque hidroneumático se mantiene la presión en todo el sistema para grandes instalaciones donde no se desea tanque elevado; se puede hacer este sistema instalándose sobre la cisterna bombas de velocidad variable o velocidad constante, con equipos de control. Para fines de diseño de la red interior, este sistema es igual al directo en lo referente al cálculo de las tuberías de la red de distribución. Para edificios altos es importante anotar que cuando se usa el sistema hidroneumático es costoso, por eso no conviene usarlo.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.5 Cisterna y equipo de bombeo. Ventajas: • • • •

Presión adecuada en todos los puntos de consumo. Fácil instalación. Sistema económico en lo referente a tuberías que resultan ser de menores longitudes y diámetros. Evita los tanques elevados.

Desventajas: •

Cuando se interrumpe el fluido eléctrico sólo trabaja el hidroneumático poco tiempo, cortándose luego el servicio.

4.4.3 Sistema mixto Cuando las presiones en la red pública lo permitan, los pisos o niveles inferiores pueden ser 66

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente alimentados en forma directa y los superiores en forma indirecta, tal como se puede apreciar en la figura 4.6. Este sistema tiene la ventaja de que se requieren capacidades de cisterna y tanque elevado más pequeñas que en el método indirecto, lo mismo que bombas de menor capacidad. “En los caso de sistemas alimentados por gravedad en tanque elevado, es muy frecuente cuando no se le puede dar la altura necesaria al tanque elevado, que las presiones logradas para los niveles superiores sean insuficientes para el normal funcionamiento de los aparatos sanitarios. En estos casos es necesario el uso de un equipo de bombeo para dar servicio a los últimos dos o tres niveles como un sistema separado, aunque siempre es necesario que estén ambos sistemas interconectados para los casos de falta de energía eléctrica o reparación del hidroneumático”. Este sistema se emplea también algunas veces para los casos de redes de incendio alimentadas desde el tanque elevado.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.6 Sistema mixto.

4.5 Prevención del contrasifonaje El contrasifonaje es el contraflujo de agua, posiblemente contaminada, hacia la tubería de suministro de agua potable. Para que ocurra el contrasifonaje es necesario que exista una presión negativa o vacío parcial en la tubería conectada a una instalación o aparato cuya salida esta sumergida en agua, la cual puede estar contaminada. Esto sucede cuando la demanda sobre la tubería principal es suficiente para succionar el agua de la tubería conectada a un aparato, dejando así atrás un vacío parcial. De esta manera se crea una acción sifónica que permite que una parte del agua contaminada del aparato circule de vuelta hacia la tubería principal. 67

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Los reglamentos de las autoridades indican que los sistemas de agua fría se deben instalar de modo que se evite el contrasifonaje. Para ello, es necesario observar los siguientes puntos: 1. Las válvulas de flotador en las cisternas deben estar por arriba del tubo de nivel constante; y si se instala un tubo silenciador, debe descargar el agua por encima de la válvula de flotador mediante un aspersor. 2. Las salidas de los grifos conectados a las instalaciones o aparatos sanitarios deben estar lo suficientemente arriba de nivel de control del aparato. 3. Los depósitos de retretes deben alimentarse desde una cisterna de almacenamiento. 4. Los aparatos con entradas para agua a baja altura, por ejemplo los bidés y ciertos tipos de aparatos para hospitales, deben ser alimentados por una cisterna de almacenamiento y nunca directamente por la tubería principal (a consideración).

4.6 Precauciones para el daño causado por heladas Los reglamentos de las autoridades sanitarias indican que los tubos de servicio subterráneos se deben tender a una profundidad mínima de 760 mm como precaución contra heladas. Los tubos de servicio también deben entrar al edificio a una profundidad mínima de 760 mm y continuar a través de un muro interno por lo menos a 600 mm de distancia de la cara interior de cualquier muro externo. El tubo de servicio debe ir directamente hacia la cisterna y mantenerse por lo menos a 2 m de sus aleros. Los tubos de nivel constante de la cisterna deben colocarse de manera que eviten la entrada de aire frío. Esto se consigue al inclinar el tubo de manera que su orificio de salida quede a unos 50 mm por abajo del nivel del agua. Es necesario colocar válvulas de purga de modo que todas las partes de la instalación puedan ser desaguadas. Las cisternas deben estar bien aisladas o colocarse dentro de un cuarto aislado.

4.7 Instalación de cisternas Una cisterna debe ser estancada, resistente y estar hecha de plástico, acero galvanizado, asbesto - cemento u hormigón. Debe colocarse a una altura tal que pueda llenarse completamente y proporcione suficiente agua a los aparatos e instalaciones. Asimismo, debe estar en un sitio donde sea fácil revisarla y limpiarla. Una cisterna debe contar con una tapadera contra polvo, pero no hermética, y debe estar protegida contra daño por heladas. CAPACIDAD REQUERIDA: Existen dos métodos para la determinación de la capacidad de almacenamiento: a) Mediante una curva de demanda (método gráfico - estadístico). b) Mediante la dotación (práctica usual). El primer método no es práctico y no se aplica en el diseño, ya que la curva de demanda sólo puede ser conocida cuando el edificio está construido. Este método sirve mas bien para investigación y poder hacer las variaciones necesarias en el método de la dotación. Investigaciones realizadas al respecto en edificios consideran como adecuado para almacenamiento, sin incluir reserva de incendio, una capacidad mínima igual a la dotación diaria (100%). Se considera deseable un almacenamiento del 125% de la dotación. 68

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Es decir, cuando se usa un solo tanque (Cisterna o tanque elevado) en éste debe almacenarse el total previsto. En el caso que se utilice cisterna y tanque elevado las capacidades deben ser por 1 día: Tanque Elevado Cisterna

1/3 Dotación 2/3 Dotación

Algunas recomendaciones indican lo siguiente: a) Cuando sólo exista tanque elevado su capacidad será cuando menos igual a la dotación diaria necesaria con un mínimo absoluto de 1000 litros. b) Cuando sólo exista cisterna, su capacidad será cuando menos igual a la dotación diaria, con un mínimo absoluto de 1000 litros. c) Cuando se emplee una combinación de cisterna, bombas de elevación y tanque elevado, la capacidad de la cisterna no será menor de las 3/4 partes del consumo diario y la del tanque elevado, no menor de 1/3 de la dotación, cada uno de ellos con mínimo absoluto de 1000 litros. Esta consideración hace que el almacenamiento de cisterna y tanque elevado juntos para una dotación mínima de 1000 litros sea de aproximadamente 1083.3 litros de la dotación diaria necesaria. Ejemplo: La dotación diaria para una escuela es de: 58350 litros. De acuerdo con el método que se emplee como sistema de agua las alternativas de almacenamiento son: a) Cisterna sola Capacidad 58350 litros = 58.350 m3 b) Tanque Elevado solo Capacidad 58350 litros = 58.350 m3 c)

Cisterna y Tanque elevado

Capacidad Cisterna = 2/3 x 58350 litros o sea 38900 litros = 38.9 m3 Capacidad tanque Elevado = 1/3 x 58350 litros = 19450 litros. o sea 19450 litros = 19.45 m3 Se entiende que estas cantidades son la capacidad útil de la cisterna o tanque elevado o sea de agua, por lo tanto la capacidad total es mucho mayor, como se verá más adelante.

4.7.1 Dimensionamiento de la cisterna y del tanque elevado. Para el dimensionamiento de los tanques de almacenamiento se deben tomar en cuenta una serie de factores: 69

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente • • • • •

Capacidad requerida. Espacio disponible. Distancia vertical entre el techo del tanque y la superficie libre del agua entre 0.30 y 0.40m. La distancia vertical entre los ejes de tubos de rebose y de entrada de agua no debe ser menor a 0.15 m. La distancia vertical entre el eje de tubos de rebose y el máximo nivel de agua, nunca debe ser menor a 0.10 m.

Las formas de los tanques de almacenamiento pueden ser circulares, rectangulares o cuadrados. Cualquier forma es buena, sólo que es conveniente indicar que la altura de agua no debe ser en lo posible menor de 0.80 m. El dimensionamiento depende mucho del espacio disponible existente en los planos arquitectónicos del edificio. UBICACIÓN. La ubicación de los tanques de almacenamiento juega mucho con las facilidades que proporcione el ingeniero que efectúa los planos arquitectónicos. Como simple especulación se indican algunas ubicaciones más factibles, dadas por la experiencia de algunos ingenieros. LA CISTERNA • • • • • •

En patios de servicio, alejada en lo posible de dormitorios u oficinas de trabajo. En la caja de la escalera. Esto permite colocar los equipos de bombeo bajo la escalera. Jardines. Pasadizos. Garajes. Cuartos especiales.

Lo importante es buscar siempre la independencia del sistema, es decir de fácil acceso en cualquier momento. EL TANQUE ELEVADO • • • •

Sobre la caja de la escalera. Lo más alejado del frente del edificio por razones de estética. Si es posible en la parte céntrica de los servicios a atender. Debe ubicarse a una altura adecuada sobre el nivel de azotea ó estructura adicional a fin de que se garantice una presión de 3.50 mca en el aparato más desfavorable.

4.7.2 Aspectos constructivos Los tanques de almacenamiento deberán ser construidos preferentemente de concreto armado. Es permitido el uso de ladrillos revestidos de mortero de cemento con impermeabilizante para las paredes, siempre que la altura de agua no sea mayor de 1 m No es conveniente la construcción de tanques con paredes de bloques de concreto o arcilla. Todo paso de tuberías a través de paredes o fondos de los tanques deberá fijarse previamente el vaciado de los mismos, mediante tuberías con extremos roscados que sobresalgan 0.10 m a cada 70

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente lado y que lleven soldada en la mitad de su largo, con soldadura corrida, una lámina metálica cuadrada de no menos de 1/8” de espesor y cuyo lado tenga como mínimo 0.10 m más que el diámetro del tubo. TAN Q U E ELEVADO DE AGUA

V E N T IL A C IÓ N Ø = 2"

DE LA BO M BA

T U B E R IA R E B O S E Y L IM P IE Z A F .G . Ø 2 1 /2 "

T U B E R IA S A L ID A A L A R E D Ø 3 "

T U B E R IA D E IM P U L S IO N

F .G .Ø 2 1 /2 "

R ,2 2

CAMARA

A LA RED Ø 3" PVC

REBALSE PVC Ø 3"

H O R M IG Ó N POBRE

Fuente: PROPIA

Fig. 4.7 Detalle estructural de un tanque elevado. T U B E R ÍA D E REBOSE VA A L S IS T E M A P L U V IA L

TAPA M E T Á L IC A

A D U C C IÓ N

B O C A D E IN S P E C C IÓ N N O M E N O R D E 60 x 60 cm

0 .1 0

P E N D IE N T E

VÁLVU LA

0 .0 5

F L O T A D O R M ÍN IM O 1 0 c m P O R E N C IM A D E L R E C IB O REBO SE

LLp

V A R IA B L E COLADO R

LLp

71

R E D D E D IS T .

0 .1 0

P E N D IE N T E D E L F O N D O 2 %

LLp

T U B E R ÍA D E L IM P IE Z A C O N LLAVE DE PASO, PUEDE CO NECTARSE A LA T U B E R ÍA D E REBOSE

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

Fig. 4.8 Detalle de un tanque elevado.

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

C O R T E A -A ' V E N T IL A C IO N Ø 2 " F .G .

T U B E R ÍA D E IN G R E S O

LO SA TAPA

,3 6

F .G . Ø 4 "

N IV E L D E L A G U A

1 ,0 1 N IV E L T E R R E N O

T U B E R ÍA D E S A L ID A Ø 2 "

H° A°

1 ,0 1

LO SA FO ND O H ° S IM P L E

F .G . Ø 2 "

TANQUE DE AGUA PLANTA

LIMPIEZA Y REBOSE F.G. Ø 2" TUBERÍA DE ENTRADA Ø 4" PVC

VENTILACIÓN DE F.G. Ø 2"

BOCA DE ACCESO CEDAZO

ESCALERA DE F.G. Ø 1/2"C/30

TUBERÍA DE SALIDA Ø 4"

Fuente: PROPIA

Fig. 4.9 Detalle una cisterna o tanque bajo.

4.7.3 Aspectos sanitarios Existen algunas consideraciones que deben ser tomadas en el diseño de los tanques de almacenamiento a fin de hacerlos sanitarios. Hay que indicar que la falta de tomar en cuenta estas consideraciones ha motivado muchas veces epidemias de enfermedades de origen hídrico. Estas consideraciones son las siguientes: TAPA SANITARIA: 72

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente La tapa de cisterna o tanque elevado debe ser de la forma que se indica en la figura 4.10 a fin de evitar que las aguas de limpieza de pisos o aguas de lluvia penetren en los tanques. En caso que no se pueda hacer este tipo de tapa, se efectuará un diseño que impida el ingreso de agua exterior, para lo cual se elevarán los bordes sobre el nivel de la losa.

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.10 Tapa sanitaria TUBO DE VENTILACIÓN: Este tubo permite la salida del aire caliente y la expulsión o admisión de aire del tanque cuando entra o sale el agua. Se efectúa en forma de U invertido con uno de sus lados alargado más que otro que es el que cruza la losa del tanque. El extremo que da al exterior debe protegerse con malla de alambre para evitar la entrada de insectos o animales pequeños. REBOSES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO: a) REBOSE DE CISTERNA. El rebose del agua de la cisterna deberá disponerse al sistema de desagüe del edificio en forma indirecta, es decir, con descarga libre con malla de alambre a fin de evitar que los insectos o malos olores ingresen a la cisterna (ver figura 4.9). b) REBOSE DE TANQUE ELEVADO. Igualmente el rebose del tanque elevado deberá disponerse a la bajante más cercana en forma indirecta, mediante brecha o interruptor de aire de 5 cm de altura como mínimo. Para esto el tubo de rebose del tanque elevado se corta y a 5 cm y se coloca un embudo de recepción del agua de rebose. (ver figura 4.8). c) DIÁMETROS DEL TUBO DE REBOSE. Los diámetros de los tubos de rebose deberán estar de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.14 DIÁMETRO DEL TUBO DE REBOSE CAPACIDAD DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO Hasta 5001 6001 12001 20001 mayor

5000 a 6000 a 12000 a 20000 a 30000 a 30000

litros litros litros litros litros litros

DIÁMETRO DEL TUBO DE REBOSE [PULGADAS] 2 2½ 3 3½ 4 6

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

4.7.4 Capacidades de almacenamiento de agua contra incendio Según el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias Domiciliarias el volumen de reserva tendrá como mínimo 500 lts por piso, el mismo deberá ser almacenado en el tanque cisterna o 73

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente elevado. Otras bibliografías recomiendan que en edificaciones los sistemas de lucha contra incendio son obligatorios para aquellos mayores de 15 m de altura. El almacenamiento de agua de la cisterna o tanque de agua para combatir incendios en estas edificaciones debe ser por lo menos de 15 m3. Para el caso de edificaciones de más de 50 m de altura o plantas industriales, el almacenamiento de agua no será menor de 40 m3 adecuándose el caudal al tamaño posible del incendio, según el gráfico para Agua Contra Incendios de Sólidos, que se acompaña. Ahora bien, la decisión se la dejamos a criterio del ingeniero proyectista. Q l/s

R m3 −300 pa ra g= 0.9 R pa ra g= 0. 9

90−

Q

80−

−280

0.5 g= a 0.5 r g= pa ra Q a Rp

−260 −240

.1 g=0 ara p Q .1 g=0 ara p R

70−

−220 −200

60−

−180 50−

−160 −140

40−

−120 −100

30−

−90 20−

−20 −15 −10 −5 −0

6000

5500

5000

4500

4000

3500

3000

2600

−40

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

10− 7,5− 5,0− 2,5− 0,0−

−60

RIESGO m3

Q = Caudal del agua en l/s para extinguir el fuego. R = Volumen de agua en m3 necesarios para reserva g = Factor de apilamiento 0.9 = Compacto 0.5 = Medio 0.1 = Poco compacto RIESGO = Volumen aparente del incendio Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

4.8 Hidrómetros En edificios domésticos y semejantes, como en fábricas, hospitales, escuelas, terrenos para construcción etc. Se requiere un hidrómetro. En la figura 4.11 se muestra el método para instalar un medidor en una tubería de servicio subterránea. 74

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Tapa metálica de cierre

Nivel del suelo

0.60 mínimo 0.50

Tubería de servicio

Hidrómetro Manpoetería en mortero cemento

0.10 Válvulas de cierre Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.11 Instalación de un hidrómetro

4.9 Causas de contaminación CONTRASIFONAJE. El contrasifonaje ocurre cuando una reducción importante en la presión de una tubería principal de suministro público de agua provoca una reducción semejante en las tuberías de servicio conectadas a esa tubería principal. En consecuencia, en las salidas de los grifos y en las tuberías de alimentación de instalaciones y aparatos como duchas, lavadoras, bidés, etcétera, puede ocurrir una presión negativa o vacío. Si la tubería de entrada a estos aparatos se sumerge en agua contaminada, este agua será succionada hacia la tubería principal. Por consiguiente, el resultado del contrasifonaje puede ser severo, y si la tubería principal de agua está contaminada, esta agua será redistribuida hacia otras casas, oficinas, hospitales, etc. Nota: la contaminación de suministros de agua potable también puede ocurrir debido al efecto de la fuerza de gravedad y al contraflujo por contrapresión. CONTRAFLUJO POR GRAVEDAD. Es semejante al contrasifonaje, aunque se distingue porque el agua fluye de vuelta hacia la fuente de suministro debido a que la presión del sistema se vuelve mayor que la presión de suministro. Esto ocurre cuando la presión de suministro disminuye debido a fallas en el sistema. CONTRAFLUJO POR CONTRAPRESIÓN. Esto ocurre cuando la presión del sistema es superior a la presión de la tubería principal debido al uso de una bomba.

