1.Configuración, cálculo e instalación de tuberías de agua (fpalz_M8.UD2(5),3(1),4(1))

2.1 Tipos de redes hidráulicas

Las redes pueden clasificarse según:

Según su finalidad:

• Agua fría sanitaria (AFS): procedente de la red pública o de un depósito intermediario.
• Agua caliente sanitaria (ACS): obtenida mediante sistemas de producción instantánea o acumulación.
• Sistemas mixtos: combinan suministro y retorno (con recirculación).

Esquema 1: Diagrama general de instalación de AFS y ACS en edificio.
(Descripción: Red de distribución con montantes, derivaciones y aparatos terminales.)

a) Según forma de distribución

Red ramificada (árbol)

• Una línea principal
• Derivaciones sucesivas
• Económica
• Poco fiable

Red mallada

• Varias rutas posibles
• Mayor seguridad
• Mejor reparto de caudales

Red anular

• Recorrido cerrado
• Muy equilibrada
• Usada en grandes instalaciones

Las tuberías pueden ir “enterradas”, “vistas” o “empotradas en obra”

Es recomendable instalar las tuberías de agua con una ligera pendiente “ascendente” del “2”%, ayudandonos de un nivel, para evacuar las burbujas de aire

Materiales(M8.UD2(5)):

Los “materiales” a utilizar en las instalaciones de agua, principalmente las tuberías, deben cumplir:

i)Resistir los “esfuerzos mecánicos” provocados por la presión del agua, el terreno, las dilataciones térmicas, peso, etc

ii)Resistir la “corrosión” que produce el agua o el ambiente donde se instalen(Fe₂O₃)

iii)No perjudicar la “calidad” del agua, sabor, iones, etc

iv)Pérdida de “carga” reducida

Materiales:

i)“Cobre”(rígido en barras o recocido en rollos)

ii)“Acero” galvanizado e inoxidable

iii)“Plásticos”:

–policloruro de vinilo(PVC)

–Polietileno(PE)

–Polietileno reticulado(PEX)

–Multicapa

–Polipropileno(PP)

–Polibutileno(PB)

Cálculo de tuberías(M8.UD3(1)):

El agua al circular por las tuberías sufre un roce con las paredes, que le provoca una pérdida de presión o “pérdida de carga”. Esta pérdida de carga depende de la rugosidad interior de la tubería y de la velocidad de circulación del agua

La “velocidad” en instalaciones de agua:

•Mínima 0.5 m/s para evitar “sedimentaciones”

•Máxima 1.5 m/s para evitar “ruidos” y vibraciones

Se limita la pérdida de carga a “40” mm.c.a./m

Las tuberías se pueden calcular mediante “fórmulas” o “ábacos”

Las pérdidas de carga en los accesorios se pueden asimilar a una longitud de tubería de pérdida de carga equivalente llamada “longitud equivalente”

Las redes de agua pueden ser “ramificadas(árbol)”, “malladas” o «Red anular«

Las tuberías pueden ir “enterradas”, “vistas” o “empotradas en obra”

Es recomendable instalar las tuberías de agua con una ligera pendiente “ascendente” del “2”%, ayudandonos de un nivel, para evacuar las burbujas de aire

GOLPE DE ARIETE

Fenómeno hidráulico peligroso (incompresibilidad del agua o líquidos).

Se produce por:

• Cierre brusco válvula
• Parada bomba
• Cambio rápido velocidad

Consecuencias:

• Sobrepresión
• Rotura tuberías
• Daños en accesorios

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Medidas preventivas

• Válvulas de cierre lento
• Depósitos de expansión
• Válvulas antiariete
• Velocidades moderadas

2. Cálculo de las necesidades de agua en una instalación

Para calcular las necesidades de agua, primero debemos conocer el “caudal instantáneo” de agua fría y caliente(ACS) de los aparatos: lavabo, ducha, bañera, bidé, inodoro, etc.

