Instalaciones de Fontanería
De Construmatica
Conceptos Generales
Presión de Agua
Para evaluar el comportamiento de un líquido como el agua, debemos considerar la presión.
La presión es una fuerza aplicada por unidad de superficie.
Veamos como ejemplo un cuerpo sólido de 400 Kg de masa, que con una fuerza de aceleración debida a la gravedad igual a 9,8m/s² (redondeando: 10 m/s²), tiene un peso (o ejerce una fuerza) de 4000 kg·m/s² = 4000 N = 400 kp sobre el suelo, apoyado sobre una superficie con una base de 200 cm2. Éste ejercerá una presión sobre el suelo de :
- P = Peso/Superficie = 400 kp/200cm2 = 2 kp/cm2
La Presión, en un líquido, puede interpretarse como la fuerza que ejerce el líquido contra las paredes del recipiente que lo contiene.
Esta fuerza depende de dos factores:
- Altura : la altura del líquido desde el punto en que se mide la presión.
El peso del líquido que esté por sobre ese punto, será el que ejerza la fuerza.
- Densidad: la densidad del líquido.
El peso del líquido varía en función de su densidad. De esta manera, veremos que habrá mayor presión cuando el líquido sea mercurio que cuando sea agua.
La presión no depende de la forma del recipiente sino de la altura del líquido.
- Incompresibilidad : los líquidos son incompresibles: Cuando se aplica una presión en un punto del líquido ésta se transmite a todos los puntos del líquido por igual. En una tubería llena de agua, si se aplica presión al inicio de la misma, ésta se extiende por igual por encima del punto de acometida del edificio.
Si la presión no es suficiente para elevar el agua desde el punto de la toma hasta el punto más alto del edificio, siempre es posible agregar presión al sistema instalando una bomba a un depósito repartidor.
- Medición de Presión:
La presión, generalmente, se mide en Atmósferas.
Una atmósfera equivale a la presión ejercida por 1 kg de fuerza sobre 1 cm2 de superficie.
- 1 atm = 1Kg/1cm2
También puede medirse en metros de columna de agua; donde 1 atmósfera equivale a 10 metros de columna de agua o bien en Kg/cm2.
Caudal
El Caudal de Agua es la cantidad de líquido que pasa por una sección determinada (de tubería) en una unidad de tiempo (por segundo). b/m
Con el caudal se obtiene la cantidad máxima de agua de la que dispone una instalación.
- Medición de Caudal:
Por lo general se mide en litros por segundo; o, en m3 (1000 litros) por hora.
Pérdida de Carga
La Pérdida de Carga es la energía que se pierde en las tuberías por efecto del rozamiento del agua.
Cuando existe pérdida de carga, disminuye la presión, situación que es preferible evitar.
La Pérdida de Carga depende de los siguientes factores:
- Material de la tubería'
Los materiales tienen diferentes coeficientes de rozamiento; los plásticos son los que mejor se comportan frente al rozamiento.
- Diámetro de las tuberías
El diámetro es inversamente proporcional a la velocidad; es decir que a menor diámetro, mayor es la velocidad, por ende, mayor rozamiento. Ésto produce más ruido y menor presión.
- Longitud de la tubería
Cuanto mayor es la longitud, mayor es el rozamiento.
- Elementos de la instalación que generan impedimentos
Tales como válvulas, sifones, codos o estrangulamientos de la tubería, producen pérdidas de energía.
La pérdida de carga máxima admitida en una instalación es de 10 mm de columna de agua por cada metro de tubería.
Velocidad
Cuando el agua circula ocupando la totalidad de la tubería y la presión es suficiente, la velocidad lograda dentro del conducto, va a determinar una serie de características de la instalación.
La Velocidad se mide en metros por segundo.
La velocidad mínima aconsejable es de 0,5m/seg, y la máxima de 2m/seg.
En edificios se toman valores intermedios de 1m/seg.
Una baja velocidad crea problemas de depósito de sedimentos en la tubería, provocando el mal funcionamiento de algunos aparatos como calentadores de agua o lavadoras.
Una velocidad excesiva puede generar problemas aún más serios:
- Desgastes prematuros: las tuberías, válvulas y otros elementos de la instalación pueden presentar un desgaste más rápido debido a un rozamiento excesivo del agua.