4.10 Riesgos de contaminación La contaminación por contraflujo se clasifica en tres tipos de riesgos (uno, dos y tres), de los cuales el primero es el más grave. En la tabla 4.15 se proporcionan la fuente de riesgo y los métodos de prevención.

75

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Tabla 4.15 REQUISITOS PARA EVITAR EL CONTRAFLUJO FUENTE DE RIESGO Riesgo clase 1 Taza del retrete Bidé Riesgo clase 2 Grifos en fregaderos, etc. Grifos para mangueras Lavadora de ropa Riesgo clase 3 Grifo mezclador de agua caliente y fría Ablandador de agua doméstico

EJEMPLOS DE PROTECCIÓN RECOMENDADA Cisterna de descarga aprobada e instalada correctamente Intervalo de aire tipo A Intervalo de aire tipo A Combinación en línea de válvulas vacuorreguladora y de retención Intervalo de aire tipo B Cualquiera de los dispositivos anteriores, una válvula de retención o una válvula vacuorreguladora en línea Cualquiera de los dispositivos anteriores, una válvula de retención o una válvula vacuorreguladora en línea Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

INTERVALO DE AIRE TIPO A (figura 4.12). Para que exista un intervalo de esta clase, debe haber una disposición de aparatos e instalaciones en la que: a) el agua sea descargada en una cisterna, recipiente u otro aparto o instalación que cuente en todo momento con un nivel de rebosamiento abierto; b) la tubería de descarga hacia esa cisterna, recipiente u otro aparato o instalación para contener agua no debe estar obstruida. c) el agua de descargue hacia la cisterna, recipiente u otro aparato o instalación en un ángulo no mayor de 15° con respecto a la vertical; y d)

la distancia entre el nivel de rebosamiento de esa cisterna, recipiente u otro aparato o instalación y el punto mas bajo de cualquier tubería o accesorio que descargue en esa cisterna, recipiente u otro aparato o instalación no sea menor que la dimensión proporcionada en la tabla 4.16 según el diámetro interno de la tubería.

Tabla 4.16 DIMENSIONES DE LOS INTERVALOS DE AIRE DIÁMETRO INTERIOR DEL TUBO O SALIDA No mayor que 14 mm Mayor que 14 mm, pero no mayor que 21mm Mayor que 21 mm, pero no mayor que 41mm Mayor que 41mm

DISTANCIA VERTICAL ENTRE EL PUNTO DE SALIDA Y EL NIVEL DE REBOSAMIENTO 20mm 25mm 70mm El doble del diámetro interior de la salida Fuente: PLOMERÍA (“F. HALL”, 1998

76

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

T u b e ría d e e n tra d a

In te rv a lo d e a ire tip o A N iv e l d e a g u a N iv e l d e re b o s a m ie n to a b ie rto

V á lv u la d e s a lid a Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.12 Intervalo de aire tipo A en una cisterna. INTERVALO DE AIRE TIPO B (figura 4.13).Este intervalo se produce cuando el agua se descarga en una cisterna, recipiente u otro aparato o instalación abierto a la atmósfera y la distancia vertical desde el punto mas bajo de descarga hacia esa cisterna, recipiente, aparato o instalación hasta su nivel crítico de agua es: a)

suficiente para impedir que el agua en la cisterna, recipiente, aparato o instalación sea succionada por la tubería o accesorio de alimentación debido al efecto de contrasifonaje o bien,

b)

no menor que la cifra proporcionada en la tabla 4.15 según el diámetro interno de la tubería de entrada. N ivel de agua m as baja de tubería de entrada

Tubería de entrada

Intervalo de aire tipo B

V álvula de salida cerrada

Tubería de nivel constante

N ivel del agua en estado estable transitorio en una cisterna cuando existe un flujo m áxim o de agua y todas las salidas estan cerradas, exepto el nivel constante Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.13 Intervalo de aire tipo B en una cisterna.

4.11 Protección de grifos de descarga, conexión de tuberías flexible y aparatos GRITOS DE DESCARGA (figura 4.14). Todos los grifos de descarga o accesorios semejantes (excluyendo las tuberías flexibles para regaderas) que descargan en fregaderos, lavabos, bañeras o instalaciones semejantes (excluyendo bidés) requieren una de las siguientes formas de protección: 77

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente a)

un conjunto de dos válvulas de retención en los tuberías de alimentación de agua caliente y fría; o bien,

b)

un dispositivo igualmente efectivo de prevención de contraflujo o contrasifonaje colocado lo más próximo posible al punto de extracción; o bien,

c)

intervalos de aire que cumplan con las dimensiones proporcionadas en la tabla 4.17. Tabla 4.17 DIMENSIONES DE LOS INTERVALOS DE AIRE EN APARATOS TAMAÑO DEL GRIFO O COMBINACIÓN DE ACCESORIOS

DISTANCIA VERTICAL ENTRE EL PUNTO DE SALIDA Y EL NIVEL DE REBOSAMIENTO DEL APARATO

No mayor que 14mm Mayor que 14mm pero no mayor que 21mm Mayor que 21mm

20mm 25mm 70mm Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

NOTA: los requisitos a, b y c no se aplican a grifos de descarga u otros accesorios que: i)

solo son abastecidos por la fuerza de gravedad desde una cisterna, cilindro o depósito a presión atmosférica Esta distancia vertical es el intervalo de aire y esta restringida al diámetro interior de la tubería de alimentación

Nivel del punto mas bajo de salida

Nivel de rebosamiento del recipiente (abierto) Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Fig. 4.14 Intervalo de aire tipo A en lavabos, bañeras o fregaderos. ii)

son abastecidos por un tubo conectado a una cisterna, cilindro o depósito situado a no menos de 25 mm por arriba del nivel de rebosamiento del aparato; y

iii)

están conectados a un tubo que no suministra agua a ningún otro grifo o accesorio (distinto de un grifo de desagüe) situado a un nivel inferior.

BIDÉS. Si el diseño del bidé es de aspersión ascendente, se clasifica en el riesgo de clase uno. El bidé debe estar abastecido como se muestra en la figura 4.15. TUBERÍAS. Las tuberías para lavado de automóviles, aspersión de jardines, etc., abastecidas directamente por la tubería principal deben estar protegidas en el grifo por un dispositivo de contraflujo idóneo; por ejemplo, un conjunto de dos válvulas de retención. Nota: en los inmuebles no domésticos sólo es posible instalar grifos conectados con tuberías flexibles previa autorización de la compañía de agua. LAVADORAS Y LAVAPLATOS. 78

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Cualquier lavadora de ropa, lavaplatos o secadora de tambor, conectada permanente o temporalmente al servicio de agua en cualquier inmueble, debe contar con un intervalo de aire tipo B o con un interceptor, cuyo retiro hace imposible la operación de la máquina. Además, se requiere que cualquier máquina conectada de manera semejante a una instalación distinta a la de una casa habitación sólo extraiga agua por gravedad de una cisterna de almacenamiento, excepto si la máquina posee un intervalo de aire tipo A en la entrada de suministro. ABLANDADOR DE AGUA. Si un ablandador de agua regenerado por intercambio de iones de sal común se usa junto con una lavadora o lavaplatos, debe tener en su tubería de entrada una válvula de retención y una válvula vacuorreguladora, excepto en los casos en que el agua que va al ablandador pase primero por un dispositivo de prevención de contraflujo, por ejemplo, un intervalo de aire tipo B o un interceptor incorporado a la lavadora o al lavaplatos. GRIFOS MEZCLADORES. Su colocación está permitida aun si las tuberías de suministro de agua caliente y fría poseen presiones distintas, siempre que se coloque una sola válvula de retención cerca de las salidas de las líneas de agua caliente y fría. CISTERNAS DE ALMACENAMIENTO. Las tuberías de suministro que transportan agua a las cisternas (las cuales pueden estar conectadas o no a válvulas de flotador) deben contar con un intervalo de aire tipo A en la entrada de agua si la cisterna esta en riesgo de recibir o contener cualquier sustancia potencialmente dañina para la salud. Si una cisterna suministra agua a un circuito calentador primario doméstico o es una cisterna de descarga, el tubo de suministro debe contar con un intervalo de aire tipo B, un interceptor o un conjunto de dos válvulas de retención (excepto en el caso de una cisterna diseñada e instalada según los reglamentos relacionados con la preservación de la calidad del agua almacenada. A continuación se mencionan algunos requisitos adicionales para cisternas de almacenamiento de uso doméstico: a)

se deben instalar en un sitio o posición que evite el paso de aguas pluviales, negras o jabonosas y de agua no potable;

b)

deben estar aisladas contra el calor y las heladas, y cuando estén hechas de un material que contamine o tenga probabilidades de contaminar el agua almacenada, deben estar forradas o revestidas de un material impermeable diseñado para evitar tal contaminación;

c)

las cisternas deben poseer una cubierta rígida, bien colocada y fija que: i)

no sea hermética,

ii)

impida el paso de luz e insectos a la cisterna,

iii)

esté hecha de un material o materiales que no se astillen o fragmenten al romperse y no contaminen el agua que se condensen en sus caras inferiores, en el caso de una cisterna que almacene mas de 1000 litros de agua, estar construido de modo que sea posible inspeccionarla y limpiarla sin tener que descubrirla por completo,

iv)

v)

79

este hecha de modo que sea posible conectar cualquier tubo de ventilación o expansión para llevar agua a la cisterna.

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.15 Tubería para un bidé.

4.12 Protección secundaria para evitar el contraflujo El riesgo de contraflujo es mayor en una instalación de suministro de agua a varios niveles. En estos sistemas se requiere una protección adicional o secundaria de contraflujo a fin de proporcionar una segunda línea de defensa. Los dispositivos de protección aceptados constan de: a) un conjunto de dos válvulas de retención instalado inmediatamente después de la válvula de cierre que está en la ramificación de la tubería de suministro hacia el nivel o piso de que se trate; o bien, b) una combinación de válvula de retención y válvula vacuorreguladora instaladas de manera semejante. La válvula vacuorreguladora debe ser de presión y colocarse por lo menos a 300 mm por arriba de cualquier aparato abastecido por esa ramificación de la tubería de suministro. En la figura 4.15 se muestra la protección secundaría de un tubo de suministro común que da servicio a dos o más niveles y en la figura 4.16 se muestra la protección secundaria a un tubo de distribución común que da servicio a dos o más niveles.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.16 Protección secundaria para evitar el contraflujo en una tubería de suministro común cuando cada nivel tiene un uso distinto. 80

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

4.12.1 Accesorios para evitar el contraflujo VÁLVULA DE RETENCIÓN: Es un dispositivo mecánico con sellos muy apretados diseñados para permitir que el agua fluya solo en una dirección. En la figura 4.17 se muestra un conjunto de válvulas de retención.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 4.17 Conjunto de válvulas de retención. VÁLVULA VACUORREGULADORA. Se trata de un dispositivo mecánico que posee una entrada para aire que se cierra cuando el agua fluye por ella con una presión mayor o igual que la atmosférica. La válvula figura 4.18 se abre para admitir aire si ocurre un vacío en la tubería a la que esta conectada y se cierra y se estanca cuando el flujo de agua se reduce a presiones normales. Es posible usar una combinación de una válvula de retención y una válvula vacuorreguladora en línea en lugar de un conjunto de dos válvulas de retención si: a) la válvula vacuorreguladora se coloca después de la válvula de retención; b) no hay ninguna válvula de retención después de la válvula vacuorreguladora; y c) la válvula vacuorreguladora está colocada sobre una distancia vertical adecuada entre el nivel de desbordamiento en el aparato o instalación y el punto de conexión con la tubería de distribución.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 4.18 Válvula vacuorreguladora de tipo atmosférico. INTERCEPTOR DE TUBOS (figura 4.19). Este es un dispositivo no mecánico a través del cual pasa el agua y permite la entrada de aire por una abertura anular. Cuando ocurre un vacío en el sitio de entrada del interceptor, se produce un vacío equivalente en el lado de salida, evitando así 81

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente el contrasifonaje. Los interceptores se deben colocar y ajustar correctamente a fin de evitar la reducción del flujo de agua; por ejemplo, una válvula de cierre podría ejercer contrapresión en el interceptor.

Fuente: EL ABC DE LAS INSTALACIONES “ENRIQUEZ HARPER”, 2000

Fig. 4.19 Válvula interceptora de tubos. DISTANCIA VERTICAL ENTRE LA TUBERÍA DE DESBORDAMIENTO Y LA TUBERÍA DE SUMINISTRO (figuras 4.20 y 4.21). La dimensión de la distancia vertical entre el nivel de desbordamiento en la cisterna de almacenamiento y el punto de conexión con la tubería de suministro o distribución, está determinada por el grado de vacío que probablemente se produzca en el punto de conexión con dicha tubería. Esta distancia vertical puede estar limitada por una válvula vacuorreguladora o por una tubería de ventilación. El objetivo de dicha distancia es evitar la succión de liquido contaminado de un aparato hacia la tubería de suministro o distribución en caso de que falle la protección en el punto de uso.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.20 Distancia vertical entre el nivel de desbordamiento de la cisterna y el punto de conexión con la tubería de suministro. 82

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.21 Distancia vertical entre el nivel de desbordamiento de la cisterna y el punto de conexión con la tubería de distribución.

4.13 Prevención de conexiones entre la tubería de agua y la tubería de desagüe En la figura 4.22 se muestra un ejemplo de cómo se ha realizado una conexión entre una tubería de distribución y una tubería de suministro. Si el agua en la cisterna de almacenamiento está contaminada, puede fluir hacia la tubería de suministro.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.22 Una tubería de suministro no se debe conectar con una tubería de distribución. BOMBAS (figura 4.23). No se debe conectar ninguna bomba u otro aparato a una tubería de suministro con el objeto de incrementar la presión o el flujo de una tubería de servicio o cualquier accesorio conectado a una tubería de esta clase (excepto si la compañía de agua lo autoriza por escrito).

83

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente NOTA: las bombas aumentan la presión del tubo de suministro y en la tubería principal, lo que podría provocar que el agua contaminada contrafluya hacia esta ultima. Sin embargo, si entre la tubería de suministro y el cilindro, no hay riesgo de que el agua contaminada contrafluya hacia la tubería principal.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.23 Bomba conectada a una tubería de suministro.

4.14 Producción y distribución de agua caliente En la actualidad la higiene moderna requiere el suministro de agua caliente en viviendas, hoteles, hospitales, etc. y en general, donde el clima no permite utilizar el agua a su temperatura ambiente. El agua caliente es requerida para la higiene corporal, para el lavado de utensilios, para fines medicinales y también para fines de recreación. El sistema de abastecimiento de agua caliente está constituido por un calentador con o sin tanque acumulador, una tubería que transporte el agua a los diferentes artefactos que la requieren y a continuación una tubería de retorno del agua caliente que devuelve al calentador el agua no utilizada. Esta tubería de retorno no es requerida en pequeñas instalaciones. Así con el retorno se mantiene una circulación constante y el agua caliente sale en seguida por los artefactos sin dar primero salida al agua fría que habría permanecido en las tuberías, sino existe el retorno.

4.14.1 Temperatura de utilización del agua caliente Siendo el agua caliente un elemento al que se le da diferentes usos, las temperaturas recomendadas para cada caso son variables, dependiendo además de otros factores como el clima o costumbres de las personas. La siguiente tabla da una idea de las diferentes temperaturas para los usos indicados: Tabla 4.18 TEMPERATURAS DE AGUA PARA DIFERENTES TIPOS DE USO USOS

TEMPERATURA

Higiene corporal Lavado de ropa o utensilios Para fines medicinales

45° - 55°C 60° - 70°C 90° - 100°C

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Siendo, pues, variable la temperatura de utilización del agua caliente y fácil de hacer llegar a los 84

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente diferentes aparatos a su temperatura adecuada es inevitable fijar una temperatura de producción y utilizar llaves de combinación para obtener la temperatura requerida, en cada caso.

4.14.2 Objetivos del diseño de instalaciones de agua caliente El diseño de los sistemas de suministro de agua caliente tiene los siguientes objetivos: 1.

El acatamiento de los Reglamentos existentes.

2.

Obtener un diseño seguro y satisfactorio en su funcionamiento y servicio.

3.

Una utilización de la fuente de calor que sea más económica de obtener.

4.

Economía y durabilidad de la instalación.

5.

Economía y una conveniente operación y mantenimiento de la instalación terminada.

4.14.3 Generadores de agua caliente De acuerdo al agente empleado en la producción de agua caliente, los generadores o calentadores se clasifican en: Eléctricos, a gas a petróleo o a vapor. Los calentadores pueden ser a su vez instantáneos o con tanques de almacenamiento.

La selección del tipo de calentador a emplearse depende de muchos factores, pudiendo enumerarse los siguientes:

1.

TAMAÑO DE LA INSTALACIÓN.

