UNIDAD TEMATICA Nº2 Conceptos Fundamentales de la Instalaciones sanitarias, Provisión de agua, conexiones, metodología de calculo.

Transcripción

1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL F a c u l t a d R e g i o n a l B u e n o s A i r e s. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL CÁTEDRA INSTALACIONES SANITARIAS Y GAS PROFESOR TITULAR: Ing Carlos Alberto Talarico JEFE TRABAJOS PRACTICOS Ing Horacio C Mazzei AYUDANTES: Ing. Irene Pagni; Ing Diego M Talarico UNIDAD TEMATICA Nº2 Conceptos Fundamentales de la Instalaciones sanitarias, Provisión de agua, conexiones, metodología de calculo.llaves de cierre

2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE EL DESARROLLO DE LAS INSTALACIONES SANITARIAS INTRODUCCIÓN Durante muchos años y hasta nuestros días sigue prevaleciendo la opinión en un gran núcleo de profesionales de atribuir a las instalaciones sanitarias el concepto de complementarias o secundarias, cuando en realidad son de una importancia y relevancia tal que si efectuáramos una encuesta sobre las causas más comunes de los principales defectos o vicios constructivos, verificaríamos que las Instalaciones Sanitarias ocuparían el 1er lugar.- Surgirían múltiples opiniones que dirán que este gran problema es debido a los materiales utilizados o a una defectuosa construcción.- Ninguna de esas respuestas puede ser justificada, en 1er lugar el asesoramiento del profesional hacia el Propietario, Director de Proyecto, o ejecutor de la obra, deben ser claros y concisos sobre los materiales que se utilizan y su rendimiento a través del tiempo, a su vez remarcar aquellos a los que les corresponde una baja vida útil.- En el segundo caso, la falta de control sobre las normas y reglas de arte para la realización de las obras sumados a una baja estadística en la ejecución de las pruebas hidráulicas correspondientes en todas las etapas constructivas llevan en muchos casos a colapsar el sistema, por rotura o perdidas, provisión de agua insuficiente por disminución de secciones en cañerías, debido a la corrosión; esta puede ser causada 1ro por materiales de baja calidad. 2do por la utilización de diferentes tipos de cañería instaladas incorrectamente en función de su potencial eléctrico, lo cual produce corrientes parásitas con los consiguientes depósitos de corrosión, acarreando todos estos inconvenientes enumerados enormes costos de reparación - Olores ofensivos por deterioro de los cierres hidráulicos, debido a innumerables circunstancias, que pueden llegar a producir el vaciado de los mismos, por ejemplo por exceso o defectos de presión en el sistema (por un mal diseño de los sistemas de ventilación).

3 Las Instalaciones Sanitarias en funcionamiento son hidráulicamente complejas pues se compone de una serie de escurrimientos diferentes. Deben circular por gravedad todos sus sistemas de desague (primarios, secundarios y pluviales), a presión en todos los sistemas de abastecimiento de agua (fría, caliente, incendio). - Llegándose a producir fenómenos hidroneumáticos (movimiento de liquido y aire conjuntamente a diferentes presiones) pudiéndose citar como ejemplo las descargas bruscas producidas por el desague de los inodoros con limpieza por medio de válvulas automáticas. Las altas velocidades de estos efluentes se producen en las cañerías verticales de edificios con alturas importantes. El efecto es similar en los desplazamientos y circulación de aire en las cañerías de ventilación como en los sistemas de ventilaciones subsidiarias complementarias a esta.- Los sistemas de impulsión de agua en edificios de altura importante requieren en su diseño la verificación del efecto hidráulico conocido como golpe de ariete, que en una enorme cantidad de casos no se realiza la verificación de este efecto que luego producen inconvenientes de enorme importancia como ejemplo, roturas de cañerías y desperfectos en las válvulas de retención, (por efectos de sobre presión) etc, sumados luego las dificultades que se originan para el mantenimiento de ese sistema.- En esta breve síntesis queremos resaltar, la importancia de las Instalaciones Sanitarias en la vida útil de cualquier edificio. La idea fundamental es crear un manual de consulta permanente, para los profesionales y constructores.-