Para hallar el caudal en un tramo de tubería que alimenta a varios “puntos” de consumo, se suma el caudal de los aparatos Q_t=SQ_i

Sin embargo como no todos los aparatos se utilizan a la vez, para calcular el caudal punta, al caudal total se aplica un “coeficiente de simultaneidad” que es función del número de puntos de consumo

Algunos autores recomiendan que el coeficiente de simultaneidad no debe ser inferior a 0.2, pero el “CTE” deja criterio al proyectista según el tipo de instalación y su uso:

–uso doméstico K > “0.05”

–Uso residencial K > “0.1”

–Uso público K > “0.2”

3. Trazado de las redes de agua.(M7.UD3(6.2.1 y 6.2.2))

El trazado sobre el “plano” de la red de tuberías nos permitirá seleccionar el trazado optimo y posteriormente obtener las longitudes de tuberías. En el trazado de las tuberías se recomienda seguir las líneas de los muros de la vivienda

A continuación se realiza un “esquema simplificado” en el cual se numeran los puntos inicial y final de cada tramo o ramal para identificarlos, de forma que se les pueda asignar caudal circulante, longitudes y otros datos interesantes para el dimensionado de la red

4 y 5. Equilibrado activo o pasivo(M7.UD3:5.2.6)Sistema de retorno invertido(M7.UD3(5.1.2))

Una vez ejecutada la instalación, en la práctica existen tramos con mayor pérdida de carga que otros produciendose “desequilibrios hidráulicos” que provocan:

–incorrecta transmisión de “energía” a radiadores o habitaciones

–Incorrecta distribución de los “caudales” deseados en una red de agua

Para ello es necesario utilizar dispositivos de equilibrado o regulación:

Activos: “detentores” en radiadores, reguladores de “caudal” o válvulas de “equilibrado”

Pasivos: “retorno invertido”

El equilibrado hidráulico activo por medio de detentores puede resultar engorroso y “complicado” en instalaciones complejas, donde es mejor emplear reguladores de caudal o válvulas de equilibrado (IT1.2.4.2.7) que regulen el flujo de agua en cada tramo o rama

En una instalación de radiadores bitubular se puede realizar un retorno invertido, que aunque necesita más metros de tubería, se consigue un circuito mejor equilibrado “térmica” e “hidráulicamente”(equilibrado pasivo)

6. Dimensionamiento de tuberías

1º Trazar la red de tuberías sobre el “plano”

2º Realizar un “esquema simplificado” y numerar los tramos de tubería, puntos de partida y llegada con el fin de asignar a cada tramo: caudal circulante, longitud y otros datos de interés

3º Cálculo de “longitudes”. Se calculan las longitudes de cada tramo de tubería a partir del plano a escala del edificio, teniendo en cuenta las longitudes de bajantes, longitudes hasta falso techo, etc. Para el cálculo de las pérdidas de carga se añadirán las longitudes equivalentes de los accesorios utilizados

4º Caudales de cada tramo. Se calculan sumando los “caudales” que consumen los aparatos sanitarios que están aguas abajo de cada tramo.

Como no se utilizan todos los aparatos sanitarios a la vez, se aplica un “coeficiente de simultaneidad” para aminorar el caudal circulante

5º Velocidades de circulación y pérdidas de carga, se emplean valores recomendados:

La “velocidad” en instalaciones de agua:

•Mínima 0.5 m/s para evitar “sedimentaciones”

•Máxima 1.5 m/s para evitar “ruidos” y vibraciones

La “pérdida de carga” no deberá superar en ningún caso los “40” mm.c.a./m:

Alrededor de “15” a “20” mm.c.a./m para realizar los cálculos

6º Selección del diámetro de tubería. La forma más sencilla de seleccionar el diámetro de tubería adecuado para cada tramo es utilizando “ábacos” o tablas de doble entrada, del material de tubería seleccionado. Para ello se entra en el ábaco con el caudal circulante y la velocidad de circulación deseada, seleccionando el diámetro de tubería y verificando que las pérdidas de carga son aceptables.

En la práctica el cálculo de tuberías es un proceso iterativo

7. Dilatadores(IT 1.3.4.2.6, M7.UD3:2.2)

Las variaciones de longitud que experimentan las tuberías debido a los cambios de “temperatura” del fluido que contienen se deben compensar para evitar roturas en los puntos más débiles.

En las salas de máquinas se pueden aprovechar los frecuentes cambios de dirección dando a las curvas amplios “radios de curvatura”, dando mayor flexibilidad a la red de tuberías y disminuyendo la concentración de esfuerzos

En los tendidos de tuberías de gran longitud, tanto horizontales como verticales, los esfuerzos sobre las tuberías se absorberán instalando “compensadores de dilatación”, liras o dilatadores y mediante cambios de dirección.