En pequeñas y medianas instalaciones pueden utilizarse calentadores eléctricos o a gas y generalmente en grandes instalaciones se utilizan los calentadores a petróleo, gas o vapor, actualmente esta a disposición los calentadores solares. 2. En edificaciones donde se dispone de espacio suficiente y con las condiciones adecuadas como buena ventilación, ambientes separados, etc., se puede utilizar calentadores a petróleo o a vapor; en cambio si el espacio es problema podría reemplazarse por calentadores a gas o eléctricos a esto también pueden ser incluidos los calentadores solares en ambos casos. 3.

AGENTE DE CALOR O COMBUSTIBLE.

Si la edificación cuenta con la producción de algún agente de calor que va a ser utilizado para otros fines, es pues recomendable utilizar el mismo para el calentador, trayendo consigo economía en la operación del equipo. Esto es frecuente en instalaciones industriales, hospitales, etc. donde el vapor o petróleo es utilizado como agente de calor para diferentes fines. 4. 85

COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente Es necesario, sobre todo, en medianas y grandes instalaciones, hacer un estudio económico de lo que representa el costo de operación empleando diferentes fuentes de calor, de acuerdo a la ubicación del local, costo del combustible o energía calorífica, vida útil del equipo y el costo de mantenimiento del equipo; pues en instalaciones donde se cuenta con personal y materiales de mantenimiento por la diversidad de equipo instalado bajo el costo de mantenimiento; mientras que, en edificaciones que por su función no cuentan con equipos, serán económicos aquellos equipos que necesitan mínimo mantenimiento compensando su mayor costo de operación. 5.

TIPO DE EDIFICACIÓN.

Es también necesario tener en consideración el tipo de local, ya que en algunos casos no es recomendable instalar equipos que produzcan vibraciones o ruidos o que por la naturaleza del agente de calor, sea algún peligro para la integridad de la población o local. 6.

EXISTENCIA DE EQUIPOS.

Aunque es un factor relativo y variable, es conveniente que el proyectista conozca el mercado a fin de hacer una buena selección de acuerdo a lo que sea factible de adquirirse en el mercado. Teniendo en consideración todos estos factores deberá ya en este caso actuar el criterio del proyectista para decidir el tipo de calentador que deberá servir de fuente de producción de agua caliente.

4.14.4 Dispositivos de seguridad En las instalaciones de suministro de agua caliente se hacen necesarios aditamentos de seguridad para aliviar las presiones peligrosas y las temperaturas excesivas, a fin de evitar quemaduras, la explosión o el reventamiento de los tanques y los daños a las personas y a las propiedades. Las presiones se consideran peligrosas cuando ceden a las presiones de trabajo del agua para las que se diseñan el equipo y la tubería de manera que la resistan. Entre estos dispositivos tenemos 1.

Colocación de una válvula de retención en la tubería de suministro de agua fría al calentador.

2.

Debe colocarse una válvula de escape de presión en un lugar efectivo en todo suministro de agua caliente con el fin de evitar la formación de presiones peligrosas.

3.

Todo sistema de suministro de agua caliente debe tener instalada una válvula para el alivio de la temperatura o un aditamento para la interrupción de energía, para evitar que el agua pueda elevarse hasta una temperatura peligrosa. Casos de explosión ha causado daños en la propiedad y a las personas, algunas veces por falta de una inspección y mantenimiento periódico.

4.

Los tanques de almacenamiento de agua caliente deben instalarse de manera que sus marcas de presión estén en un lugar accesible para su inspección.

4.14.5 Dotación Según el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias Domiciliarias la dotación de agua 86

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente caliente es como sigue en la siguiente tabla 4.19: Tabla 4.19 CONSUMO DE AGUA CALIENTE DE ARTEFACTOS SANITARIOS EN LITROS POR HORA, SEGÚN EL TIPO DE EDIFICIO. ARTEFACTO SANITARIO

EDIFICIOS

RESID. PRIVADAS

HOTELES

CLUBES

GIMNASIOS

HOSPITALES

INDUSTRIAS

OFICINAS

ESCUELAS

Tina Lavadero de ropa Bidet Ducha Lavadero de cocina Lavadero repostería

75 75 10 280 40 20

75 75 10 280 40 20

75 110 10 280 75 40

75 110 10 560 75 40

115 850 -

75 150 20 280 75 75

115 850 75 -

-

850 40 40

Lavaplatos mecánico Lavatorio privado Lavatorio público Botadero

60 8 -

60 8 -

750 8 30 100

560 8 30 75

8 35 -

750 8 30 100

380 8 45 75

8 20 56

380 8 60 75

0.30

0.30

0.25

0.30

0.40

0.30

0.40

0.30

0.40

1.25

0.80

0.80

0.90

1.00

0.80

1.00

2.00

1.00

Coef. de demanda Probable (en relación Con el max consumo Posible) Coef. de almacenaMiento (en relación Con la demanda Posible)

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

4.14.6 Métodos de calentamiento de agua y tipo de calentadores Existen dos métodos de calentamiento de agua: 1. El calentamiento directo y 2. El método indirecto de calentamiento. El método de calentamiento directo consiste en calentar el agua por contacto directo con superficies expuestas a las altas temperaturas del fuego y de los gases de chimenea, generadas por la combustión o con contactos directos con superficies calentadas eléctricamente o por contacto con elementos calefactores eléctricos sumergidos; en este método las temperaturas pueden ser relativamente altas. El método indirecto de calentamiento consiste en calentar el agua por contacto con superficies que sirven como un medio de transferencia o intercambio de calor del agua caliente a alta temperatura o del vapor al agua en el sistema de suministro de agua caliente. Con este método las superficies de calentamiento se sujetan a condiciones de temperatura mucho más bajas de las que prevalecen generalmente con el método directo. Todos los calentadores de agua, ya sea que apliquen métodos directos o indirectos de calentamiento, pueden clasificarse como calentadores sin tanque o con tanque de almacenamiento. Los calentadores sin tanque de almacenamiento están diseñados para calentar el agua fría a la temperatura de agua caliente estándar de suministro en un solo paso a través del calentador, de manera que pueda llevarse por tubos de agua directamente del calentamiento a los artefactos. En contraste, los calentadores con tanque de almacenamiento requieren el uso del tanque para almacenar el agua. 87

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente En los que el agua se calienta al pasar por un serpentín calentador y circula después hacia un tanque de almacenamiento, el calentador se denomina como "calentador de agua de almacenamiento circulante”.

4.14.7 Selección del calentador y tanque de almacenamiento de agua caliente La capacidad de producción del calentador se estima como una parte de la dotación diaria de agua caliente y se calcula de acuerdo a los porcentajes establecidos por la experiencia y estudios realizados por expertos y fabricantes, a continuación la tabla 4.20 nos clarifica mas lo anterior dicho. Tabla 4.20 CAPACIDADES DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO TIPO DE EDIFICIO

CAPACIDAD DEL TANQUE ALMACENAMIENTO EN RELACIÓN CON DOTACIÓN DIARIA EN LITROS

CAPACIDAD HORARIA DEL EQUIPO DE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE, EN RELACIÓN CON LA DOTACIÓN DIARIA

1/5

1/7

1/7 1/5 2/5

1/10 1/10 1/7

2/5

1/6

Residencias unifamiliares y multifamiliares. Hoteles y pensiones Restaurantes Gimnasios Hospitales y clínicas, consultorios y similares

Fuente: INSTALACIONES SANITARIAS EN EDIF. “E. JIMENO”, 1995

Se puede indicar que en viviendas, hoteles y casas de apartamentos, donde el consumo de agua caliente es casi uniforme durante todo el día, es apropiado usar un calentador grande y un depósito pequeño. En fábricas u otros edificios en que el consumo máximo tiene una duración limitada es preferible un depósito grande y un calentador pequeño. Así entre los períodos de máximo consumo el calentador puede ir rellenando lentamente el depósito de agua caliente. Para mejor aclaración citamos un caso: EJEMPLO. Se trata de determinar las capacidades del tanque de almacenamiento y calentador de agua para una Central de Agua Caliente, para un edificio de departamentos que cuentan con: 10 Departamentos de 1 Dormitorio 10 Departamentos de 2 Dormitorios 10 Departamentos de 3 Dormitorios SOLUCIÓN : 10 x 120 1/día = 1200 litros /día 10 x 250 1/día = 2500 litros /día 10 x 390 1/día = 3900 litros /día Agua Caliente total = 7600 litros /día Tanque de almacenami ento =

88

7600 = 1520 litros 5

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente 7600 = 1085 litros / hora 7 con estos datos se pueden escoger de acuerdo a catálogos de los fabricantes la capacidad del tanque de almacenamiento y del calentador. Capacidad calentador =

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.24 Sistema directo de suministro de agua caliente.

4.14.8 Sistema de distribución directa Es utilizado en residencias o pequeñas instalaciones, donde no existen grandes longitudes de tuberías o cuando, por la función o categoría del edificio, no es exigente mantener el agua a una temperatura constante, debiendo esperar un pequeño tiempo para recibir en el aparato el agua a la temperatura adecuada. Escogido el tipo y capacidad del calentador consiste en diseñar una tubería con capacidad para la máxima demanda simultánea de agua caliente, desde el calentador hasta los diferentes aparatos sanitarios con esta necesidad, considerando la presión de salida que exige la reglamentación vigente.

4.14.9 Sistema de distribución indirecta En éstos sistemas, el agua de la caldera circula pasando a través de un intercambiador de calor instalado dentro del recipiente de almacenamiento de agua caliente y el agua se calienta indirectamente. Si se tiene vapor disponible, éste puede hacerse circular por el intercambiador de calor en vez del agua caliente. Como el agua de la caldera no se mezcla con el agua del recipiente de almacenamiento, en los distritos en que el agua es blanda no hay riesgo de que salga por las llaves agua que sabe a hierro 89

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente o colorada mal llamada orín de hierro (agua herrumbrosa). Asimismo, como el agua de la caldera del circuito primario y del intercambiador de calor no sale por las llaves, no hay riesgo de que salgan costras salinas cuando se use temporalmente agua dura. Después del calentamiento inicial del agua y de la precipitación de los carbonatos, no debe presentarse más este fenómeno de precipitación. Los sistemas indirectos tienen una ventaja adicional cuando se combina la calefacción central con el suministro de agua caliente, porque no hay riesgo de extraer agua herrumbrosa de los radiadores a través de las llaves. La temperatura del agua también puede ser mas elevada que la que se usa en el sistema directo, lo cual es necesario para el sistema de calefacción central.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.25 Sistema indirecto de suministro de agua caliente.

4.14.10 Sistema de distribución con circulación por gravedad Dentro de este sistema existen dos variantes: A. SISTEMA ASCENDENTE CON CIRCULACIÓN POR GRAVEDAD. Consiste en una red de tuberías de distribución que partiendo de la fuente de producción de agua caliente alimenta debajo hacia arriba a los diferentes servicios formando montantes o columnas ascendentes, al final de cada una de las cuales se instala una tubería de retorno que regresa el agua enfriada al calentador. La circulación del agua se produce por la diferencia de peso o densidad entre la columna de 90

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente agua más caliente (distribución) y la columna de retorno más fría. B.

SISTEMA DE ARRIBA HACIA ABAJO CON CIRCULACIÓN POR GRAVEDAD. Consiste en instalar una sola montante que lleva el agua caliente hasta la parte superior del edificio, en donde se distribuye en bajantes que alimentan los diferentes servicios de arriba hacia abajo. Los extremos inferiores de las bajantes se unen para llevar el retorno de agua enfriada a la fuente de producción. Estos dos sistemas son utilizados en medianas instalaciones donde las condiciones de edificación lo permitan, pues no es muy aconsejable donde la longitud de tuberías, su diámetro y recorrido no permita la velocidad que depende de la diferencia de peso en las tuberías de alimentación y retorno.

4.14.11 Sistema de circulación forzada Consiste en una red ascendente o descendente de distribución de agua caliente desde la fuente de producción hasta los diferentes aparatos sanitarios; y tuberías de retorno, conectadas a las montantes, que circulan el agua enfriada nuevamente hasta el calentador, intercalándose una bomba que permite dar la velocidad de flujo necesaria para la circulación. Esta bomba opera con un arrancador por termostato, arrancando cuando la temperatura del agua en la tubería de retorno ha descendido al mínimo y parando cuando se ha producido la circulación suficiente para aumentar la temperatura, para que en cualquier momento que se opere una llave se tenga en el aparato el agua caliente a su temperatura adecuada. Este sistema es más comúnmente utilizado en medianas y grandes instalaciones.

4.14.12 Sistema de calentamiento de agua por energía solar El funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo: El colector solar plano se instala normalmente en el techo de la casa y orientado de tal manera que quede expuesto a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende de la latitud del lugar donde sea instalado. El colector solar plano está formado por aletas captadoras y tubos por donde circula el agua, los cuales capturan el calor proveniente de los rayos del sol y lo transfieren al agua que circula en su interior. El agua circula por todo el sistema mediante el efecto denominado “termosifónico”, que provoca la diferencia de temperaturas. Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la fría y, por lo tanto, tiende a subir. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termotanque o en este caso cilindro solar, con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo. Para mantener el agua caliente, esta la función del “termotanque”, el cual está forrado con un aislante para evitar que se pierda el calor ganado. Un buen calentador solar de agua puede durar funcionando hasta 15 ó 20 años. Los beneficios del uso de los calentadores solares de agua los podemos clasificar en dos: económicos y ambientales. 91

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente ECONÓMICOS. Con la instalación de un sistema adecuado a nuestras necesidades, podemos satisfacer la mayor parte de los requerimientos de agua caliente de nuestra casa, sin tener que pagar combustible, pues utilizar así el sol no nos cuesta. Aunque el costo inicial de un calentador solar de agua es mayor, con los ahorros que se obtienen por dejar de consumir gas, podemos recuperar nuestra inversión en un plazo razonable. AMBIENTALES. El uso de los calentadores solares permite mejorar en forma importante nuestro entorno ambiental. Los problemas de la contaminación en las zonas urbanas no sólo son provocados por los combustibles utilizados en el transporte y en la industria, sino también por el uso de gas LP en millones de hogares, lo cual contribuye en conjunto al deterioro de la calidad del aire y la emisión de gases de efecto invernadero, con graves repercusiones locales, regionales y aun globales. La selección de un equipo solar depende básicamente de los siguientes factores: Primero.- Número de personas y hábitos de uso. Estos datos son básicos, porque de ellos depende en gran medida el tamaño del equipo solar requerido. Segundo.- Otros usos del agua caliente (lavado de ropa, lavado de trastes, etc.). Si se quiere suministrar agua caliente para estos servicios, se deben considerar sus consumos.

Fuente: PLOMERÍA “F. HALL”, 1998

Fig. 4.26 Sistema de calentamiento de agua por energía solar.

92

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

4.14.13 Diseño de redes de agua caliente Una vez que se han definido todos los elementos básicos para un proyecto de abastecimiento de agua caliente, como son dotaciones, capacidad de producción, capacidad de almacenamiento si fuera necesario, tipo de calentador, temperatura de producción y de consumo, etc., podrá procederse a la ejecución del diseño de la red de agua caliente teniendo presente el sistema escogido para ello. Se da a continuación algunas consideraciones básicas que puedan servir de pauta para un mejor diseño: a. Se deberá evitar en lo posible que la tubería de agua caliente vaya empotrada en muros o pisos, utilizando ductos, entretechos o falsas estructuras que permitan la libre dilatación o contracción por cambios de temperatura. b. Los equipos de agua caliente deben ubicarse en tal forma que permitan una fácil operación o mantenimiento. c. Deberá evitarse la combinación frecuente de metales opuestos que puedan producir corrosión galvánica (de esto se mencionará mas adelante en un capítulo destinado a ello). d. Debe tenerse en cuenta el recubrimiento de aislamiento térmico que debe llevar la tubería.