4 PROVISION DE AGUA EL AGUA, ELEMENTO VITAL PARA LA vida y la salud puede ser obtenida de distintos modos: de ríos o lagos, de pozos semisurgentes o provistos desde redes de abastecimiento denominado como agua corriente. La provisión de agua potable a un edificio, implica la prestación de varios servicios como ser el lavado de ropa y alimentos, cocción, elaboración de alimentos, para bebida, como transporte de deshechos humanos, para usos industriales, para protección y extinción de incendios, para la provisión del servicio de agua caliente, etc. En los grandes centros urbanos, la provisión de agua a los edificios, se realiza por intermedio de cañerías llamadas de 'distribución' cuya instalación y mantenimiento puede realizarse a través de empresas (estatales o privadas) responsables del servicio. El agua llega a las fincas por intermedio de las redes instaladas debajo de las calles o aceras, para abastecer todas las conexiones domiciliarias (enlace entre la red de distribución y la cañería interna) La presión de la distribución, que será variable según las zonas y los horarios, se denomina nivel piezométrico, dependiendo de la altura de los tanques o depósitos de almacenamiento y distribución, de las distancias de las fincas a dichos depósitos y de los consumos producidos en el recorrido de la red. Del mismo modo, sucede con la aplicación de los nuevos conceptos utilizados en el suministro de agua corriente, los cuales se basan en la utilización de tanques o depósitos subterráneos con equipos de bombeo de gran poder que distribuyen el agua por impulsión en las cañerías, en reemplazo de los grandes tanques elevados. De esta forma se sustituyen por medio de equipos electromecánicos, los principios físicos de dar presión mediante altura (vasos comunicantes) dando a la vez, soluciones de espacio y estética.

5 Esquema General Río de la Plata - b) Lecho del río - c) Torre de Toma - d) Toma por Canal (directo) e) Muralla - f) Cañería de bombeo desde la Torre Toma - g) Establecimiento San Martín - h) Equipo de impulsión directa de agua potabilizada desde Establecimiento San Martín a depósito distribuidor - i) Cámaras intermedios con equipos elevadores de agua cruda a establecimiento San Martín (potabilizador) - j) Agua potabilizada - k) Cañería impulsión directa - l) Río subterráneo - m) Estación elevadora situada al pie del depósito de distribución - n)depósito de distribución - o) Tanque regulador - p) Nivel piezométrico (ideal) estático - q) Nivel piezométrico real máximo - r) Nivel piezométrico real mínimo Puede apreciarse en el esquema general, que los edificios según su altura respecto de los distintos niveles piezométricos, se presentan en tres distintas situaciones "1", "2" y "3" La conexión de agua, que antiguamente se realizaban en plomo pesado, hoy se ejecutan también con nuevos materiales que provee la industria como ser polietileno de alta densidad (PEAD), polietileno de baja densidad (PEBD), o polietileno reticulado. En la distribución interna se pueden utilizar los materiales tradicionales como ser plomo, latón o hierro galvanizado, o bien los materiales de última generación ya impuestos en el mercado como el polipropileno, los copolímeros (termofusionados) e inclusive, el acero inoxidable. En los casos de que la finca no pudiera tener alimentación directa, a los artefactos o bien al tanque de reserva, como por ejemplo en el caso de los edificios en altura, se deberá recurrir al empleo de equipos de bombeo. Este sistema de provisión consta de un tanque de acumulación ubicado en nivel inferior llamado tanque de bombeo, y un equipo de bombas electromecánicas, que elevarán el agua a medida que se

6 consume la almacenada en el tanque de reserva, mediante un automático que acciona las bombas al descender el nivel del tanque de reserva. Las conexiones de agua pueden tener diferentes diámetros que varían entre los 13 mm (1/2 pulgada) y los 75 mm (3 pulgadas), las mismas deberán ser calculadas para cada caso y se deberán tener en cuenta la presión (metros de columna de agua) media en la red distribuidora frente a la finca (este dato lo suministra la empresa que presta el servicio) y el consumo o gasto posible de toda la instalación de la finca.- La figura 1 esquematiza la conexión de agua a un edifico desde la red pública, el diámetro de la conexión se determinará en función de la presión mínima disponible en la red de agua potable y en el máximo caudal de demanda.-

