Índice:
0. Introducción.
1. Instalaciones de agua. Clasificación.
2. Componentes de las instalaciones de agua.
2.1. Tuberías
2.2. Valvulería y accesorios.
3. Instalaciones de abastecimiento
4. Instalaciones de extinción de incendios.
5. Instalaciones de evacuación.
6. Instalación de alcantarillado y depuración.
0. INTRODUCCIÓN
El agua pura y potable es una de las necesidades vitales más importantes para el ser humano, puesto que es imprescindible para la vida del hombre.
Cuando los hombres vivían en pequeños grupos, hacían sus asentamientos más o menos duraderos, pero siempre cerca de un río ó lago, ó fuentes y pozos de los que podían abastecerse de agua.
Cuando las poblaciones crecen y se convierten en grandes masas, se han tenido que preocupar por un buen aprovisionamiento de agua, con la necesidad de alejar de las viviendas los productos de desecho.
Hoy en día, cada persona desea tener el agua al alcance de su mano en su hogar o residencia, con lo que lleva a la necesidad de extender y multiplicar las instalaciones de agua y con ellas las instalaciones de evacuación de las aguas sucias.
Cada vez se desea más comodidad y confort en las viviendas y consecuentemente en el uso del agua en las mismas. El objetivo de las instalaciones de agua es conseguir un mayor confort y comodidad dentro de la vivienda, por lo que al proyectar un edificio, se ha de saber los necesarios suministros de agua en las cantidades, caudales, presiones y temperaturas adecuadas, con posibilidad de posibles cambios y aplicaciones.
Dentro de este campo se pueden diferenciar cuatro grandes pasos: la acumulación del agua natural, para regular su consumo; la preparación y transporte del agua hasta los centros de consumo; el reparto del agua entre los usuarios; y la evacuación del agua utilizada para devolverla a la naturaleza. Los dos primeros pasos se realizan mediante obras de gran envergadura que normalmente se engloban dentro del conjunto de infraestructuras. Estas no entran en el alcance de este capítulo. Veremos una clasificación de los distintos tipos de instalaciones con las que se maneja el agua, profundizando en las de fontanería, y posteriormente veremos las de saneamiento, comenzando los procesos más comunes de tratamiento de las aguas residuales.
1. INSTALACIONES DE AGUA. CLASIFICACIÓN.
Según las norma Técnica de la Edificación, del Ministerio de Obras Públicas, podemos distinguir tres tipos de instalaciones relacionadas con el agua: de fontanería, de protección contra el fuego y de salubridad. Siguiendo con la clasificación, se distinguirían las siguientes instalaciones:
· Fontanería, en la que destacaremos la red de Abastecimiento.
· Extinción de incendios.
· Saneamiento.
A continuación se profundizará en cada una de ellas, aunque antes se verán los elementos más comunes, como son las tuberías y la valvulería.
2. COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES DE AGUA.
2.1. TUBERÍAS.
Los tubos son las conducciones por las que se conducen y distribuyen el agua y los gases; son el elemento imprescindible para cualquier instalación. Es necesario que sean unas conducciones eficientes, fáciles de mantener, y que creen tan pocos problemas como sea posible al interferir con la forma arquitectónica interior de los edificios.
Excepto en los sótanos, locales de servicio y puntos de acceso a aparatos de control y maniobra, la instalaciones de agua deben estar ocultas, por lo que en edificios que deban ser resistentes al fuego, hay que disponer de espacios para canalizaciones, tanto verticales como horizontales, debidamente revestidos.
Los tubos se construyen de diversos materiales, según el uso a que se destinan. Actualmente los materiales mas empleados en la fabricación de tuberías son de tres tipos: metálicos, plásticos, y aglomerados de cemento. A continuación veremos cada uno de ellos con sus usos más habituales.
a) Tuberías metálicas.
Aquí podemos tener en cuenta distintos materiales:
– Acero: estos tubos se pueden fabricar sin soldadura, por laminación o extrusión, o bien por soldadura longitudinal o helicoidal de la plancha. Los tubos de diámetro mayor de 200 mm únicamente se fabrican por soldadura. El acero es una combinación de hierro y carbono, siendo el porcentaje en peso de carbono de 0.1 a 1.76 %, ya que si fuera superior estaríamos hablando de fundiciones. Suele ser muy empleado, fabricándose con tres tipos de acero.
– Acero negro: es el acero sin tratamiento alguno. Se utiliza en conducciones de agua no potable, ya que se oxida interiormente, como son calefacción, agua enfriada para refrigeración, gases, aire comprimido, etc. Se fabrica con soldadura eléctrica a lo largo de su generatriz, o por estirado sin soldadura. Se pueden unir mediante soldadura eléctrica, roscadas con racores de unión, etc.
– Acero galvanizado: son los anteriores, pero sometidos a un proceso de galvanizado en caliente por inmersión. Se puede galvanizar ambos tipos de tubería de acero negro, soldada y estirada. Los tramos de este tipo de tubería no pueden ser unidas mediante soldadura, ya que se perdería el galvanizado. Se utilizan para conducciones de agua potable, hasta 60 ºC, ya que con agua más caliente se deteriora el galvanizado.
– Acero inoxidable: son las de mayor calidad pero tienen dos limitaciones, su coste y su sección máxima fabricada. Se fabrican a partir de banda de acero inoxidable al níquel por soldadura de fusión continua sin aporte. Se presenta con dos acabados, pulido y sin pulir. Se empalman mediante racores, manguitos de presión y por soldadura capilar. Se utilizan para agua potable e industria alimentaria.