- Ruidos en las tuberías: cuando aumenta la velocidad, se incrementa el rozamiento contra las paredes de las tuberías, en especial si las mismas poseen pequeña sección. Ésto genera ruidos molestos pues se trasmiten por la estructura del edificio a todas las viviendas.
- Golpes de ariete: cuando se interrumpe bruscamente el paso de agua, por ejemplo de un grifo, se produce el golpe de ariete. Ésto produce un impacto que se trasmite por toda la instalación. Para evitarlo, puede reducirse la velocidad o aumentarse la sección de las tuberías y ajustar firmemente los anclajes de cada tramo de tubería a la pared.
Los efectos de los golpes de ariete son muy destructivos para los elementos de la instalación y deben evitarse en todos los casos.
Elementos de la Instalación
Las partes principales en que se divide una Instalación de Fontanería, para la provisión de agua corriente en un edificio, son las siguientes:
Acometida
La acometida es el enlace entre la red pública de agua con la instalación interna del edificio.
Se compone del ramal, una llave de registro situada en la fachada del edificio y antes de entrar al mismo, y otra llave dentro, la llave de paso, para corte de suministro en caso en que sea necesario.
Zona General
La zona general de la instalación es común a todo el edificio, extendiéndose hasta la sala de contadores. Puede suceder que cada vivienda cuente con su propio contador u otra alternativa, sujeto ésto a las normativas en vigor de la zona o las indicaciones de la compañía suministradora.
Contadores
Los contadores sirven para conocer el consumo de cada abonado. Éstos aparatos crean una importante pérdida de carga. Llevan una llave de paso antes y otra después, para retirarlos en caso de necesidad.
Derivaciones Individuales
Desde la llave de salida de cada contador, se considera ya la instalación individual de cada vivienda. En ella se incluye el montante o tubería que discurre desde el contador y asciende hasta la vivienda. Existe un montante por cada vivienda con su respectiva llave de paso a la entrada de la misma.
Tipos de Tuberías
Las tuberías se fabrican en distintos materiales. Cuaquiera sea el material del cual estén construidas, deben presentar un espesor uniforme y cumplir con requisitos de estanquiedad para toda la instalación hasta una presión de 10 atm.
- Tuberías de Acero Galvanizado
Las tuberías de acero galvanizado serán tubos sin rebarbas en los cortes ni deficiencias en el material que puedan favorecer la corrosión.
Las uniones se efectúan con piezas roscadas de fundición.
Este material ha dejado de usarse por lo general debido a la dificultad de realizar las roscas y a su tendencia a la corrosión; quedando este material para uso de tuberías generales de gran diámetro.
- Tuberías de Cobre
Este es el material más utilizado en tuberías de agua. Las uniones se efectúan soldadas a piezas especiales a base de estaño. Poseen mayor resistencia a la corrosión que las anteriores. Se fabrican de hasta 18 mm de sección, siendo más flexibles y adaptándose así a las curvas en empotramientos.
- Tuberías de Polipropileno
Estas tuberías se utilizan en instalaciones interiores. Son más caras que las de cobre pero resultan de fácil instalación ya que sus uniones se efectúan mediante piezas de soldadura térmica. Soportan hasta temperaturas de 90 ºC sin generar condensaciones. Estas tuberías son ideales para empotramiento porque tienen muy poca pérdida de carga.
- Tuberías de Polietileno
Estas tuberías se emplean en grandes tuberías de aportación por su característica flexibilidad. Poseen menor resistencia que las de polipropileno, y no soportan temperaturas elevadas. Por lo general se usan en instalaciones exteriores bajo zanja. Están exentas de sufrir corrosión pero les afecta su exposición a los rayos solares, debilitando el material.
Zanjas
Las zanjas tendrán una dimensión de 60 cm x 60 cm; las tuberías instaladas bajo zanja serán preferentemente de polietileno y discurrir en una cota superior a la de las tuberías de saneamiento para impedir contaminación en caso de pérdidas.
Llevarán algún tipo de avisador, como en las instalaciones eléctricas discurriendo por zanjas separadas de las otras instalaciones.
Tanto las llaves de paso, los cambios de dirección y los empalmes, deben realizarse en arquetas registrables.
Los pasos por calzada deben efectuarse dentro de un tubo de fibrocemento, en un dado de hormigón de 60 cm x 60 cm para protegerla de fractura o rotura por sobrecargas.
Válvulas
Las válvulas son aquellos elementos que sirven para controlar o cortar el paso del agua. En su concepto más simple, la válvula es un grifo.