7 PLANTA CORTE Figura Nº 1

8 DETALLE DE LLAVE MAESTRA DETALLE DE MEDIDOR

9 Desde la conexión, la provisión de agua interna a los artefactos sanitarios se puede realizar de 3 maneras diferentes, sobre la base de las Normas de EX OSN. Y a lo indicado en el gráfico con las piezométricas. 1 ) Directamente desde la conexión Son las instalaciones en las cuales la provisión de agua a los artefactos se efectúa directamente con la cañería interconectada directamente con la red exterior. Se permite este servicio en los casos en los cuales no hay ningún artefacto a una altura mayor de 5 m respecto al nivel de la acera. 2 ) Desde Tanque elevado, El servicio con tanque de reserva es exigible en todos los casos cuando la presión mínima sobre la acera es de 8 m se autoriza alimentación directa hasta esa altura de tanque. Si la presión mínima es mayor de 8 m, puede hacerse alimentación directa hasta una altura de tanque igual a esa presión mínima. Se autoriza una ampliación a ese mínimo de 4m de altura. En consecuencia el llenado de este Tanque denominado de Reserva se realiza por medio de la conexión de agua en forma directa y exclusiva 3 ) Tanque de Bombeo Para el caso de edificios cuya presión de agua de la red externa no cumple con lo especificado en el punto anterior la alimentación de los artefactos se realizará desde un Tanque llamada también de Reserva, pero en este caso el llenado de este se realiza a través de equipos electromecánicos, en los cuales su aspiración esta conectada a otro tanque llamado de bombeo, por intermedio de una cañería denominada de impulsión se transporta el caudal necesario para mantener un volumen constante en el tanque elevado, mientras el llenado del tanque de bombeo se produce desde la conexión.- Metodología de Cálculo Conexiones de Agua A) Conexión Directa a Artefactos Esta solución se puede adoptar si la presión mínima en la red exterior es mayor de cuatro metros sobre el punto de provisión de agua más elevado.- De acuerdo a lo expresado en el párrafo anterior debemos señalar que esos puntos en una Instalación Sanitaria Clásica son él deposito para limpieza de inodoro exterior y elevado, él deposito para limpieza de mingitorios, la flor de la ducha, el Calefón.-

10 En la figura 2 se ha representado esquemáticamente la provisión de agua en forma directa desde la conexión al artefacto más desfavorable representado en este caso por él depósito de inodoro exterior altura en m.c.a de la presión mínima en la red exterior Dimensionado Conexión Directa a Artefactos cañeria de distribucion de agua directa presion efectiva > de 4 m altura artefacto mas desfavorable deposito de Inodoro Elevado Inodoro Pedestal elevado Con la presión eficaz, que resulta de la diferencia entre la presión mínima en la red a nivel vereda y la altura para alcanzar la provisión de agua al artefacto mas elevado El caudal correspondiente ya sea por el número de artefactos (edificios de oficinas, públicos, etc.) o la cantidad de Unidades de Vivienda Tipo (edificios de vivienda) con que se cuenta de la tabla 1 se obtiene el diámetro de la conexión. Cumpliendo con la premisa de la presión mínima se debe analizar para el dimensionado de la conexión, el caudal máximo requerido en función de la simultaneidad de uso de los artefactos sanitarios.- Las Normas Ex OSN definieron los Grupos Sanitarios y dentro de ellos los artefactos que componen una Unidad de Vivienda Tipo, estos son: Baño Principal (constituido por Inodoro pedestal, bidet, lavatorio, Ducha) Baño de Servicio (constituido por Inodoro, Lavatorio, y Ducha) Cocina, Lavadero: (Constituido por pileta de cocina, pileta de lavar, máquina lavadora) Para la UVT se ha considerado un caudal de dimensionamiento = 0.2 l/seg.

11 Siendo este valor de considerar en uso simultaneo 1,5 canilla de servicio, tomando el caudal de esta última = 0.13 l/seg.- En los casos que tuviéramos recintos sanitarios diferentes a los citados para la UVT para la determinación del caudal se utilizara la siguiente formula Q = número de artefactos de uso simultaneo* 0.13 l/seg./2.- El proyectista deberá analizar el criterio de artefactos de uso simultáneo que se pueda producir en los grupos sanitarios a considerar.- Con la presión disponible Pd (presión mínima a nivel vereda menos altura al artefacto mas desfavorable) y el caudal de consumo se obtiene de la Tabla Nº1 el diámetro de la conexión. Tabla Nº 1