4.14.14 Cálculo del diámetro interior de tuberías para agua caliente El diámetro interior del tubo que se requiere para descargar una cantidad determinada de agua caliente o fría cuando se tiene una cierta carga hidrostática o presión de agua se puede determinar por medio de tablas, gráficas o por cálculo. Una fórmula bien conocida para calcular el diámetro de tuberías para agua caliente y fría es la ideada por Thomas Box, que tiene la expresión siguiente: q=

d5 × H 25 × L × 10 5

Donde: q : es la descarga (gasto) que sale por la tubería [l/s] d : es el diámetro de los tubos [mm] H : es la carga hidrostática del agua [m] L : la longitud efectiva de la tubería [m] EJEMPLO. Calcular el diámetro de un tubo para descargar 0.3 l/s a una regadera. La carga hidrostática constante es de 1.5 m y la longitud efectiva de la tubería es de 5 m.

q=

⇒d=5

d5 × H 25 × L × 10 5

q2 × 25 × L × 10 5 5 0.3 2 × 25 × 5 × 10 5 = = 14.96 [mm] H 1 .5 Asumir ØINT = 15 mm ⇒ el Ø de la tubería puede ser 1/2”

93

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente FUERZA RELATIVA DE DESCARGA DE LAS TUBERÍAS  D  N=    d 

5

Si para el ejemplo anterior la tubería suministra a cinco lavabos cada una de ellas alimentada por una tubería corta de Ø 15 mm. Es igual a la raíz cuadrada de la quinta potencia de sus diámetros. Donde: N : el número de tuberías secundarias D : diámetro de la tubería principal d : diámetro de las tuberías secundarias Para nuestro caso:  D  N=    d 

5

⇒ D = 5 N2 × d5 = 5 5 2 × 15 5 = 28.55 [mm] Asumir ØINT = 29 mm ⇒ el Ø de la tubería puede ser 1 1/4”

4.14.15 Calentamiento eléctrico El calentamiento eléctrico, normalmente esta hecho por medio de resistencias metálicas de inmersión, que dan buen rendimiento en la transferencia de calor. Estas resistencias en general son aisladas por mica, asbestos, etc. materias que deben soportar bien las altas temperaturas. Hay también resistencias líquidas que utilizan una propia resistencia de agua. Constan de dos electrodos, que se separan a la proporción que se quiere calentar un agua, pues un agua calentada tiene menor resistencia. Formulas: R=

ρL S

Donde: R: resistencia, [ohms]  ohms x mm 2  ρ: resistividad del material,   m   L: acompresión del resistor, [m] S: sección del resistor, [mm2] P = R I2 Donde: P: potencia, [watts] I: corriente, [amperios] 94

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

P=

V2 R

Donde: V: tensión [voltios] V: R I W=Pxt Donde: W: energía, [watts / hora] t: tiempo, [horas] Q = m c (t2 – t1) Donde: Q: cantidad de calor, [kcal] m: cantidad de agua, [lts] t2: temperatura final, [°C] t1: temperatura inicial, [°C]  kcal  c: calor específico,   (para agua c =1)  kg °C  kWh = 860 kcal Q = 0.00024 R I2 t ; (expresión que da cantidades de calor en kcal produciendo una resistencia R, por una corriente de I amperios, en t segundos). EJEMPLO: Deseamos calentar 100 lts de agua de una temperatura de 24 °C a 40 °C en dos horas. La tensión disponible en la red es de 220 volts, cual es la potencia eléctrica exigida?. Q = m c (t2 – t1) Q = 100 x 1(40 – 24) = 1600 [kcal] ⇒

; 1[kcal] = 0.001163 [kwh]

Q = 1.86 [kwh]

W 1.86 = = 0.93 [kw] = 930 [watts] t 2 Con este dato podemos escoger según manuales y catálogos el tipo de calentador que se podría necesitar. P=

4.14.16 Calentamiento a gas Es común ahora el uso de gas para el calentamiento de agua, el gas puede calentar hasta 5500 kcal por metro cúbico. Un calentador de gas normalmente esta instalado en el baño o en la cocina, siendo mas favorable el calentador del tipo automático que transmite la llama a una serie de quemadores, bastando que se abra un dispositivo. En torno a dos quemadores se desenvuelve una serpentina de agua recibiendo calorías por el contacto directo con la llama o con gases calientes. 95

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

ESQUEMA DE CONEXIONES DE UN CALENTADOR 3 1 4"- 2"SA

0.85

0.75 1 2"G

0.60

1 2"EA

SA: SALIDA DE AGUA CALIENTE G: ENTRADA DE GAS EA: ENTRADA DE AGUA FRÍA

Fuente: INST. HIDRÁULICAS Y SANITARIAS “HELIO CREDER”, 1989

Fig. 4.27 Esquema de calentamiento de agua con gas. Los tipos de calentadores modernos “Junkers” deben tener dispositivos de seguridad como: •

Registro de seguridad que solo permita el paso del gas cuando el agua el agua este pasando por la serpentina.

•

Válvulas automáticas que dejen pasar el gas cuando el agua este abierta y obtura el pasaje del gas cuando el agua este cerrada.

AGUA CALIENTE

MIN. 1.50

70 mm GAS

AGUA CALIENTE

70 mm DUCHA

AGUA FRÍA

LAVAMANOS BAÑERA BIDÉ

Fuente: INST. HIDRÁULICAS Y SANITARIAS “HELIO CREDER”, 1989

Fig. 4.28 Detalle para instalación de calentador “Junkers”. Un calentador “Junkers” es un elemento bimetálico. En caso de que sea apagada la llama por cualquier motivo, este elemento bimetálico se comprime por enfriamiento sellando el paso del gas, como indica en la figura 4.29.

96

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

SALIDA DE AGUA CALIENTE

SERPENTIN

ELEMENTO BIMETÁLICO AGUA FRÍA GAS

Fuente: INST. HIDRÁULICAS Y SANITARIAS “HELIO CREDER”, 1989

Fig. 4.29 Calentador de gas “Junkers”. El consumo de gas de 1 m3 puede producir aproximadamente 4000 kcal; se admite como 70% del rendimiento medio de los calentadores. EJEMPLO Se desea saber el consumo de gas para un baño que consume 30 lts a una temperatura de 60 °C, el agua fría entra a una temperatura de 20 °C Calorías utilizadas:

30 (60 – 20) = 1200 [kcal]

Calorías efectivas:

1200 = 1714 [kcal] 0 .7

Consumo:

1714 = 0.43 [m3 ] 4000

4.14.17 Aislamiento En medianas y grandes instalaciones de agua caliente es necesario recubrir las tuberías con aislante térmico que disminuya al mínimo la pérdida de temperatura que significa mayor costo de operación. Para ello existen materiales eficaces como carbonato de magnesio con amianto y/o asbesto prensado, fabricados en segmentos que se ajustan al diámetro de las tuberías; lana de vidrio forrada y laminada en segmentos semicirculares. Estos materiales son fabricados en diferentes espesores, dando los fabricantes los coeficientes de conductividad o resistividad térmica y las especificaciones de uso e instalación.

4.14.18 Dilatación 97

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

Debido a los cambios de temperatura en las tuberías de agua caliente y circulación, se producirá dilataciones o contracciones en las mismas. Para absorber estos cambios de longitud deberá preverse la instalación de uniones de expansión, sobre todo en medianas y grandes instalaciones. En el diseño de las redes de agua caliente y circulación deberá considerarse los tramos de mayor longitud seccionándolos con puntos fijos de apoyo para luego calcular la dilatación para cada tramo, de acuerdo a la longitud que pueda absorber la unión de expansión elegida. Puede adquirirse o fabricarse uniones de expansión de curva o del tipo de telescopio. Las primeras son más económicas y utilizadas donde el espacio lo permite y para diámetros pequeños y las segundas, utilizadas donde no hay espacio suficiente y para diámetros mayores.

4.15 Interpretación de dibujos La interpretación de dibujos en las instalaciones domiciliarias no es compleja por el contrario es de fácil entendimiento, pero para mejor entendimiento desarrollaremos los siguientes subtítulos:

4.15.1 Simbología AGUA POTABLE

SIMBOLOS

Grifo de riego Válvula de paso Válvula de retención Válvula reguladora de presión Válvula de flotador Válvula vacuorreguladora Medidor de agua

M

Bomba

B

Niple Tee Cruz Codo 90° Codo 45° Reducción excéntrica Reducción concéntrica Unión universal Tapón hembra Tapón ciego

98

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente ALCANTARILLADO

SIMBOLOS

Dirección de la pendiente Terminación de ventilación " Y" Sanitaria "Y" Sanitaria doble Ramal "Y" simple Ramal "Y" doble Rejilla de piso Sumidero de agua pluvial Caja interceptora Cámara de registro Cámara de inspección

Símbolos vigentes en la elaboración de Planos Sanitarios Tubería de Agua Potable Tubería de Agua Caliente Alcantarillado que recibe materias fecales y aguas servidas Alcantarillado de aguas pluviales Tubería de Ventilación Alcantarillado sanitario hormigonado Alcantarillado pluvial hormigonado Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

4.15.2 Dibujos vistos en planta, e isométrico En todo proyecto la presentación de planos es imprescindible, el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias y Domiciliarias indica que para la especialidad de instalaciones sanitarias, deberán estar elaborados por profesionales matriculados y debidamente representados por su filial departamental y por la Asociación Boliviana de Ingeniería Sanitaria. Se puede utilizar las normas DIN de dibujo.

99

1/2" − 1.6

Ia 1

1.0 "− /2 11 1.0 "− /2 11

1

1/2 "

Ia

1.0 "− 1/2

1 1.0 "− 1/2

1

"− 1/2

1/2" − 0.8

0.9

1/2 "

1.0

1

pg

−

1.0 "− 1/2

0 0.4 "− 1/2

0 ta pp 0.4 vc "− 1/2 1/2 "

A LA RED PUBLICA

L

a ad ni z

1.70

D 0.9

ta pp vc 1/2 "

"− 1/2

0 2.4

−

Ia

1.9 5

1/2 "

−

0.25

va al

0.6

5

1/2 "

−1 .00

DETALLE TANQUE DE AGUA DE FIBROCEMENTO

Bb −1 .40

Bb

TAP PVC 1"

TAP PVC 1/2" TAP 1/2"

ta

1.0 "− 1/2

L

ISOMETRICA

−

Ia

Ia

uu 0.12

1.9 5

llp

1/2" − 1.6

Ia

1/2" − 1.6

1/2" − 1.6

Ia

−

0 0.0 −1

1"

1/2" − 2.2

Ia

Ia

Ia

1/2" − 0.8

c1 /2"

1/2" − 1.6

5

1/2" − 1.6

L tap pv

0.6

1/2" − 1.6

0 0.2 "− 1/2

0 0.5

−

0 0 0.6 1.1 "− "− 1/2

1/2" − 1.6

1/2" − 0.8

L

"− 1/2 0 0.4 "− 1/2

L 1/2

1/2" − 1.6

1/2" − 0.8

"− 1.4 0

TAP PVC 1"

TAP PVC 1"

TAP 1/2"

1/2"

0.72

TAP PVC 1/2"

TAP PVC 1"

pp vc 1/2

1/2" − 0.8

L

Bb

1/2 "

de la red publica

Ia

1.37

ta

−1 .00

0.62

Bb

1/2" − 0.8

1/2 "

1/2" − 0.8

1/2" − 2.2

1/2" − 1.6

D

1/2" − 0.8

Ia

1/2" − 1.6

tap Galvanizada 2" − 5.65

loza apoyo para 2 tanques de 2000 lts

tap galvanizada 1" − 6.45

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente

TAP PVC 1/2"

DEPOSITO

INST. DE AGUA POTABLE

INSTALACION SANITARIA Fuente: PROPIA

4.16 Cálculo manual de tuberías con el uso de planillas Excel A continuación se describe una edificación de cinco plantas que nos servirá en el ejemplo que se propone. PLANILLAS DE CÁLCULO PARA COLUMNAS DE PRINCIPALES DE AGUA POTABLE COLUMNA [1] Es la columna a calcular. 100

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente PISO [2] Es el piso a donde se desea llegar. TRAMO [3] Son los nudos a calcular. NÚMERO DE ARTEFACTOS [4] Es la cantidad de: I: Inodoros L: Lavabo ó lavamanos BóD: Tina de baño ó Ducha Bt: Bidés Lp: Lavavajilla ó lavaplatos Lv: Lavanderías U: Urinarios UNIDADES DE GASTO [5] En estas casillas introducir las respectivas unidades de gasto de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.21 UNIDADES DE GASTO PARA EL CÁLCULO DE TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN DOMICILIARIA (ARTEFACTOS DE USO PRIVADO). UNIDADES DE GASTO

TIPO DE CONTROL DE SUMINISTRO

TOTAL

1. CUARTO DE BAÑO Inodoro Inodoro Inodoro

Tanque de lavado Bajo consumo Válvula de lavado

3 2 6

Urinario Urinario

Tanque de lavado Válvula de lavado

3 5

Llave o grifo

Lavatorio Tina o bañera Ducha o regadera Ducha o regadera

ARTEFACTO SANITARIO

AGUA FRÍA

AGUA CALIENTE

1

0.75

0.75

Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo Llave o bajo consumo

1 2 2 1.5

0.75 1.5 1.5 1

0.75 1.5 1.5 1

Baño completo Baño completo Baño completo

Tanque de lavado Tanque bajo consumo Válvula de lavado

5 4 8

4.5 3.5 8

2.25 2.25 2.25

Medio (visita) Medio (visita) Medio (visita)

Tanque de lavado Tanque bajo consumo Válvula de lavado

3 2 6

3 2 6

0.75 0.75 0.75

2. COCINA Lavadero Lavaplatos Lavadero repostero

Llave o grifo Llave o grifo Llave o grifo

3 3 3

2 2 2

2 2 2

3. LAVANDERÍA Lavadero de ropa Lavadora eléctrica

Llave o grifo Llave o grifo

3 4

2 3

2 2

Bidé

Fuente: REGLAMENTO NACIONAL DE I.S.D., 1994

UNIDADES DE GASTO PARCIALES [6] Es la sumatoria de todas las casillas del numeral [5]

101

Capítulo IV Diseño y Cálculo para el Suministro de Agua Fría y Caliente UNIDADES DE GASTO ACUMULADAS [7] Es la suma del numeral [6] mas la unidad acumulada de la anterior fila. CAUDAL (l/s) [8] Es el caudal probable, la expresión a introducir será de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.22 FORMULAS PROCESADAS PARA INTERVALOS INDICADOS ARTEFACTO

INTERVALO

EXPRESIÓN 2

TANQUE

0< UG 57°C). 6. No aplicar los productos químicos recomendados para el tratamiento de los sistemas de agua caliente doméstica, calderas, torres de enfriamiento y sistemas cerrados, además no supervisar en forma minuciosa y cotidiana el tratamiento. 7. Omitir la disposición de un sitio para efectuar pruebas de corrosión, donde puedan instalarse testigos de corrosión con el fin de observar y vigilar el sistema de tubería para determinar si es necesario aplicar químicos o cambios en el tratamiento.

251

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones 8. El diseño de un sistema nuevo que no se pueda limpiar, pasivar ni enjuagar adecuadamente antes de usarlo. 9. Soslayar el efecto del diseño original del edificio sobre el diseño de futuras ampliaciones. 10. Inspeccionar en forma inadecuada las instalaciones originales de plomería para asegurarse de que: a) No se instalaran conexiones que reduzcan el flujo. b) Se usaran adecuadamente fundentes o compuestos para tubería no corrosivos. c) Se efectuaran en forma competente el escariado de los tubos y la soldadura, lo que permitirá que el agua fluya con una turbulencia mínima por la tubería. 11. La existencia de aguas estancadas en un edificio nuevo, durante varios meses, antes de que lo ocuparan sus habitantes.

11.2 Tipos de corrosión Hay varios tipos de corrosión, a continuación les nombraremos algunas: 1. LA CORROSIÓN UNIFORME O GENERAL: Tiene como particularidad que se desarrolla con la misma rapidez por toda la superficie, y puede describirse mejor como la corrosión que causan los ácidos en un medio con agua cuyas propiedades protectoras son mínimas y no han sido identificadas. 2. LA CORROSIÓN POR PICADURA: No es uniforme, ocurre en un área anódica localizada, puede ser aguda y profunda y es un ejemplo de un ambiente que ofrece algunas propiedades protectoras, pero no una inhibición completa de la corrosión. Se la asocia con la corrosión por celdas de concentración, la corrosión galvánica y la corrosión en hendiduras. 3. LA CORROSIÓN GALVÁNICA: Es el resultado de la exposición de dos metales distintos en el mismo ambiente, y es más notable cuando están conectados eléctricamente en forma directa. Un ejemplo es la corrosión que sufren las partes de las tuberías de acero cercanas al cobre que se encuentra en las válvulas. La corrosión galvánica se incrementa ante una mayor diferencia en el potencial, una mayor cercanía de los metales y una mineralización o conductividad aumentadas en un agua. 4. LA CORROSIÓN POR CELDAS DE CONCENTRACIÓN: probablemente el tipo más común de corrosión, ocurre cuando hay diferencias en mineralización, acidez, concentración de iones metálicos, concentración de aniones, oxígeno disuelto y temperatura en la exposición de un metal a su ambiente. Estas diferencias causan discrepancias en el potencial de solución del mismo metal. 5. LA CORROSIÓN EN HENDIDURAS: Es un ejemplo de la corrosión por celdas de concentración, en ella el oxígeno se vuelve deficiente en la hendidura o grieta, lo que causa una diferencia en potencial y provoca corrosión. El ejemplo más obvio es el caso de suciedad o escombros que se precipitan en una superficie metálica y causan una diferencia en la difusión del oxígeno hacia la superficie metálica. Esto determina el desarrollo de una diferencia en el potencial debajo de la suciedad y entre la superficie debajo de ésta y la superficie limpia cercana (aireación diferencial); el resultado es que la corrosión ocurre debajo del depósito. La corrosión debajo de depósitos es otro ejemplo en el que unos depósitos, crecimientos 252

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones bacterianos, suciedad (del polvo en el aire) y material en suspensión, se adhieren a una superficie metálica, formando una celda electrolítica entre el área debajo del depósito y el área limpia vecina. 6. LA CORROSIÓN POR DESZINCADO: De las aleaciones de cobre-zinc, como el latón, ocurre porque el zinc es más anódico que el cobre y se corroe en ambientes hostiles, mientras que el cobre queda en su sitio. El latón amarillo en aguas blandas e inestables es particularmente sensible a este tipo de corrosión; sin embargo, el latón rojo, cuyo contenido de zinc es menor, es mucho menos propenso a este tipo de corrosión. 7. LA CORROSIÓN GRAFÍTICA: Ocurre en el hierro colado expuesto a aguas mineralizadas o con pH bajo. El grafito disperso en el hierro vaciado funge como el cátodo y la aleación de hierro-silicio como ánodo. Esto provoca la disolución de la aleación de hierro y queda un grafito negro, como esponja, como material de estructura deficiente. 8. LA CORROSIÓN CON ESFUERZO (fatiga con corrosión): La causa un esfuerzo tensor externo, y suele evidenciarse en los límites de los granos de la microestructura del metal. La ruptura frecuente de la película protectora en la superficie origina a menudo una región anódica continua, lo que provoca el agrietamiento y la falla del metal. El agrietamiento por corrosión con esfuerzo (SCC) se observa, por ejemplo, en la fragilización cáustica de los tubos y tambores de acero de las calderas y en el ataque de los cloruros en los aceros inoxidables. En el caso de las aguas de calderas, la elevada causticidad y la falta de concentraciones necesarias de inhibidor de corrosión, acompañadas por el esfuerzo, pueden causar ataques intergranulares o transgranulares del acero y provocar rupturas en el metal. El agrietamiento por corrosión y esfuerzo de los aceros inoxidables austeníticos (aceros de extrema dureza) expuestos a los cloruros, es un ejemplo común de la susceptibilidad del acero inoxidable a la corrosión. 9.