Dentro de las instalaciones de fontanería existen distintos tipos de válvulas:
- Válvulas de Volante
El sistema es similar al de un grifo tradicional. Poseen cierta robustez y se utilizan generalmente para grandes tuberías. Los modelos más pequeños son de instalación domiciliaria y sirven para cortar el suministro total de la vivienda en caso en que se requiera efectuar el corte por avería o cualquier reparación interna de la instalación.
- Válvulas de Bola
Su sistema de accionamiento es con mango de 1/4 de vuelta. Se las llama de bola porque poseen una esfera que regula el paso en su interior. De fácil manipulación, permiten el rápido corte de agua. Se instalan a la entrada de cada sector de cada vivienda y en general en todas aquellas partes de la instalación que necesita llave de corte.
- Válvulas de Retención
Estas válvulas se emplean para impedir que el agua vuelva hacia atrás. Admiten solamente una dirección de paso. Ésto se entiende en el caso de alimentación de viviendas. Si no se utiliza ningún punto de servicio en la vivienda, el agua no tiene velocidad dentro de la tubería, aunque mantiene la presión dada por la red; el agua dentro de la tubería tiene cierto peso y tendencia a caer y volver hacia atrás. Éstas válvulas evitan este efecto; suelen instalarse a la salida de los contadores.
Mecanismos
Los mecanismos son aquellos elementos instalados en los puntos de servicio a fin de regular la aportación de agua. Los mecanismos más importantes son:
- Grifos de lavabos y duchas.
- Grifos temporizados de cierre automático. Requieren de una presión mínima de 1,5 Kg/cm2 para poder funcionar.
- Cisternas de descarga. Son similares a los grifos en su consumo.
- Fluxómetros para inodoros. Funcionan como las cisternas pero no poseen acumulación; descargan una gran cantidad de agua de golpe en la taza del inodoro para limpieza. Requieren de una presión mínima de 1,5 Kg/cm2 y un caudal de 1,5 l/seg.
Grupos de Presión
En algunas zonas altas, en edificios antiguos, o en zonas rurales con captaciones propias o con cisternas de acumulación, no siempre existe la presión requerida.
Los Grupos de Presión se emplean para generar una presión suplementaria a la red en estos casos en que no existe la fuerza suficiente para abastecer al edificio.
Una correcta presión en la red es necesaria para el buen funcionamiento de electrodomésticos como calentadores de agua instatáneos o lavadoras. También permite disponer del caudal necesario para lavabos y duchas.
El grupo de presión se compone de una bomba y un depósito regulador.
Al haber determinado la presión necesaria en la instalación, se regula el grupo para que se mantenga siempre el depósito regulador con la presión suministrada por la bomba. Cuando se abre un grifo, baja la presión en el depósito; seguidamente se acciona la bomba para restablecer el nivel de agua dentro del depósito.
A Tener en Cuenta
En la ejecución de las instalaciones de fontanería, y para evitar posteriores inconvenientes, se deben tener en consideración los siguientes problemas habituales en este tipo de instalación:
Corrosión
La corrosión es el proceso de oxidación sobre las tuberías metálicas como consecuencia del contacto permanente con agua, sobre todo en uniones y juntas; su efecto carcome el metal. En especial se produce en las de acero galvanizado.
Este es un problema difícil de evitar, y por tanto, lo importante es observar el cuidado necesario durante la ejecución de la instalación.
Si en una misma instalación se juntan dos metales diferentes: cobre y acero, se produce el efecto de par electrolítico.
Estos dos metales no deben estar nunca en contacto pues es seguro que la corrosión avanzará en poco tiempo. Tan solo si una partícula de cobre arrastrada por el agua se deposita en las paredes de la instalación de acero, el deterioro es inevitable.
Las instalaciones de polipropileno y polietileno (plásticos), no son afectadas por la corrosión.
Condensación
La condensación es el efecto producido sobre las paredes de las tuberías de cobre o acero como consecuencia de una humedad relativa alta, y el contacto con el aire. Al tener dichas tuberías una temperatura inferior a la ambiente, la superficie exterior de metal condensa. Estas condensaciones se transmiten a la madera, yeso o enlucido de obra, permitiendo la aparición de hongos y musgo, y deteriorando los materiales.
Para impedir que se produzca la condensación, se procede a enfundar las tuberías en envolventes de PVC corrugado; inclusive se realiza en tuberías empotradas para evitar problemas de contracción y dilatación del material.