Deberá colocarse un compensador de dilatación cada “25” metros como mínimo en los tramos rectos

8. Soportación(M7.UD3:2.2, M8.UD2:8)

En cuanto al anclaje de las tuberías a las paredes del edificio:

I.El “peso” de la tubería llena de agua puede ser importante en diámetros grandes

II.El peso también es importante en los tubos “ascendentes”

III.Las “dilataciones” del material de la tubería puede producir esfuerzos sobre los anclajes, sobre todo en los de agua caliente

IV.por los esfuerzos “estáticos” debidos a la presión y “dinámicos” por los cambios de dirección, golpe de ariete, etc

V.por la transmisión de “ruidos” al edificio debido a la elevada circulación de agua

Los anclajes de tuberías deben permitir fundamentalmente las “dilataciones térmicas” debidas a los cambios de temperatura

También es conveniente que exista un elemento “flexible” entre soporte y tubería para evitar ruidos

Los elementos más habituales de soportación son:

–“Abrazaderas”

–soportes en línea(empotrados, atornillados, soldados)

–bandejas

“ejemplos” de elementos de fijación: abrazaderas metálicas, clips, cintas perforadas, bridas de nylon, perfiles en ángulo…

Si las tuberías van aisladas, el soporte debe realizarse sobre el “aislamiento” para no interrumpirlo y así evitar el puente térmico

Las tuberías pueden montarse enterradas, vistas o empotradas en obra. En general es aconsejable que las tuberías no entren en contacto con los materiales de la obra, por lo que en el caso de tuberías empotradas es conveniente protegerlas con “recubrimientos” apropiados

Deben disponerse los apoyos necesarios para las tuberías, situados, dependiendo del material y del diámetro cada 2 ó 3 metros. Estos apoyos se fijarán siempre sobre el “tubo” y no sobre los accesorios y soldaduras

9. Aislamiento de tuberías(RITE)

Las tuberías de agua caliente deberán estar “aisladas térmicamente” para evitar pérdidas de calor, especialmente las tuberías del sistema de calefacción que circulen por el exterior del edificio o por locales no calefactados. Por ejemplo con coquillas aislantes tipo armaflex. Las coquillas aislantes para tuberías se fabrican principalmente con materiales como polietileno expandido de celda cerrada, espuma elastomérica (caucho sintético), lana mineral (vidrio o roca) y fibra de vidrio.

En el caso de posible formación de pila galvánica, por ejemplo contacto de tubería de cobre y acero, montar un manguito de plástico o “manguito antielectrolítico” en el punto de unión de los dos materiales(1ºhierro=>2ºcobre)

10. Normativa.

En el RITE, el “cálculo de las necesidades de agua” se refiere sobre todo al dimensionamiento de la demanda de ACS y de las redes asociadas, tomando como base el uso del edificio, el número de usuarios y los perfiles de consumo.

Esquema-resumen

1. Identificar el uso del edificio
Vivienda, hotel, hospital, gimnasio, escuela, etc., porque la demanda de agua caliente cambia mucho según la ocupación y los puntos de consumo.

2. Estimar la demanda diaria
Se calcula el volumen de agua caliente necesario por día o por franja horaria, considerando duchas, lavabos, cocinas y otros usos.

3. Determinar la temperatura de servicio
El RITE exige condiciones de servicio adecuadas en ACS y, si hay acumulación, mantener temperaturas de almacenamiento suficientes para garantizar el suministro.

4. Convertir volumen en energía
La demanda de agua se transforma en demanda térmica con la diferencia de temperatura entre el agua fría de entrada y la temperatura de preparación o acumulación.

5. Dimensionar generación, acumulación y distribución
Con esa demanda se seleccionan la potencia de los generadores, el volumen de acumulación y el caudal de las redes y recirculación.

Forma de expresarlo en oposición

Puedes redactarlo así:

“El cálculo de las necesidades de agua en una instalación se realiza a partir del uso del edificio y del número de usuarios, estimando el consumo diario de ACS y su perfil horario. A partir de esa demanda volumétrica se determina la energía necesaria para elevar la temperatura del agua hasta la de servicio, y con ello se dimensionan generadores, acumulación, bombeo y redes de distribución.”

Idea clave para recordar

• Primero se calcula el consumo de agua.
• Después se pasa a energía térmica.
• Finalmente se dimensiona toda la instalación.

Fórmula útil

Una expresión básica para la energía necesaria es:

$$Q=m\cdot c\cdot \mathrm{\Delta }T$$

donde $Q$Q es la energía, $m$m la masa de agua, $c$c el calor específico y $\mathrm{\Delta }T$ΔT la diferencia de temperatura.