LA EROSIÓN-CORROSIÓN (corrosión por cavitación): Es producto de la continua remoción de la película protectora contra productos de la corrosión, que sirve como barrera contra el ataque corrosivo de algunos metales. El ataque por impacto a los tubos de cobre es un buen ejemplo; la exposición del cobre a velocidades mayores que 1.2 m/s y los cambios repentinos en la dirección del flujo causan una severa corrosión que se manifiesta en forma de agujeros hondos y redondeados. La corrosión por cavitación, la alta velocidad los cambios de dirección producen burbujas de gases en los puntos de baja presión y la resolución de los gases en los de alta. El atrancado de virutas delgadas es otro ejemplo de cavitación o erosión-corrosión.

Fuente: CONTROL DE INCRUSTACIONES “RUSSELL W. LANE”, 1995

Fig. 11.1 Erosión y corrosión de tuberías de cobre. 253

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones

11.3 Corrosión de la tubería galvanizada por el agua Hay cinco fallas por las cuales preocuparse en la corrosión de la tubería galvanizada por el agua, a saber: 1.

Corrosión general o uniforme.

2.

Liberación de metales a la solución.

3.

Picadura y tuberculación.

4.

Corrosión galvánica o inducida por el cobre.

5.

Corrosión por celdas de concentración.

En el caso de la corrosión general o uniforme, la pérdida de zinc para proteger al acero puede conducir a una corrosión seria por picadura y tuberculación. Por ejemplo, un agua con pH alto (>9.5) causaría una mayor disolución del zinc como zincato de sodio soluble, tal como ocurre en aguas de pH alto suavizadas con cal y en torres de enfriamiento galvanizadas a un pH algo menor. En aguas con baja dureza (20 a 80 mg/l como CaCO3) y baja alcalinidad (10 a 60 mg/l como CaCO3), la tubería galvanizada está sujeta a una corrosión tipo picadura provocada por la falta de bicarbonato de calcio adecuado para formar una película protectora de carbonatos de calcio o zinc. En la presencia de mayor cantidad de cloruros más sulfatos (200 a 1000 mg/l), la tubería estará más expuesta a la corrosión tipo picadura. Se ha observado que las aguas con pH por debajo de 7.0 (incluyendo el agua desionizado) corroen en forma notable el zinc del acero galvanizado, por lo que no proveen la protección catódica necesaria para el acero subyacente. La tubería galvanizada también está sujeta a la corrosión en las cuerdas de los tubos, ya que mucha de la galvanización la remueve la operación de roscado, lo que deja un acero descubierto con un espesor más delgado y una cantidad de zinc inadecuada para conferir la protección catódica. Esto también se puede considerar como ejemplo de la corrosión en hendiduras. En este tipo de corrosión el área debajo de la hendidura tiene deficiencia de oxígeno y el área que la rodea cuenta con la cantidad adecuada, lo que origina una celda electroquímica que fomenta el proceso corrosivo. Las investigaciones han revelado la posibilidad de que la capa de zinc se corroe al principio con rapidez, causando una acelerada acumulación de hierro en la capa de incrustación protectora, y después lo haga más lentamente mientras se forma la capa protectora de zinc-hierro. La protección catódica más eficaz del acero por parte del zinc se obtiene cuando éste es un ánodo cuya superficie es mayor que la del cátodo de acero. Por lo general ocurre una aceleración de la corrosión del zinc en aguas cuyo contenido de oxígeno es mayor (como las aguas superficiales), esto es resultado de la despolarización acrecentada que ocurre en las áreas catódicas. En aguas con un elevado contenido de bicarbonato de calcio, como es normal en muchas aguas de pozo, el acero galvanizado es bastante resistente a la corrosión; sin embargo, a un pH menor que 8.0 y en la ausencia de silicatos y oxígeno disuelto, se puede esperar que el zinc entre a la solución como iones de zinc. La disolución anódica del zinc forma tina película de carbonato básico de zinc a un pH por encima de 8.0; sin embargo, se puede formar una película de carbonato de calcio en las áreas de hierro expuestas, lo que reduce las tendencias corrosivas. Tales películas no son tan eficaces si hay concentraciones altas de cloruros y sulfatos (150 a 700 mg/l) y las de calcio y alcalinidad son insuficientes.

254

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones

11.4 Corrosión en los tanques La instalación de sistemas de protección catódica, ha resultado un medio eficaz para reducir la corrosión en tanques metálicos, donde las condiciones de estancamiento, los metales distintos y las temperaturas mas altas pueden incrementar las tendencias corrosivas. Ha sido demostrado que el acoplamiento con un pequeño ánodo de sacrificio de aluminio impide la picadura de tanques y cilindros de cobre. Actualmente el uso de tanques de asbesto, plástico y hormigón armado ha resultado beneficioso para instalaciones que dependen de tanques o cisternas, pero si el caso fuera de uso de un tanque metálico he aquí alguna recomendación para prevenir la corrosión.

11.5 Corrosión por agua potable fría El agua de los enfriadores y de los sistemas centrales de agua fría para beber que se instalen en edificios grandes debe estar libre de sabores raros y con cierta coloración. En algunos casos se instalaron para este servicio tuberías de acero galvanizado, cobre o latón, y se reportaron serias condiciones insatisfactorias, entre ellas sabores raros y aguas con cierta coloración. Estos sistemas pudieran tener áreas donde haya poco o ningún flujo, lo que podría corroer la tubería, en particular en condiciones de estancamiento. El resultado es que pueden estar a la vista aguas con colores indeseables, y sabores raros y productos de corrosión. El acero inoxidable es el material apropiado para instalar en tales sistemas entonces será posible proveer agua potable libre de cierta coloración y turbidez. Los sistemas de enfriamiento de agua consistentes en un ensamble de refrigeración mecánica, difieren de los enfriadores en que utilizan agua potable y no fría para propósitos de acondicionamiento de aire. Pueden incluir un enfriador de agua tipo botella, tipo presión o tipo remoto. Hay muchos tipos de máquinas automáticas para hacer hielo, pero todos están sujetos a innumerables problemas si el suministro de agua no es de la mejor calidad respecto a la tendencia hacia las incrustaciones, turbidez o contenido de sólidos disueltos (si excede de 400 mg/l). Si bien la desmineralización es el mejor método general para acondicionar el agua, la suavización de ciclo del sodio será adecuada para eliminar los problemas de incrustaciones, salvo que el agua exceda los 400 mg/l de contenido de sólidos disueltos; lo que puede producir un hielo opaco o suave. Es posible usar polifosfatos para reducir el problema de incrustaciones, pero puede ser preferible comunicarse con una compañía local de tratamiento de aguas con el fin de llegar a la solución más sencilla. Las aguas muy duras y con un alto índice de saturación Langelier (LSI por sus siglas en inglés) para carbonato de calcio pueden formar incrustaciones y tal vez obstruir la tubería, aunque esto no es probable a las temperaturas de los sistemas de agua potable fría.

11.6 Corrosión por agua caliente doméstica La corrosión y la formación de incrustaciones pueden causar mayores problemas cuando el agua se calienta para usarla en excusados, baños, lavanderías y lavavajillas. El mantener la temperatura no mayor de 57°C minimizará los problemas de corrosión e incrustaciones; sin embargo, el requerimiento de 84°C en lavavajillas puede necesitar la instalación de materiales más resistentes a la corrosión (acero inoxidable o una aleación de cobre y níquel), lo mismo que equipos para suavizar el agua. En el caso de aguas moderadamente duras, es preferible limpiar la tubería, en forma periódica, con alguna formulación del tipo ácido inhibido. 255

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones Como las instalaciones domésticas de agua caliente están mucho más sujetas a problemas de corrosión e incrustaciones, no es inusual que ocurran la obstrucción de la tubería por la acumulación de incrustaciones y productos de la corrosión, agua con cierto color, una transferencia de calor ineficiente en los equipos de calefacción y enfriamiento y corrosiones serias que causan la penetración de la tubería y fugas en las instalaciones hidráulicas de edificios. También pueden presentarse reducciones en la presión y el flujo, una menor capacidad para calentar agua y el mal funcionamiento de componentes de control, máquinas elaboradoras de cubos de hielo y equipos misceláneos, todo a partir de la turbidez del agua, las incrustaciones y los productos de la corrosión. La vida (duración) de la instalación puede ser seriamente afectada por estas deficiencias del agua. Es útil observar el aspecto y el color de las deposiciones que causan interrupciones del flujo o turbidez en el agua para determinar el tratamiento correctivo necesario. En general, una capa continua de un depósito casi blanco se identifica como incrustación de carbonato de calcio. Esto es verificable si ocurre un burbujeo (evolución de bióxido de carbono) al aplicar una gota de ácido clorhídrico al depósito. Esta evidencia de una deposición de carbonato de calcio indica la probabilidad de que deba instalarse un suavizador, de intercambio de iones de sodio, por ejemplo, para eliminar la dureza del agua. Estos suavizadores suprimen la dureza del agua mediante el contacto de ésta con la resina de intercambio iónico y por medio del intercambio de la dureza de calcio y magnesio de sodio durante el paso del líquido a través del lecho de la resina; son relativamente poco costosos y puede especificarse que incluyan la regeneración automática y periódica de sal (iniciada por un temporizador o por el volumen), lo cual sólo requiere una adición ocasional de sal al tanque de salmuera para regenerar la resina de intercambio iónico.

11.7 Corrosión por cloración El sabor que la cloración confiere al agua puede ser desagradable para algunas personas, pero en lo personal notar este sabor asegura que es creíble que el agua haya sido tratada adecuadamente. Muchas ciudades dependen en la actualidad del tratamiento con cloramina, una combinación de amoniaco y cloro, para la desinfección. Se prefiere este método de tratamiento para abastecimientos de aguas de superficie, ya que el cloro reacciona con el alto contenido orgánico, que muchas veces se asocia con los suministros de aguas superficiales. En algunas investigaciones han indicado que estos productos químicos son cancerígenos. Sin embargo, hay preocupación acerca de que el agotamiento del cloro residual, en condiciones de temperaturas más tibias y un flujo relativamente estancado, lo que se explica el crecimiento bacteriano, tanto como dos o tres veces, en los sistemas de plomería de los edificios. La planta de tratamiento de aguas municipal es responsable de tratar el agua para volverla estable y dejarla libre de bacterias, de tal manera que no ocurran ningún agotamiento apreciable del cloro ni alguna contaminación bacteriana en las instalaciones hidráulicas de los edificios.

11.8 Corrosión del cobre y su papel en la corrosión del acero galvanizado El cobre suele preferirse más que el acero galvanizado en la mayoría de las aguas calientes, si bien el segundo resulta satisfactorio en aguas altas en bicarbonatos y alcalinidad. No se deben mezclar tuberías de cobre y acero galvanizado, ya que éste es anódico respecto a aquél y puede ser el metal de sacrificio cuando ambos metales estén adyacentes. En los sistemas de tuberías se deben instalar siempre materiales iguales o compatibles para evitar la corrosión galvánica. La mínima corrosión del cobre y su solubilización, aun tan pequeña como 0.5 mg/l, se puede precipitar sobre el acero galvanizado y originar una celda electrolítica en él y la subsecuente picadura. Es práctica es común instalar válvulas de latón en los sistemas de tubería galvanizada y después advertir la falla de las cuerdas de los tubos galvanizados en la unión con la válvula. Este es un 256

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones caso esperado de corrosión galvánica en la cual el acero (el galvanizado se elimina en la operación del roscado) es el ánodo y el cobre el cátodo. Una solución seria instalar un acoplamiento aislador entre los dos metales. Si bien hay numerosos factores que inciden en la rapidez de la corrosión galvánica, los sólidos disueltos (o la conductividad) pueden ser particularmente importantes. Una conductividad alta (>600 µS/cm) puede causar fallas dentro de los 5 años, mientras que una más baja y un agua menos agresiva tal vez no causen problemas durante 25 años. Considerando esto, el constructor tiene que decidir si el beneficio de instalar acoplamientos aislados entre metales distintos en la instalación del edificio justifica el costo adicional.

11.9 Protección catódica La instalación de sistemas de protección catódica, diseñados en forma apropiada, que consistan en ánodos sacrificatorios en tanques de almacenamiento para aguas fría y caliente y calentadores, ha resultado beneficiosa para controlar la corrosión en estas áreas. En esencia, esta técnica involucra ya sea la instalación de ánodos de sacrificios, como magnesio o zinc, más reactivos químicamente que los componentes de acero o la aplicación de una corriente eléctrica a través de ánodos no sacrificatorios como grafito, para contrarrestar la corriente de corrosión natural entre el acero y el agua. El agua almacenada en los tanques de aguas fría y caliente suele estar estancada, lo que vuelve ineficaz el tratamiento químico en general. En el diseño de un sistema de protección catódica, el diseñador debe asegurarse de que los ánodos queden espaciados en forma apropiada y sean los adecuados para proveer la corriente contraria necesaria, además tiene que disponer los ánodos de tal manera que cubran la superficie entera del tanque sujeto a la corrosión. También pueden apIicarse pinturas y recubrimientos para que las superficies de acero activas sean mínimas y se requiera una corriente menor o menos ánodos para lograr una prevención eficaz. Si bien son deseables los ánodos de magnesio, pues son más reactivos que otros ánodos, muchas veces causan un olor a sulfuro de hidrógeno, en apariencia debido a la reducción del sulfato en el suministro de agua. La sustitución de ánodos de zinc elimina este problema, aunque tal elemento no es un metal tan reactivo como el magnesio y, por lo tanto, es menos eficiente. Es aconsejable considerar la instalación de protección catódica para controlar la corrosión presente o posible en los tanques de almacenamiento de aguas fría y caliente, ya que es un método de control eficaz y poco costoso.

11.10 Tierras eléctricas Las investigaciones han revelado que las conexiones eléctricas a tierra de las tuberías de agua pueden causar una corrosión seria, particularmente si se han instalado uniones aislantes en ambos lados del medidor de agua. Si una corriente eléctrica pasa a través del agua y llega al tubo conector provocará una corrosión severa donde la corriente salga del tubo. También los inspectores del medidor de agua podrían sufrir una sacudida eléctrica severa al darle mantenimiento. Las temperaturas mantenidas del agua caliente doméstica que rebasen los 57°C causarán un incremento en la rapidez de corrosión y, por lo tanto, se deben evitar.

11.11 Pruebas de corrosión Es aconsejable instalar niples de prueba o probadores de corrosión, para supervisar la instalación 257

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones hidráulica. Estos dispositivos le permiten al operador del edificio determinar si los materiales instalados son apropiados en la actualidad o requieren reemplazo o si el tratamiento de aguas en uso debe cambiarse para asegurar que la instalación tendrá una larga vida útil.

11.12 Control de la formación de incrustaciones Es necesario considerar la solubilidad de los componentes del agua, ya que la dureza acumulada en ella, debido a la evaporación, se podría precipitar al calentarla y depositar como incrustación o lodo sobre las superficies de transferencia de calor. Es indispensable tratar el agua para evitar que las incrustaciones y los lodos causen una menor eficiencia en la transferencia de calor, el deterioro del metal y rupturas en los tubos de las calderas. Suele ser necesaria la instalación de un suavizador de agua (intercambiador de cationes). Los suavizadores se llamaban antes suavizadores de zeolita de sodio ya que se llenaban con un mineral de sal sódica del silicato de aluminio hidratado. Estos suavizadores de intercambio de cationes (que se regeneran con cloruro de sodio) todavía se llaman suavizadores de zeolita, aunque tienen una capacidad mucho más baja que los suavizadores con resinas de poliestireno de manufactura actual.