Incrustaciones
El agua potable posee en suspensión una gran cantidad de sales minerales. En su mayoría, estas son sales carbonatadas de calcio. De acuerdo al zona de donde procede el agua, estos contenidos de sales varían considerablemente.
En ciertos puntos de la instalación donde la velocidad es menor, o en tuberías de agua caliente, las sales precipitan formando incrustaciones en las paredes internas de las tuberías, disminuyendo u obturando su sección, y agarrotando los mecanismos.
A fin de impedir que se vean afectados los aparatos, se instalan descalcificadores individuales en determinados lugares de la instalación.
En zonas con aguas muy duras (gran contenido de cal), se efectúan perdiódicamente lavados interiores con ácido para desincrustar las acumulaciones de cal.
Pendientes
Para un buen funcionamiento de la instalación, es importante que las tuberías discurran sin curvas extrañas, sin sifones o tramos con acumulaciones de aire.
En el punto de altura máxima de la vivienda se instalan purgadores de agua con pendientes suaves hacia todos los sitios donde las bajantes de alimentación se conectan a los puntos de servicio.
Consumos y Dimensionado
Para dimensionar las Instalaciones de Fontanería, desde las redes de abastecimiento hasta las instalaciones interiores, se calculan los consumos medios para diferentes situaciones de uso.
La instalación debe proporcionar el caudal suficiente para alimentar todos los elementos de una red normal.
En la Tabla 1 se expresa el gasto unitario estimativo de los diferentes aparatos.
Los consumos se refieren a los horarios pico, donde existe el mayor consumo.
Se realiza el dimensionado de la instalación tomando como referencia esos horarios, aunque la instalación quede sobredimensionada para el resto del día.
Tabla de Consumos 1:
Coeficiente de Simultaneidad
En muy pocos casos puede dimensionarse la instalación de manera que funcionen todos los aparatos simultáneamente. Sólo puede ocurrir excepcionalmente, y si se calcula así, puede ser una instalación muy costosa.
Este es un factor importante a considerar para el dimensionado. Para ello se utiliza el Coeficiente de Simultaneidad, a fin de saber cúantos aparatos pueden estar abiertos al mismo tiempo.
La Tabla 2 expresa este coeficiente a partir de la cantidad total de grifos de la instalación (siempre tiene un valor inferior a 1).
Tabla de Consumos 2:
Para obtener el Consumo Punta (Qp), se multiplica el consumo total de aparatos (Q) por el coeficiente de simultaneidad (K).
Por ejemplo:
En una instalación provista con lavabo, bañera, inodoro y bidé, se parte de los siguientes consumos unitarios:
- Bañera...... 0,3 l/s
- Inodoro...... 0,1 l/s; en caso de cisterna; (si fuese fluxómetro, sería: 2 l/s, es decir 20 veces más).
- Bidé ........ 0,1 l/s
- Lavabo ..... 0,1 l/s
---
- Total: ....... 0,6 l/s.
Por tanto, para 3 grifos, se obtiene en la Tabla un valor de Coeficiente de Simultaneidad de 0,7.
Luego, aplicando la fórmula:
- Qp = Q x K, obtenemos un valor de Consumo Punta a considerar de:
- Qp = 0,6 l/s x 0,7 = 0,42 l/s
Habiendo ponderado el consumo, ya podemos dimensionar adecuadamente la instalación.
Dimensionado de los Tubos
Para efectuar el dimensionado de los tubos de alimentación, se emplean tablas diferentes según el material utilizado en las tuberías.
En el caso de tuberías de cobre, con un caudal Q (calculado anteriormente), con una pérdida de carga J, menor a 0,01 metros de columna de agua por metro de tubería, considerando una velocidad no mayor a 1m/s, pueden elegirse diferentes dimensiones de tuberías.
Como este sistema no es práctico, por lo general, y para cálculo de viviendas, se utilizan las tablas de la NTE-IFF73.
Se determina el diámetro de las tuberías para cada tramo, en función de los grifos que alimenta ese sector. Siempre se inicia el cálculo por vivienda y se van sumando los consumos hasta llegar a la acometida. Deben considerarse los fluxómetros, ya que requieren un caudal de agua importante.
Para las derivaciones de acometida, y todas las tuberías principales de la instalación, conviene verificar los diámetros obtenidos de las tablas NTE con los ábacos correspondientes.