12 B) Conexión Directa a Tanque Elevado e Indirecta a Artefactos 150 lts por cada canilla o pileta En los casos de edificios cuyo tanque de reserva se encuentra ubicado el la parte alta del mismo y la piezométrica supera, en determinadas condiciones, su altura desde el nivel acera, se podrá alimentar el tanque en forma directa desde la conexión de agua corriente. Para el cálculo de la conexión, habrá que tener en cuenta además de la presión de la red, el tiempo de llenado del tanque de reserva y la capacidad del mismo, con lo que se obtendrá el caudal. Por lo tanto se procederá de la siguiente manera: Se deberá calcular la Reserva Total Diaria (RTD) que es la reserva mínima de agua del edificio o capacidad del tanque de reserva para abastecer al mismo durante 24 hs En caso de viviendas se estipula en 850 litros por UVT. En el caso de edificios no destinados a viviendas (oficinas, comercios, etc.) se tomarán estos valores, por artefacto 350 lts por cada Inodoro 250 lts por cada mingitorio Con lo que sumando la totalidad de artefactos multiplicados por sus respectivos consumos se podrá obtener la capacidad de reserva mínima. Este volumen de agua puede aumentarse (a criterio del proyectista) hasta un máximo del 50%. El tiempo de llenado del Tanque tiene que estar en un entorno 1 y 4 horas, por lo que a modo de promedio se calculan 2 horas. Por lo tanto si se divide la capacidad del tanque por el tiempo de llenado 7200 segundos (2 horas), se obtendrá un caudal (en lts./seg.) necesario para entrar a la Tabla Nº1 El otro dato a calcular es la presión disponible, que surge de restarle a la presión mínima de la red de agua potable medida a nivel vereda la altura a alcanzar hasta la entrada de agua al tanque de reserva. Como en todos los casos para calcular las conexiones de agua, se utiliza la tabla Nº 1 de Provisión de Agua Fría, en donde se entra con la presión mínima en la red y el gasto total necesario, obteniéndose con estos dos datos el diámetro de la conexión de agua. C) Conexión Directa a Tanque de Bombeo e Indirecta a Tanque Elevado

13 En los casos de edificios en altura, ya sea de viviendas, de oficinas o cualquier otro destino, en donde se cuente con tanque de reserva y tanque con equipo de bombeo, para el cálculo de la conexión, habrá que tener en cuenta además de la presión de la red, el tiempo de llenado del tanque de reserva y la capacidad del mismo, con lo que se obtendrá el caudal. Por lo tanto se procederá de la siguiente manera: La Reserva Total Diaria (RTD) de agua de un edificio o sea la suma de los volúmenes de los tanque de reserva y bombeo se estipula en 600 litros por cada Unidad de Vivienda Tipo UVT En el caso de edificios no destinados a viviendas (oficinas, comercios, etc.) se tomarán estos valores, por cada Artefacto: Inodoros 250 litros mingitorio; 150 litros canilla o pileta 100 litros Con lo que sumando la totalidad de artefactos multiplicados por sus respectivos consumos se podrá obtener la RTD El tiempo de llenado de RTD debe estar comprendido entre 1 y 4 horas, por lo que a modo de promedio se calculan 2 horas. Por lo tanto si se divide la capacidad de la RTD por el tiempo de llenado 7200 segundos (2 horas), se obtendrá el caudal (en lts./seg.) necesario para el ingreso a las tablas de dimensionado ( Tabla Nº1) La presión disponible para este caso se calcula restando o sumando H (altura desde el nivel vereda hasta el orificio del tanque de bombeo) según se encuentre por encima o por debajo de la acera. En el ejemplo de la figura como el orificio de entrada al tanque está por debajo de la acera, H debe ser sumada a la presión mínima.

14 DESCRIPCIÓN DE CONEXIÓN DE AGUA TIPICA A TANQUE DE BOMBEO Figura Nº 3 A partir de la figura Nº2 se describen los elementos que forman la conexión de agua desde la red externa de provisión de agua 1.- Férula ( ver figura Nº4) Dispositivo que cumple dos funciones: a) Elemento de empalme b) Válvula de retensión Permite el flujo de agua en un solo sentido Figura Nº 4 2.-Llave Maestra (ver Figura 5) Cumple dos funciones: a) Cierre del paso de agua

15 Podemos cortar el suministro de agua a la finca. Solo puede ser manipuleada por la empresa prestataria del servicio. b) Válvula de retensión Permite el flujo de agua en un solo sentido Figura Nº 5 3.-Medidor (ver figura Nº6) Es un elemento que mide el consumo de agua potable de la finca que controla Figura Nº 6