11.13 Prevención y control de la corrosión Las instalaciones que usen agua de reemplazo de alcalinidad alta (>50 ppm) pueden experimentar una corrosión acidíca en los sistemas de retomo de condensado debido a las condiciones de pH bajo causadas por el bióxido de carbono, cuya presencia en los retornos de condensado la origina la desintegración del contenido natural de bicarbonatos en carbonatos e hidróxidos cuando el agua de reemplazo se somete a las temperaturas del agua de calderas. Hace años era legal el uso de una combinación de zinc-cromatos muy eficaz para inhibir la corrosión; sin embargo, la EPA de Estados Unidos prohibió los cromatos al considerarlos contaminantes y un peligro contra la salud. La inhibición de la corrosión es esencial para el agua de las torres de enfriamiento, ya que está aireada, contiene altas concentraciones de sales y materiales en suspensión, por la formación de lodos de dureza y la contaminación en el aire y se mantiene a temperaturas tibias. Todos estos factores contribuyen a un ambiente corrosivo. La MIC (corrosión inducida por microbios) está adquiriendo una importancia considerable y puede volverse seria si hay crecimientos biológicos apreciables y basuras en el sistema de instalaciones. Las bacterias reductoras de sulfato (SRB), que se tratan en forma más completa bajo el encabezado de "Prevención de depósitos de algas y babazas", pueden proliferar debajo de las basuras o biopelículas. Se ha reportado que un ataque severo de MIC puede provocar hasta 0.16 cm de penetración del acero dulce en un periodo de seis semanas. El grado de ensuciamiento (que se presentará después) tiene una influencia directa en la cantidad de MIC que ocurra. El agua de reemplazo suavizada con zeolita provee un pH alto para el agua concentrada de la torre de enfriamiento y, por lo tanto, requiere de un método algo diferente para inhibir la corrosión. El pH alto es beneficioso para reducir la tendencia corrosiva y disminuye la cantidad de fosfato requerido para la inhibición eficaz. La corrosión se suprime ante la ausencia del oxígeno, y no se formarán incrustaciones si se mantiene en un nivel mínimo prescrito el agua de reemplazo agregada, la cual contiene ingredientes potencialmente formadores de incrustaciones. El carbonato de calcio es la incrustación más común, pero con probabilidad no será un problema salvo que se permita que ocurran pérdidas continuas de agua. Los productos de la corrosión del hierro y del cobre suelen ser los que más ensucian. Estos ensuciantes pueden causar: 258

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones 1. Daños erosivos en las empaquetaduras y los sellos mecánicos de las bombas. 2. Obstrucciones en tuberías y coladores. 3. Disminución de la eficiencia de la transferencia de calor, lo que reduce la capacidad del sistema para calentar o enfriar. 4. Controles que llegan a ser no operativos. 5. Corrosión por picadura en los tubos de los enfriadores. 6. Corrosión debajo de los depósitos y crecimientos biológicos cuando se alojan en áreas con velocidad mínima. (En un caso en el cual no se había tratado un sistema cerrado, una herrumbre de hierro del sistema de tubería de acero se alojó en el enfriador, sobre los serpentines del intercambiador de calor de cobre, y causó picaduras y perforaciones debajo de la película de herrumbre al cabo de unos cuantos años.) Para apreciar mejor el significado de las pequeñas fugas o pérdidas en un sistema cerrado, supongamos que hubiera fugas de 3.78 l/h(alrededor de 30 gotas por minuto). Ante estas condiciones, se calculó que se podría introducir bastante oxígeno disuelto al sistema, por medio del agua nueva de reemplazo (que contiene los 10 mg/l normales de oxígeno disuelto), como para formar suficiente herrumbre y así atascar sólidamente 4.25 m de un tubo de acero de 1". Los inhibidores anódicos conocidos comúnmente, y que controlan la corrosión mediante la inhibición en el ánodo, son los cromatos, nitritos, fosfonatos, ortofosfatos, azoles y molibdatos. Los inhibidores catódicos, que controlan la corrosión en el cátodo, son los polifosfatos y el zinc. La tecnología moderna del tratamiento del agua de enfriamiento dicta que unas mezclas complejas de inhibidores, tanto anódicos como catódicos, que incluyan dispersantes son necesarias para lograr una inhibición aceptable de la corrosión y las incrustaciones. A continuación se presentan algunos de los productos químicos que se usan para inhibir la corrosión: CROMATOS: La EPA de Estados Unidos prohibió su uso en las torres de enfriamiento para confort y su descarga al ambiente. Al inicio se encontró que eran necesarias unas concentraciones de 500 a 1000 mg/l de cromato de sodio (como CrO4) para una satisfactoria inhibición de la corrosión. En años posteriores se encontró que 10 a 100 mg/l de cromato de sodio (como CrO4) con la adición de sales de zinc y otros suplementos proporcionaban una inhibición de corrosión apropiada. FOSFONATOS: Durante los últimos 15 años, se ha encontrado que estos productos químicos son muy aceptables como inhibidores de las incrustaciones, y también que tienen propiedades inhibidoras de la corrosión razonablemente buenas a concentraciones más altas (15 a 30 mg/l) en el agua de enfriamiento concentrada que aquellas que se requieren para inhibir las incrustaciones. FOSFATOS: Los ortofosfatos, como el fosfato trisódico, que funcionan como inhibidores anódicos son eficaces en presencia de aguas oxigenadas (por ejemplo, el agua de las torres de enfriamiento), pues llenan los vacíos en la formación de una película protectora eficaz y aceleran su crecimiento. Los polifosfatos son menos eficaces, pero mejores a un pH neutro. SALES DE ZINC: Comportándose como inhibidoras catódicas, las sales de zinc son suplementos eficaces para los productos químicos ya mencionados; proveen en general una reducción de la corrosión en el cátodo mediante la precipitación del hidróxido de zinc. Además, contrarrestan la formación del complejo cobre-fosfonato, el cual puede causar una corrosión seria de los metales que contengan cobre y un incremento en la corrosión del acero (se deposita cobre metálico sobre el acero y esto origina una corrosión galvánica). AZOLES: Estos productos químicos, como el benzotriazol, el mercaptobenzotiazol y el toliltriazol sódico, sirven para inhibir la corrosión de los metales que contengan cobre al crear una película 259

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones protectora eficaz en sus superficies. También inhiben en cierto grado la corrosión del acero. ACRILATOS: Hay muchas variables: poliacrilatos, copolínieros y terpolímeros; sirven sobre todo como inhibidores para evitar la formación de incrustaciones compuestas de carbonato de calcio, fosfato de calcio, fosfonato de calcio e hidróxido y fosfato de zinc. Permiten que los principales inhibidores de corrosión provean una película protectora eficaz en presencia de tendencias potenciales hacia la formación de incrustaciones. TESTIGOS PARA MONITOREAR EL CONTROL DE CORROSIÓN: Con el fin de estar seguros de que los productos químicos para el control de la corrosión estén funcionando en forma adecuada, se deben instalar testigos de acero y de aleaciones de cobre durante periodos de 30 a 90 días para determinar la rapidez de la corrosión en mil de penetración por año (mpa). El ensamble con el probador de corrosión, el portatestigos y el testigo (figura 11.2). Además de observar la pérdida de peso, se puede examinar con el microscopio el grado de picadura cuando se quiten los especímenes, ya que son particularmente preocupantes las tendencias de la picadura con los diferentes tratamientos. Un programa apropiado incluiría instalar los testigos en la primavera, reemplazarlos a mediados del verano y removerlos en el otoño cuando se pare el acondicionamiento de aire.

Fuente: CONTROL DE INCRUSTACIONES “RUSSELL W. LANE”, 1995

Fig. 11.2 Instalación de testigo de corrosión.

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Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones

Fuente: CONTROL DE INCRUSTACIONES “RUSSELL W. LANE”, 1995

Fig. 11.3 Testigo de corrosión.

11.14 El ensuciamiento y su control El tratamiento químico se debe iniciar cuando los sistemas sean nuevos y estén limpios, ya que es difícil limpiar y tratar los sistemas cerrados después de que hayan quedado sucios. El ensuciamiento bacteriano puede causar la formación de babazas o biopelículas en los tubos, lo que reduce la transferencia de calor. Tales ensuciamientos podrían causar también la formación de aguas negras, malolientes y corrosivas de pH bajo (ácidas), y fomentar el crecimiento de bacterias reductoras de sulfato (SRB). Respecto a éstas, es esencial un tratamiento apropiado con biocidas para evitar su crecimiento, ya que estas bacterias son capaces de iniciar una corrosión seria tipo picadura y la subsecuente perforación de conductos de cobre y tuberías de acero. En particular, es necesario vigilar los sistemas cerrados para buscar pérdidas de agua y controlar en forma apropiada las tendencias incrustantes y corrosivas. Son pasos importantes medir el agua de entrada y supervisar la concentración del tratamiento del agua. Dado que los medidores de agua pueden fallar en condiciones de flujos muy bajos (filtraciones, escurrimientos), se deben instalar antes de ellos válvulas de control de nivel que se accionen por medio de un cambio apreciable en el nivel del agua. Así se podrá obtener información más exacta acerca del flujo del medidor de agua durante estas condiciones periódicas con un flujo más alto. Una técnica recomendada para vigilar en forma apropiada el uso de agua de reemplazo y el tratamiento del agua, es tomar una muestra de ésta en el sistema para determinar la concentración del inhibidor de corrosión. Esto se debe hacer por lo menos cada mes (de preferencia cada semana), y el tratamiento se debe ajustar según sea necesario. Las ventajas adicionales de esta técnica son las siguientes: 1. 2.

El porcentaje de pérdidas de agua del sistema se puede estimar a partir de la disminución observada en los resultados de la prueba, y mediante una inspección de las lecturas del medidor de agua. Una estimación del volumen de agua en el sistema se puede calcular si se conocen los kilos y la concentración del producto químico que se agregó, lo que posibilita un control más exacto del tratamiento químico.

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Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones

11.15 Tratamiento químico Hay diversos programas de tratamiento que se prescriben para sistemas cerrados. El diseño no contempla el control de incrustaciones, porque se supone que el uso de agua de reemplazo será tan bajo que estas no serán un problema. Si el agua de reemplazo que se agregó al sistema tiene una dureza apreciable, se suele recomendar la instalación de un intercambiador iónico de sodio (suavizador de zeolita) para que el agua suavizada se pueda aplicar como reemplazo. No se considera adecuado el tratamiento con fosfonatos o polifosfatos, ya que estos productos se degradan si durante periodos largos no se aplica el tratamiento. Suponiendo que el agua de reemplazo sea muy poca, la cantidad de incrustaciones que se formen debido al uso de un agua moderadamente dura será mínima y, por lo general, insuficiente para que sea preocupante. El llenado inicial podría causar incrustaciones mínimas, pero luego el potencial para formarlas en forma apreciable se agotará mediante la suavización (precipitación de la dureza) y, por lo tanto, no causará mayores preocupaciones. La inhibición de la corrosión de los metales en el sistema, sobre todo acero y cobre, si es una preocupación mayor. Un método de tratamiento podría ser el siguiente: •

CONTROL DEL pH El mantenimiento de un pH de 9.0 (la escala aceptable es de 9.0 a 10.5) usualmente podrá reducir las tendencias corrosivas a niveles aceptables. Es decir, se requerirá la aplicación de productos químicos alcalinos, como sosa cáustica, cenizas de sosa, o fosfato trisódico, para elevar el pH. Excepto en los casos de posible contaminación por conexiones cruzadas del sistema de agua potable, este sencillo método para inhibir la corrosión no es el método de tratamiento que por lo general se recomienda, debido al potencial para formar incrustaciones y porque hay disponibles métodos mejores y de mayor alcance como:

•

INHIBIDORES SECUESTRANTES DE OXÍGENO Estos inhibidores de sulfitos e hidrazina (catalizados de preferencia) son convenientes por su capacidad para reducir la concentración de oxígeno y la corrosión consecuente. Se puede preferir el sulfito de sodio más que la hidrazina debido a la toxicidad de esta, pero tiene la desventaja de que suministra sulfatos derivados de la oxidación del sulfito; el sulfato promueve el crecimiento de bacterias reductoras de sulfato. En general, los productos químicos secuestrantes de oxígeno no se consideran satisfactorios para aplicarlos en sistemas cerrados, ya que son necesarias una adición continua y pruebas frecuentes para mantener el control apropiado para afrontar el ingreso de oxígeno en estos sistemas.

•

INHIBIDOR DE SILICATO La adición del silicato de sodio líquido para incrementar la sílice (SiO2) desde 20 hasta 50 mg/l y mantenimiento del pH dentro del intervalo de 7.5 a 9.5 proporciona una inhibición eficaz contra la corrosión del acero y los metales que contienen cobre. Las desventajas del inhibidor de silicato pueden ser el desarrollo de una capa delgada de incrustación aislante el largo lapso requerido para desarrollar una inhibición de corrosión eficaz y la reacción dispersante con el óxido de hierro que origina agua con aspecto sucio. Las ventajas son que no es tóxico ni contribuye al crecimiento bacteriano.

11.16 Limpieza de los sistemas Los nuevos sistemas se deben enjuagar por completo para eliminar incrustaciones de la fábrica de 262

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones tubos, aceites para herramientas de corte, productos de la corrosión, pedacería de metales, compuestos de las juntas de tubería, fundentes y salpicaduras de soldadura, suciedades y otros desechos antes de ponerlos en operación. Este tipo de limpiezas implica un proceso complicado si se hacen bien, por ello deben ponerse, sin duda, en manos de alguna compañía de limpieza química o tratamiento de aguas con experiencia en este campo. En muchos edificios viejos los sistemas nunca recibieron ningún tratamiento de aguas y, por lo tanto, han quedado obstruidos en parte con productos de la corrosión. Éstos en general son difíciles de suprimir, y si se someten a solventes fuertes, como ácidos, el resultado puede ser fugas en las tuberías y pérdidas de bienes. También hay escamas duras de óxido de hierro (magnetita), abrasivas en particular para las partes y los impelentes de las bombas, pero se pueden eliminar con eficacia mediante la instalación de imanes en los coladores. Además de los métodos químicos convencionales que ofrecen las compañías de limpieza química, hay algunas técnicas nuevas, descritas en trabajos recientes, que se han presentado en conferencias sobre el agua. El reemplazo completo de la tubería, aunque costoso, puede resultar la mejor solución. Desde luego que se debe determinar la causa de la corrosión para que el reemplazo se haga con un material más resistente. El nuevo sistema se debe limpiar en forma apropiada, y es necesario disponer la instalación de un sistema adecuado de tratamiento de aguas y de un medio para inspeccionar la tubería nueva. Es frecuente la instalación de sistemas de filtros de flujo lateral (5 a 10% del flujo total) y de flujo completo para eliminar los sólidos suspendidos; son eficaces en particular durante los arranques del sistema. El material suspendido en el agua circulante puede originar la formación de depósitos. los que pueden conducir al desarrollo de celdas de corrosión debajo de los depósitos y causar picaduras profundas. En los sistemas cerrados que requieren considerables volúmenes de agua de reemplazo debido a las pérdidas, ha sido necesario instalar, antes de las bobinas de inducción de los cuartos, filtros en línea capaces de eliminar partículas hasta de 1 m de tamaño para evitar la obstrucción de líneas y válvulas de pequeño diámetro. Durante el proceso de enjuague se debe drenar por completo el agua del sistema en el punto más bajo. Entonces, cuando se reanude el proceso de enjuague, deberá asegurarse la eliminación completa de los materiales de limpieza. Esto se puede verificar probando el agua con indicador de fenolftaleina, el cual debe reaccionar "incoloro" en lugar de color rosa cuando el pH sea inferior a 8.2. Si se desea una seguridad sobre el sistema cerrado esta protegido por completo contra la corrosión, entonces se deben instalar testigos o niples de corrosión.

11.17 Tuberías de plástico Entre los materiales, la tubería de plástico es una opción importante para limitar la corrosión en un ambiente corrosivo, y cada vez es más aceptable como sustituto de los metales. Se han mejorado sus propiedades físicas y se han reconocido y entendido mejor sus limitaciones. •

Las tuberías de plástico incluyen tanto a los termoplásticos como a los termofijos.

•

Las tuberías termoplásticas son principalmente extruidas, si bien las conexiones se moldean por inyección (se fabrican a partir de tubos extruidos). Las termofijas, o tuberías de resinas termofijas reforzadas, se fabrican mediante cuatro procesos diferentes: enrollado de filamentos, vaciado centrífugo y moldeados de contacto y de compresión.

Los materiales termoplásticos tienen varias ventajas: son resistentes contra la corrosión y la deposición; ligeros, económicos y tienen un módulo de elasticidad y un coeficiente de fricción más bajos que las tuberías metálicas. Sin embargo, estos materiales han mostrado las siguientes deficiencias: 263

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones 1) permeabilidad a solventes orgánicos (como los derivados del petróleo) y 2) un alto coeficiente de expansión térmica. Numerosos casos en que derivados del petróleo u otros solventes orgánicos han permeabilizado tuberías de plástico subterráneas han causado severas contaminaciones, sabores raros y olores en el agua potable. Su alto coeficiente de expansión térmica obliga a instalar numerosas juntas de expansión, lo que entraña una mayor probabilidad de que haya fugas. Con una menor resistencia mecánica, la necesidad de soportes más juntos, y la unión de las conexiones podría complicar la instalación y conducir a un mayor problema de fugas. Hay seis diferentes composiciones para tuberías de plástico que se usan en los sistemas de agua potable: 1. PVC (cloruro de polivinilo): tipo 1, grado 1. Esta tubería es la que se especifica con mayor frecuencia y se ha usado durante más de 30 años en procesamientos químicos, galvanoplastias industriales, sistemas de distribución fríos, tuberías de agua desionizada, drenajes químicos y tuberías de irrigación. Es resistente contra ácidos, álcalis y sales, pero lo atacan solventes polares, como cetonas, hidrocarburos dorados y sustancias aromáticas. Su máxima duración en servicio se alcanza por debajo de los 60°C, pero tiene la máxima resistencia hidrostática de largo plazo a los 23°C (esfuerzo de diseño de 2000 psi) entre los principales termoplásticos. Se une mediante cementos de solventes, roscas o bridas. 2. CPVC (cloruro de polivinilo clorado): tipo 4, grado 1. Sus propiedades físicas son similares a las del PVC, pero las de resistencia química son algo mejores. También posee propiedades de esfuerzo para diseño hasta 2000 psi. Su máxima duración en servicio se alcanza por debajo de una temperatura máxima de 99°C, y se ha usado con éxito para la distribución de aguas caliente y fría durante 30 años. Se une por medio de los mismos procedimientos que el PVC, y su instalación es considerablemente más barata, en lo que respecta a mano de obra, que la de la tubería metálica. 3. PP (polipropileno): tipo 1. Esta es una poliolefina ligera. Tiene, por lo general, alta resistencia química contra ácidos, álcalis y solventes orgánicos, pero está en un nivel algo más bajo en sus propiedades físicas. No se puede usar con ácidos oxidantes fuertes, solventes dorados ni sustancias aromáticas. Tiene un esfuerzo de diseño de 1000 psi 23°C. Es resistente contra aguas que contengan azufre en las líneas de desecho del agua de mar y en tuberías que lleven petróleo crudo y gases de baja presión. Se une mediante fusión de sellado por calor, roscas y bridas. 4. ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno): tipo 1, grado 3. El ABS es una combinación o mezcla de polímeros cuyos mínimos de butadieno, acrilonitrilo y estireno son 6, 15, 15% respectivamente; y todos los demás monómeros no rebasan el 5%; contiene también otros aditivos. Es una resma excelente para tuberías, debido a su tenacidad resistencia y rigidez. Estas propiedades explican su uso extenso en conductos de drenajes, desechos, respiraderos, alcantarillados y comunicaciones. 5. PB (polibutileno): El PB se produce mediante la polimerización del butileno y contiene usualmente un 2% de negro de humo como inhibidor ultravioleta. Es muy adecuado para tuberías debido a estas propiedades. Es flexible con resistencia de largo plazo; es notable en que conserva mejor su resistencia a la tensión a temperaturas desde 23°C hasta 94°C en sistemas bajo presión; y es resistente contra la abrasión. 6. PE (polietileno): Este es el segundo material termoplástico que se usa más. Los aditivos normales son antioxidantes y negro de humo para protegerlo contra la luz ultravioleta. Hay tres tipos: el tipo 1 tiene baja densidad, es relativamente blando y flexible y posee una resistencia baja contra el calor; el tipo II tiene una densidad mediana, es ligeramente más duro y tiene una 264

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones resistencia mucho mayor contra el calor y la tensión; el tipo III es el material preferido para tuberías debido a su tenacidad y propiedades físicas superiores.

11.18 Corrosión de válvulas Como es necesario que los asientos de las válvulas conserven su exactitud dimensional y estén libres de picaduras, las partes móviles deben ser catódicas en relación con el cuerpo de la válvula, por lo que, el cuerpo de ésta debe ser de acero y no de hierro colado. La corrosión grafítica del cuerpo hecho con este material puede conducir al desarrollo de cátodos grafíticos y la corrosión subsecuente de las partes móviles o los asientos de las válvulas. Conferirle características aerodinámicas a la instalación eliminando el mayor número posible de curvas, válvulas, ramales, y controladores de flujo, con el fin de reducir la inclusión de aire y la turbulencia, dará como resultado una menor erosión corrosión. La instalación de válvulas de diafragma, y no de globo o compuerta, también causará menos turbulencia. Se deben instalar válvulas recubiertas de plástico cuando se espere una corrosión en condiciones turbulentas. Un factor importante para el mantenimiento de las válvulas es la instalación de válvulas apropiadas para el servicio en particular. Se deben usar válvulas de compuerta para proveer condiciones de abertura-cierre, pero no para regular el flujo; las de globo están diseñadas para la regulación. El material suspendido puede erosionar los asientos de las válvulas; por tanto, si en el flujo hay algún material en suspensión significativo (por ejemplo, productos de la corrosión), se debe considerar la instalación de un pequeño filtro en línea para eliminarlo. Cuando se planeen materiales óptimos para fabricar válvulas, se tienen que considerar por separado el cuerpo de la válvula y la parte interior (incluyendo los asientos), pues en ambos la velocidad del líquido es diferente. Por lo general, es aceptable utilizar materiales extremadamente duros en los asientos o tapones. Para el servicio de agua a temperaturas y presiones bajas, el hierro, el bronce o el plástico son los materiales usuales que se recomiendan. Los aceros inoxidables son los indicados para condiciones extremas de presión y temperatura. Como los nuevos materiales, en particular los plásticos, pueden ser aplicables, es necesario comunicarse con el proveedor para que sugiera una válvula para un fin específico.

11.19 Corrosión de bombas Las bombas presentan un problema particular de corrosión debido a las altas velocidades y la turbulencia involucradas. La cavitación, una forma de corrosión por impacto, se presenta en los impelentes de las bombas, en cuyas superficies metálicas se desintegran las burbujas de aire o vapor debido a que se crean reiteradamente áreas de baja y alta presión. La figura 11.4 ilustra muy bien el efecto de la corrosión en un impelente de bronce que estuvo expuesto a un agua durante unos cuantos meses, en un servicio doméstico de agua caliente circulante. El reemplazo del impelente de bronce con uno de acero, un metal mucho más duro, corrigió este problema de erosión-corrosión. Si bien la alta velocidad por lo general incrementa la corrosión, una velocidad mínima o un estancamiento como ocurre durante la inactividad en las plantas, también son una causa seria de que la corrosión aumente. El extremo de las bombas centrífugas que entra en contacto con el líquido se construye por lo general con bronce, todas de bronce o todas de hierro. El impelente la manga del eje, y los anillos de desgaste son de bronce y el casco de hierro vaciado en construcción equipada con bronce. La bomba aspirante impelente es aquella que tiene el embolo macizo y que durante su retorno impulsa con fuerza el agua embolada a través de una válvula del cilindro. En nuestro caso para caudales pequeños y especialmente de líquidos corrosivos se usan bombas de membrana, con el 265

Capítulo XI Control de Incrustaciones y Corrosiones en Diferentes Tipos de Instalaciones embolo constituido por una membrana elástica.

Fuente: CONTROL DE INCRUSTACIONES “RUSSELL W. LANE”, 1995

Fig. 11.4 Erosión - corrosión de un impelente de bronce para bombas.

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Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales

XII

Reuso de aguas residuales y pluviales

La generación de aguas residuales es un producto inevitable de la actividad humana. El tratamiento y disposición apropiada de las aguas residuales, el conocimiento de las características físicas, químicas y biológicas no competen a este texto. Sin embargo el propósito de este capitulo es proveer los conocimientos básicos para el reuso de aguas residuales especialmente pluviales. El tratamiento en el mismo sitio es una alternativa necesaria en lugares donde no existe alcantarillado sanitario. La Solución más sencilla y recomendable para el tratamiento y disposición de las aguas residuales producidas por las descargas de casas, conjuntos residenciales, moteles, hoteles, haciendas, etc., es conectarse al alcantarillado sanitario; sin embargo, cuando no existe dicha posibilidad se hace necesario brindar una alternativa sencilla para tratamiento y disposición en el mismo sitio de origen de las aguas residuales. El diagrama de flujo que presentamos a continuación es el más usado para el tratamiento y disposición de aguas residuales en el mismo sitio. La selección de un sistema de tratamiento en el mismo sitio debe tener en cuenta el objetivo básico de ofrecer los resultados del tratamiento requerido en la forma práctica más sencilla, más confiable, de más fácil operación y de costo mínimo. En general, se considera que estos sistemas pueden ser adecuados para poblaciones equivalentes, menores de 300 personas.

Afluente

Tanque Séptico

Zanjas de infiltración

Afluente

Tanque Séptico

Pozos de infiltración

Afluente

Tanque Séptico

Lechos de infiltración

Afluente

Tanque Séptico

Montículo

Afluente

Tanque Séptico

Afluente

Tanque Séptico

Filtro intermitente de arena Laguna de infiltración percolación

Afluente

Tanque Séptico

Filtro anaerobio

Afluente

Tanque Séptico

Filtro de lodos activados, filtro percolador, biodiscos o laguna de estabilización

Riego o fuente receptora

Fuente receptora Fuente receptora

El suelo tiene capacidad de tratar materia orgánica e inorgánica, al igual que organismos patógenos, pues actúa como filtro, como intercambiador iónico, como adsorbedor y como superficie sobre la cual pueden ocurrir muchos procesos químicos y bioquímicos. Cuando el suelo no está saturado puede entrapar físicamente materia particulada del agua residual. La mayor parte de los suelos y de la materia orgánica son de carga negativa, por lo que pueden atraer y retener los componentes catiónicos de las aguas residuales y repeler los componentes aniónicos; por ello, la 267

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales capacidad de intercambio catiónico es una buena medida de la habilidad del suelo para retener compuestos del agua residual. La profundidad de suelo requerida para tratamiento adecuado del agua residual es función de su permeabilidad. Suelos con permeabilidad rápida permiten tasas de aplicación más altas, pero requieren mayores profundidades no saturadas, por debajo de la superficie de infiltración, que los suelos con permeabilidad lenta.

12.1 Tanque séptico El tanque séptico, en el cual la sedimentación y la digestión del residuo ocurren en el mismo recipiente, es el sistema más usado para adecuar el agua residual con el fin de dispersarla en el subsuelo mediante campos de infiltración o para postratarla en filtros anaerobios, filtros intermitentes de arena o procesos biológicos convencionales en el mismo sitio, figura 12.1. Se construye en materiales impermeables como concreto, fibra de vidrio, acero, pino californiano y polietileno. Se recomienda localizarlo en un lugar apropiado para facilitar su limpieza y mantenimiento, a más de 15 m de cualquier fuente de abastecimiento, a más de 2 m de cualquier edificación, en terreno no inundable y con área suficiente para el eventual campo de infiltración. En estudios realizados sobre eficiencia de los tanques sépticos se indican las siguientes conclusiones principales: 1) 2) 3) 4)

El tanque séptico debe tener un período de retención mayor de 24 horas. El tanque séptico debe tener una configuración de la unidad de salida con pantalla para gases. La relación de área superficial a profundidad debe ser mayor de 2. Se debe preferir un tanque de cámaras múltiples con interconexiones similares a las de la unidad de salida.

El período de desenlode de un tanque séptico se puede establecer con base en la experiencia de instalaciones semejantes, aunque la cantidad de lodo acumulado depende del agua residual afluente y de la tasa de digestión, la cual está influida por la temperatura local. En general para diseño se usa una tasa de acumulación de lodo de 0.04 m3/c.año, con una capacidad disponible para lodo de un tercio del volumen del tanque séptico. La limpieza de un tanque séptico se hace para prevenir que el manto de lodos o de natas pueda contribuir al escape de sólidos por el efluente. En general, el tanque debe limpiarse cuando el fondo del lecho de natas o sobrenadante está a menos de 7.5 cm del borde inferior de la pantalla de salida o cuando la profundidad del manto de lodos es del 40% o más con respecto a la profundidad de agua en el tanque. El desenlode se efectúa bombeando el contenido del tanque a un camión cisterna y disponiendo el residuo en los sitios autorizados para tal efecto.

12.2

Trampa para grasas

La trampa para grasas se incluye en sistemas de tratamiento de aguas residuales para establecimientos como estaciones de servicio, moteles, hospitales, restaurantes y hoteles, en que existe una producción apreciable de grasas, con el objeto de prevenir el taponamiento de las tuberías y el efecto deletéreo (formación de gases que destruye la salud) que puedan tener ellas sobre la acción bacterial y la sedimentación en el tanque séptico. En las figuras 12.2 y 12.3 se presenta un esquema típico de un separador de grasas. Los métodos estándar definen grasas y aceites como grupos de sustancias con características físicas similares, determinadas cuantitativamente con base en su solubilidad común con freón o hexano. El termino grasas y aceites incluye materiales de origen vegetal, materiales de tejido animal, petróleo o componentes del petróleo y otros materiales extraídos por el solvente. Al 268

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales petróleo y a sus componentes también se les denomina hidrocarburos o aceites no polares. En aguas residuales domesticas, el contenido de grasas y aceites puede ser del orden de 30 a 50 mg/L y constituir alrededor del 20% de la DBO; en aguas residuales con residuos industriales la concentración es generalmente mucho mayor. Las grasas y aceites pueden acumularse en las alcantarillas y bombas, obstruyéndolas; en los sedimentadores causan problemas de flujo, sobre todo en lodos con alta concentración de grasas y aceites. Los hidrocarburos son difíciles de biodegradar de manera aerobia y prácticamente no degradables en sistemas anaerobios. Así mismo, las grasas y aceites dificultan el proceso de secado de lodos de dichas aguas residuales. El sistema más sencillo para remoción de aceites y grasas no emulsificadas, usado para establecimientos e industrias pequeñas, es la trampa para grasas. Esta es un tanque diseñado para retener las grasas y aceites, así como para permitir su limpieza y mantenimiento apropiado.

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS”, 2000

Figura 12.1 Tanque séptico, lecho de percolación para disposición de aguas residuales en el mismo sitio. La trampa debe tener un diseño hidráulico y un tiempo de retención adecuado para el propósito propuesto; la distancia entre la entrada y la salida de la trampa ha de ser suficiente para permitir la separación diferencial por gravedad y no dejar escapar grasas por la unidad de salida. Las pantallas de control de flujo son esenciales para garantizar un régimen hidráulico apropiado y prevenir trastornos hidráulicos por cambios súbitos de caudal.

269

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales Una trampa de grasas es una cámara pequeña de flotación en la cual la grasa flota a la superficie libre del agua y es retenida, mientras que el agua más clara subyacente es descargada. En un trampagrasas no hay equipo mecánico y el diseño es similar al de un tanque séptico. La entrada del agua residual se hace por debajo de la superficie del agua y la salida generalmente por el fondo; entre más grande sea el tanque más eficiente es el sistema, por ello el mejor trampagrasas es el tanque séptico. Normalmente se diseña con tiempos de retención de 15 a 30 minutos y de un tamaño mínimo de 2.8 m3 (ver tablas 12.1 y 12.2) El mantenimiento pobre es lo que hace que en la mayoría de los casos las trampas para grasas no funcionen adecuadamente, la falta de limpieza continua permite la acumulación excesiva de grasa en la trampa y su descarga con el efluente. Para un buen funcionamiento de la trampa deben evitarse las cargas hidráulicas súbitas sobre ella ya que esto puede producir agitación excesiva del contenido de la trampa, impide la retención y flotación de la grasa y permite su escape por la unidad de salida. VISTA SUPERIOR .15

.10

.75

1.25

.15

.15

Ø .60 POZO DE INSPECCIÓN

.50

.50

.15 1.00 VARILLAS DE Ø 1/2" SOLDADAS A MARCO DE ÁNGULO 1" x 1" CADA 0.03

CORTE B-B .15

.10

.75

1.25

.15

.15

A

A .50

6"

6"

.15

CORTE A-A 2.40 .15

.20

6"

6"

B

B

.75

1.25

.90

1.10

.45 .10

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.2 Separador de grasas (Unidades métricas).

270

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales

VISTA PLANTA 2a3xW

A

A .5

W

.6

.75

VISTA CORTE .10

.10

.23

.075

.6 - .9

PROFUNDIDAD DE AGUA

.35 .17

.10

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.3 Esquema de una trampa para grasas (Unidades métricas). Tabla 12.1 CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DEL SUELO TEXTURA Arena Marga arenosa Marga limosa porosa Marga arcillosa limosa Arcillas, marga limosa Marga arcillosa limosa

PERMEABILIDAD PERCOLACIÓN [cm/hr] [min/cm] >15

2 veces/d Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Tabla 12.6 CRITERIOS DE DISEÑO PARA FILTROS DE ARENA INTERMITENTES ENTERRADOS. CARACTERÍSTICA

CRITERIO

Pretratamiento

Tanque séptico

Carga hidráulica

0.04 - 0.08 [m/d]

Medio Contenido orgánico Tamaño efectivo Coeficiente de uniformidad Profundidad

Material granular lavado 0.15

>0.20 GEOTEXTIL HENO O PAJA

0.10

GRAVA 3/4" a 2 1/2"

TUBERÍA > 4" PERFORADA O A JUNTA ABIERTA CON ABERTURA DE 5 mm ARENA LAVADA TE 0.3 - 1.5 CU < 4.0

0.60 - 0.90

GRAVILLA

>0.20 GRAVA 1/4" a 1 1/2"

PENDIENTE 0.5 - 1% TUBERÍA PERFORADA O A JUNTA ABIERTA CON ABERTURA DE 5 mm

CORTE A-A Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.11 Filtro intermitente de arena enterrado (Unidades métricas).