16 4.-Llave de Paso General (ver figura 7) Cumple dos funciones: c) Cierre del paso de agua Podemos cortar el suministro de agua a la finca. Solo puede ser manipuleada por la empresa prestataria del servicio. d) Válvula de retensión Permite el flujo de agua en un solo sentido Figura Nº 7 5.-Ruptor de Vacío en la cañería de entrada (ver figura Nº3 y 8 ) Cuando el diámetro de la conexión de agua es mayor de m y el tanque de bombeo se encuentra debajo del nivel de acera se debe colocar en forma obligatoria un sifón invertido con una válvula de aire a 2.5 m de altura medidos desde el nivel de vereda. Este elemento se coloca a los efectos de evitar el pasaje de agua al tanque de bombeo cuando la presión en la red de agua potable es menor a 2.5 m. La válvula de aire permite desalojar el aire que se encuentra en la instalación pero evita la salida del agua al exterior. DETALLE VÁLVULA DE AIRE Figura Nº8 TIPOS DE LLAVES DE PASO 1.- LLAVE DE PASO A VÁLVULA SUELTA Son llaves de paso que además de permitir el cierre del paso del fluido aguas debajo de este elemento, solo permite la circulación en 1 solo sentido, es decir cumple con la función de válvula de retención. Este Tipo de llave de paso se las debe colocar en los puntos donde el agua cambia de propietario, por lo cual es obligatorio su uso como llave de paso general y como llave de paso, en edificios de

17 varias unidades funcionales, cuando las cañerías de provisión de agua se introducen a cada una de las unidades. Estas llaves de paso deben tener indicado en su cuerpo, una flecha indicativa del sentido de escurrimiento. La llave de paso de este tipo, posee una válvula como la indicada en la figura con el Nº 9. Este elemento está suelto dentro de la llave, al girar el volante en el sentido de cierre ( giro horario) desplaza la válvula hacia abajo y obtura el paso de agua en forma total produciendo el cierre al paso del agua a los artefactos que esta cañería alimenta. Al hacer girar el volante en sentido anti-horario, el vástago (solidario al volante), asciende, liberando la válvula. Como la presión en el compartimiento aguas abajo con respecto a la llave debe ser obligatoriamente mayor que la presión existente en el compartimiento aguas arriba (pues la fuente de alimentación se encuentra del lado de la mayor presión), la diferencia de estas presiones origina que se levante la válvula suelta y permita el pasaje del agua en el sentido previsto. Si la presión en el compartimiento aguas abajo desciende y pasa a ser menor que la presión existente en el compartimiento aguas arriba, el agua tenderá a circular en el sentido inverso al lógico para producir la alimentación de los artefactos sanitarios, bajo esta situación la válvula que está libre se comprime contra el asiento de válvula y obtura el pasaje de líquido en el sentido opuesto al previsto. LLAVES DE PASO VÁLVULA SUELTA (Figura Nº 9 ) Válvula de retención (suelto) 2.- LLAVE DE PASO A VÁLVULA ESCLUSA Este tipo de llave está compuesta por un volante que al girar el sentido vertical una compuerta o esclusa que obtura o orificio de la válvula que coincide con la cañería que Girando el volante en el sentido horario la compuerta baja, contra las paredes de la llave de paso y evita el paso del Haciendo girar el volante en el sentido anti-horario, la levanta y libera parcial o totalmente el paso del fluido. Por lo expresado el líquido puede circular en cualquiera de sentidos en forma indistinta. mueve en libera el controla. se ajusta líquido. esclusa se los dos

18 Por las características indicadas, la llave de paso a válvula esclusa, produce una caída de presión mucho menor que la a válvula suelta. Figura Nº LLAVE DE PASO ESFÉRICA Este tipo de llave de paso tiene un comportamiento similar al de la esclusa.(ver figura Nº 11) Posee una manija de comando que con un cuarto de vuelta retira una semi-esfera, que se encuentra en su interior, liberando la sección transversal de la misma. Con la operación contraria se obtura el pasaje del fluido. Las llaves de paso a válvula suelta y esclusa son de cierre lento Figura Nº 11 generar sobre presiones originadas cierre brusco de la válvula..la llave de paso a válvula esférica es de cierre rápido, por lo cual se deben tomar todas las precaucion es para no por un