282

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales

  2 1 2 q = kqn2 = k (mq1 ) = m 2h1 (12.2) hn =  2 4  n 2 gC D  d  Donde:

k : constante h1 : energía sobre el orificio uno, [m]

La perdida de energía entre el orificio uno y el n es ∆h(1 - n) ∆h(1 - n) = h1 - hn (12.3) La pérdida de energía entre el primero y el ultimo orificios de una tubería de distribución con orificios separados una distancia constante entre si es hfTD hfTD = hfT = ∆h(1 - n) (12.4) hfTD : perdida de energía real en la tubería de distribución, [m] hfT : perdida de energía en la tubería sin orificios, [m]

Donde:

CAJA DE DISTRIBUCIÓN

TUBERÍA DE VENTILACIÓN

TUBERÍA DE VENTILACIÓN

A

ALCANTARILLA TANQUE SEPTICO

FILTRO DE ARENA DESCARGA

PERFIL 2.00

RELLENO DE SUELO DRENAJE

A 2.00

>0.15

>0.20 GEOMENBRANA

0.10 TUBERÍA > 4" PERFORADA O A JUNTA ABIERTA CON ABERTURA DE 5 mm

GRAVA 3/4" a 2 1/2" ARENA LAVADA TE 0.3 - 1.5 CU < 4.0

0.60 - 0.90

GRAVILLA

>0.20 GRAVA 1/4" a 1 1/2"

CORTE A-A

PENDIENTE 0.5 - 1% TUBERÍA PERFORADA O A JUNTA ABIERTA CON ABERTURA DE 5 mm

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.12 Filtro intermitente de arena enterrado (Unidades métricas). La perdida hfT se calcula por la formula de Hazen Williams.  Q  h fT = 2.09(L1−n )   C  Donde:

1.85

D − 4.87 (12.5)

hfT : pérdida de energía en la tubería desde el orificio uno hasta el n, [m] L1-n : longitud de la tubería entre el orificio uno y el n, [m] 283

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales Q : caudal de la tubería, [m3/s] C : coeficiente de la tubería D : diámetro interno de la tubería, [m] El valor de m debe ser mayor de 0.98 para que la diferencia de caudales en os orificios no exceda el 2%. Si m es < 0.98 se puede incrementar el tamaño de la tubería y rediseñar.

PLACA DE SALPICAMIENTO

DESCARGA

VÁLVULA DEL PRETRATAMIENTO AFLUENTE

PLANTA

TAPA AISLANTE

TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN

TUBERÍAS DE VENTILACIÓN

PLACA DE SALPICAMIENTO

ARENA TE 0.6 - 1 mm CU < 3.5

0.6 a 0.9

GRAVA 1/4" a 1 1/2" GRAVILLA DESCARGA

> 0.075 PLACA DE CONCRETO

> 0.25

TUBERÍA DE RECOLECCIÓN PERFORADA O A JUNTA ABIERTA CON ABERTURA DE 5 mm

PERFIL

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.13 Filtro intermitente de arena superficial (Unidades métricas). EJEMPLO Dimensionar un filtro intermitente de arena y su sistema de distribución a presión para los siguientes requerimientos: • • • • • •

Caudal = 730 [L/d] m > 0.98 Tasa de filtración = 24 [L/m2d] Tasa de dosificación = 4 [veces/d] Diámetro de orificios = 3 [mm] Energía sobre los orificios ≥ 1.5 [m]

SOLUCIÓN: •

Se calcula el área del filtro. A=

730 = 30.41 ≈ 30 [m 2 ] 24 284

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales • • •

Se adopta como dimensiones del filtro = 6 x 5 [m] Se adopta un espaciamiento entre orificios de 0.60 [m] Se adopta un espaciamiento entre tuberías de 0.60 [m]

Esquemáticamente el sistema de distribución será como se muestra a continuación. 6.00 0.40

16 LATERALES DE 2.70

5.00

0.60

0.40 0.30 EFLUENTE DEL TANQUE SÉPTICO Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.14 Sistema de distribución (Unidades métricas). • • •

Habrá 16 laterales de 2.7 m cada uno, con cinco orificios espaciados 0.6 m centro a centro. Se intenta usar tubería de 1" = 2.54 cm Se calcula el flujo por dosis. flujo 730 = = 182.5 [L / dosis] dosis 4

•

Se calcula el flujo por lateral. flujo 182.5 = = 11.40 [L / lateral . dosis] lateral 16

•

Se calcula el caudal en el último orificio de cada lateral. qn = C dD 2 2ghn = 0.61(0.003 )

2

2 × 9.81× 1.5 (1000 )(60 )

qn = 1.79 [L/m] •

Se calcula el caudal total en cada lateral, con base en cinco orificios por lateral. 5 qn = 5 x 1.79 = 8.93 [L/min . latetal]

•

Se calcula la perdida de energía en el lateral sin orificios, para un C = 150  Q  h fT = 2.09(L1−n )   C 

1.85

D − 4.87

285

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales

 0.00893  h fT = 2.09(2.7 )   60 × 150  •

1.85

0.0254 − 4.87 (100 ) = 0.26 [cm]

Se calcula la perdida de energía real en la tubería de distribución. 1 h fT = ∆h1−n 3 1 (0.26) = 0.09 [cm] = 3

h fTD = h fTD •

Se determina la diferencia en la descarga entre el primero y el ultimo orificios en cada lateral. La energía en el primer orificio esta dada por la ecuación 12.3. ∆h(1 - n) = h1 - hn h1 = hn + ∆h(1 - n) h1 = 150 + 0.09 = 150.09 [cm]

•

Se calcula el valor de m por la ecuación 12.2. hn = m2h1 m=

•

hn h1

=

150 150.09

= 0.9997

La diferencia en la descarga entre el primero y el ultimo orificios, en cada lateral es: (1 - 0.9997)100 = 0.03%

El valor anterior es muy inferior al 2% requerido. Por lo tanto el diseño es aceptable.

12.6 Tanque séptico - Filtro anaerobio Una de las alternativas para dar un tratamiento complementario al efluente de un tanque séptico es la del filtro anaerobio. En este caso el filtro se coloca después del tanque séptico (figura 12.15). Para el dimensionamiento del filtro anaerobio se usa generalmente un volumen unitario de 0.05 m3 por habitante servido, un lecho filtrante de 40 cm de gravas pequeñas de 12 a 18 mm en el fondo y una capa superior de 10 cm de espesor, de arenas gruesas y gravas finas de 3 a 6 mm. Sin embargo, se considera que la altura óptima de medio es de 120 cm. La pérdida de energía hidráulica en el filtro es de 3 a 15 cm, en condiciones normales de operación. En estas condiciones se puede esperar un rendimiento del 70% en remoción de DBO una operación satisfactoria, sin mantenimiento, durante 18 a 24 meses.

12.7 Laguna de evaporación / infiltración Este sistema se ha utilizado en áreas rurales, donde no es posible hacer disposición por campos de infiltración, existe suficiente área disponible y los factores climáticos como luz solar, circulación del viento, humedad y potencial neto de evaporación son favorables. 286

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales Estas lagunas pueden ser circulares o rectangulares, la profundidad máxima de agua residual es de 0.9 a 1.3 m, con un bordo libre de 0.6 a 0.9 m. La profundidad mínima de agua residual es de 0.6 m y el tamaño oscila entre 0.07 y 0.57 m2/cd según el clima y, la permeabilidad del suelo. Las dimensiones típicas se indican en la figura 12.15. Para prevenir problemas de olores, se recomiendan cargas de DBO en el rango de 12 a 40 kg/ha.d. El diseño se hace con base en el caudal afluente, precipitación evaporación e infiltración local, y verificación de la existencia de capacidad suficiente para almacenar el agua que excede la tasa de evaporación e infiltración durante períodos húmedos.

PLACA DE 0.90 x 0.90 x 0.10

AFLUENTE

PENDIENTE 3:1

1.50 Min BORDO LIBRE > 0.50 ALMACENAMIENTO ADICIONAL

DIQUE

Max 1.50

0.60 - 0.90 PROFUNDIDAD DE OPERACIÓN

AFLUENTE

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

Figura 12.15 Laguna típica de evaporación/infiltración (Unidades métricas). EJEMPLO Diseñar una laguna de evaporación (sin infiltración) para un caudal de 1 m3/d en un sitio árido con una precipitación anual de 20 cm y una evaporación anual de 120 cm. SOLUCIÓN •

Se calcula la evaporación neta anual. E = 120 - 20 = 100 [cm/año]

•

Se calcula la evaporación neta anual por m2 de superficie de agua. cm  1 cm  E = 100  año   100 cm

 m 2 1 2  m

  = 1.0 [m 3 / m 2 ⋅ año]   287

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales •

Se calcula el área requerida de laguna. A=

• •

1× 365 = 365 [m 2 ] 1 .0

Para asegurar una capacidad adecuada de almacenamiento en invierno, que no exceda una altura de agua de 1.5 m en la laguna, se debe verificar el balance hídrico para evaporación mensual en la laguna como se indica en la tabla 12.7. De la tabla 12.7 se deduce que desde enero hasta julio la laguna gana 147 m3 de volumen, equivalente a una ganancia en altura de: 147 = 0.40 [m] 365

•

•

El valor anterior permite operar la laguna con profundidad mínima de 0.6 m y máxima de 1.0 m. El área per cápita por día de laguna para una población equivalente de siete personas es: 365 = 0.14 [m 2 / cd] 365 × 7 La carga orgánica para una población equivalente de siete personas con DBO de 40 g/cd es: 7 × 40 × 10 −3 = 8 [kg DBO / ha ⋅ d] 365 × 10 − 4 Tabla 12.7 BALANCE HÍDRICO DE LA LAGUNA DE EVAPORACIÓN MES

AFLUENTE 3 [m ]

PRECIPITACIÓN [cm]

EVAPORACIÓN [cm]

P-E [cm]

P-E 3 [m ]

FLUJO NETO 3 [m ]

VOLUMEN ACUMULADO 3 [m ]

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

1.5 1.8 2.3 2.0 2.0 1.8 1.8 1.5 1.5 1.0 1.0 1.8

6 5 4 2 2 4 8 13 15 24 24 13

-4.5 -3.2 -1.7 0 0 -2.2 -6.2 -11.5 -13.5 -23 -23 -11.2

-16 -12 -6 0 0 -8 -23 -42 -49 -84 -84 -41

15 16 25 30 31 22 8 -11 -19 -53 -54 -10

15 31 56 86 117 139 147 136 117 64 10 0

TOTAL

365

20.0

120 Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “J. ROMERO ROJAS” , 2000

12.8 Opciones de reutilización de efluentes Algunos tipos de reutilización de efluentes se exponen a continuación: • • • •

Irrigación agrícola Irrigación ornamental Reutilízación industrial Lagos recreacionales 288

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales • • • •

Recarga de aguas subterráneas Humedales Usos varios Aumento en el suministro de agua potable

Estas opciones de reutilización se abordarán a continuación: IRRIGACIÓN AGRÍCOLA La irrigación de cultivos es uno de los tipos más antiguos y comunes de reutilización de efluentes. Los cultivos irrigados incluyen árboles, pastos, maíz, alfalfa y otros cultivos alimenticios, forrajes, y cultivos de fibra. Los cultivos alimenticios también están siendo irrigados con efluentes de tratamientos terciarios desinfectados. Las consideraciones de calidad del agua para reutilización en irrigación agrícola incluyen nutrientes, salinidad, relación de adsorción de sodio y elementos traza que tendrán ser mejor estudiadas. IRRIGACIÓN ORNAMENTAL La irrigación ornamental, también referida a la reutilización urbana, incluye irrigación de: • • • • • •

Parques Jardines Campos de golf Separadores de grandes vías Zonas verdes alrededor de edificaciones comerciales, ejecutivas e industriales Zonas verdes alrededor de residencias

Muchos de los proyectos de irrigación ornamental incluyen sistemas duales de distribución: una red para agua potable y otra para agua tratada. Los sistemas de distribución de agua reciclada ocupan el tercer lugar en utilidad después de los sistemas de aguas residuales y los sistemas de agua potable; son operados, mantenidos y administrados en la misma forma que los sistemas de agua potable. Las consideraciones sobre la calidad del agua para irrigación ornamental son muy similares a las de la irrigación agrícola, como se describió anteriormente tendrán ser mejor estudiadas. REUTILIZACIÓN INDUSTRIAL La reutilización de aguas residuales tratadas, en procesos industriales o como agua de enfriamiento. La industria ha hecho uso del agua reciclada principalmente para procesos de enfriamiento, procesamiento del agua para alimentación de calderas, e irrigación y mantenimiento de los suelos de las plantaciones. El enfriamiento del agua, tanto para torres como para estanques de enfriamiento, crea la mayor demanda de agua en muchas industrias y es la principal aplicación industrial. Los aspectos de consideración en el uso del agua para su enfriamiento incluyen incrustaciones, corrosión, crecimiento biológico y obstrucciones. LAGOS RECREACIONALES Los lagos recreacionales pueden servir para una variedad de funciones, desde estéticas, usos sin contacto, hasta pesca, remo y natación. El nivel de tratamiento requerido varía con la intención del uso y el grado de contacto público. La apariencia del agua tratada también es un aspecto de 289

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales importancia, ya que los nutrientes presentes en el agua reciclada estimulan el crecimiento de algas y plantas acuáticas. En general, la remoción de fósforo y posiblemente de nitrógeno, es necesaria para prevenir el crecimiento de las algas en los lagos recreacionales. Sin el control de nutrientes, existe un alto potencial de florecimiento de algas, de las cuales resultan malos olores y mala apariencia. Las represas de agua reciclada pueden ser incorporadas en los desarrollos ornamentales urbanos. Los lagos artificiales, así como los campos de golf, pueden ser surtidos con agua reciclada. RECARGA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS La recarga de las aguas subterráneas provee una pérdida de identidad entre el agua reciclada y el agua subterránea. Esta pérdida de identidad tiene un impacto psicológico positivo cuando se planea la reutilización. Las restricciones y la poca voluntad de hacer uso de aguas recicladas pueden ser superadas por la recarga de aguas subterráneas y su subsecuente recuperación. Algunos de los propósitos para la recarga de aguas subterráneas son: • • • • •

Establecimiento de barreras contra la intrusión de aguas marinas Provisión para futuros tratamientos y reutilización Provisión para almacenamiento subterráneo Aumento de acuíferos potables y no potables Control o prevención de asentamientos del suelo

La recarga de aguas subterráneas puede estar acompañada tanto de riego superficial como de inyección. Las técnicas de riego superficial, la inyección de agua al subsuelo deberán ser mejor estudiadas. HUMEDALES Los humedales naturales o artificiales pueden hacer uso del agua reciclada. Los humedales proveen muchas funciones de gran valor: atenuar inundaciones, brindar un hábitat para la vida salvaje y las aves acuáticas, proveer productividad para garantizar las cadenas alimenticias, recargar acuíferos, así como mejorar la calidad del agua. La diferencia entre un humedal "construido" y uno "creado" radica en que el humedal construido es concebido como una unidad de tratamiento que puede ser modificado o abandonado después de que su vida útil se haya cumplido. Por otro lado, un humedal creado se convierte en un área que será mantenida y protegida para dar beneficios permanentes a la vida salvaje allí presente. El agua purificada se ha utilizado en humedales por varias razones, dentro de las cuales se encuentran: • Creación, restauración y mejoramiento del hábitat. • Provisión para tratamientos adicionales previos a la descarga al agua receptora. • Una alternativa de disposición para el agua reciclada en tiempos húmedos. USOS VARIOS Existe una gran variedad de usos para el agua recuperada, entre ellos están: • • • •

Descarga de sanitarios. Abastecimiento de lavanderías públicas o comerciales. Lucha contra incendios. Agua para construcción. 290

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales • • •

Limpieza de alcantarillados sanitarios. Fabricación de nieve. Limpieza de agregados y elaboración de concreto.

AUMENTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Los abastecimientos de agua potable pueden ser aumentados con agua recuperada; sin embargo, para pequeños sistemas, usualmente los prospectos son limitados.

12.9 Desinfección de aguas residuales La desinfección se refiere a la destrucción selectiva de los organismos causantes de enfermedades en oposición a la esterilización, en la cual se destruyen todos los organismos. La desinfección de aguas residuales tratadas es de fundamental importancia en el manejo de este recurso. La desinfección normalmente se realiza por: 1) agentes químicos, 2) agentes físicos, 3) medios mecánicos, y 4) radiación. Los agentes y medios individuales que se han utilizado en cada categoría son los siguientes: Agentes químicos: • • • • • • • • • • • •

Cloro y sus compuestos Bromo Yodo Ozono Fenol y compuestos fenólicos Alcoholes Metales pesados y compuestos relacionados Tinturas Jabones y detergentes sintéticos Componentes de amonio cuaternarios Peróxido de hidrógeno Alcalis y ácidos

Agentes físicos: • •

Calor (por ejemplo calderas) Luz (radiación ultravioleta)

Medios mecánicos: •

Procesos de tratamiento individuales

Radiación: • • •

Electromagnética Acústica Particular

Con respecto a este listado, las tecnologías de desinfección consideradas anteriormente incluyen tres en las que se utilizan agentes químicos (cloro, hipoclorito y ozono) y una en la que se utilizan agentes físicos (radiación UV). 291

Capítulo XII Reuso de Aguas Residuales y Pluviales

12.10 Futuro de la reutilización del agua Se espera que la reutilización del agua aumente en el futuro tanto para sistemas de manejo de tratamiento de aguas residuales descentralizados como centralizados. Para sistemas centralizados, la reutilización de agua libera el suministro de agua para usos municipales e industriales. Se espera que la irrigación paisajística, el suministro contra incendios y otros usos no potables aumenten a medida que la demanda por fuentes potables se incremente. Para sistemas descentralizados pequeños e individuales la irrigación ornamental continuará siendo la principal opción de reutilización. En instalaciones comerciales e industriales aisladas, la descarga de inodoros en edificios con sistemas de tubería duales, y el uso para irrigación paisajística continuará. Para maximizar la reutilización de aguas residuales tratadas cerca del punto de generación, aumentará el número de plantas de tratamiento satélite.

292

Anexo: Plomería

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6

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