Los tubos de acero se clasifican atendiendo a la presión normalizada (Pliego del MOPU), según la tabla 1 para tubos de acero sin soldadura de 25 a 200 mm de diámetro nominal y según la tabla 2 para tubos de acero soldado de 25 a 500 mm.
– Cobre: es el segundo material más utilizado, siendo más caro que el acero. Se fabrica a partir de cobre desoxidado al fósforo con una gran pureza (hasta un 99%), y se presenta comercialmente en dos aspectos, duro y recocido. El primero se presenta en tubos rectos rígidos por haber sido obtenido por estirado, y el segundo en rollos, por ser inoxidable. También se utilizan para gases (sobre todo refrigerantes) y aire comprimido. En instalaciones de mucha calidad también se emplean para calefacciones.
b) Tuberías plásticas.
Con el desarrollo de la industria del plástico, en los últimos años han aparecido diversos materiales que se han utilizado para la fabricación de tuberías, sobre todo para fontanería debido a la ausencia de corrosión por el agua. Ejemplos de materiales plásticos muy utilizados son el PVC y el polietileno, los cuales pertenecen ambos a la familia de los materiales termoplásticos, los cuales pueden remoldearse aumentando la temperatura y la presión frente a los termoestables, como el poliester que no puede remoldearse.
Los materiales más utilizados son los siguientes:
– Policloruro de vinilo (PVC).
Según la cantidad de plastificante que contenga el PVC se diferencian los tubos de PVC plastificados o los de PVC duro o rígido no plastificado, siendo estos últimos los utilizados para tuberías.
Los tubos pueden ser de extremos lisos para reparación por manguito y juntas de goma, con un extremo abocardado para unión encolada o con un extremo abocardado y perfilado para recibir un anillo de caucho, consiguiendo así una junta flexible (fig. 1).
Los tubos se fabrican del tipo abocardado de 5 m de longitud para los diámetros exteriores de 16 a 50 mm y el resto de 6 m para diámetros de 63 a 400 mm. los tubos abocardados con junta flexible se fabrican solamente de los tamaños y longitud correspondiente a 6 m.
– Polietileno.
Es el material plástico más empleado. Si la polimerización del etilieno se efectúa a alta presión (más de 1000 atm) se obtiene el polietileno de baja densidad, 0.93 g/cm3, y a baja presión (1 atm) se obtienen el polietileno de alta densidad, 0.94 g/cm3, con módulos de elasticidad a 20 ºC de 1200 y 9000 Kg/cm2 respectivamente.
Polietileno de baja densidad.
La serie de diámetros exteriores que se fabrica actualmente en tubos de baja densidad (PE-BD) es la siguiente: 16,20,25,32,40,50 y 60 mm, suministrándose en rollos de 50 m para DN 50 y 63 mm y de 100 m para el resto; por esta gama de diámetros el PE-BD se utiliza para acometidas y pequeñas distribuciones de enlace entre redes superiores.
Las piezas especiales, manguitos, codos, reducciones, tés, se fabrican de material plástico o de latón. Para la unión de los tubos se utilizan manguitos de polipropileno reforzado, mordazas, etc. (Fig. 2).
Polietileno de alta densidad.
Los tubos que se fabrican actualmente con PE-AD tienen un diámetro nominal exterior de 16,20,25,32,40,50,63,75,90,110,125,140,160,180,200 mm, suministrándose en rollos de 100 m para DN de 16 a 40 mm y de 50 m para DN de 50 a 110 mm, y el resto DN de 125 a 200 mm, en tubo recto de 6 a 12 m. se utilizan para conducciones enterradas de agua potable hasta 36 ºC. Su unión puede ser mediante manguitos de presión.
Polietileno reticulado.
Se desarrolló para dar una alternativa al cobre en las instalaciones de agua caliente domésticas. Existen varios fabricantes con terminaciones diversas. Se presenta en rollos, y existen diámetros limitados. Se empalman mediante manguitos de presión y racores roscados.
Polipropileno.
Su novedad no está en la composición del material sino en la forma de empalme entre las tuberías y los manguitos de unión. Dicha unión se realiza por termofusión, es decir, se calientan los extremos a empalmar hasta la temperatura de fusión del material, y se juntan presionándolos de forma que se funden piezas convirtiéndose en una sola sin junta.
c) Tuberías aglomeradas de cemento.
Se utilizan desde hace muchos años. Actualmente se utilizan en grandes diámetros para grandes colectores de abastecimiento y para colectores de saneamiento horizontal. Pueden ser de fibrocemento, pero más habitualmente de hormigón centrifugado. Se conectan por machihembrado, con junta tórica de goma para asegurar la estanqueidad.
2.2. VALVULERÍA Y ACCESORIOS.
El segundo componente común a las instalaciones de agua son las válvulas y los accesorios. Las primeras se pueden definir como aquellos mecanismos que se intercalan en las tuberías para influir el movimiento del fluido transportado. Como accesorios consideramos aquellos elementos estáticos o mecánicos que permiten, o bien el montaje correcto de la tubería, o bien una actuación sobre la instalación en general o sobre el fluido independientemente del movimiento del mismo.
Válvulas.
Existen válvulas con la finalidad de interrumpir el paso del caudal, otras de ajustarlo, y otras para regular la presión del flujo. Veremos los tres tipos.
a) Válvulas de interrupción.
Interrumpen el paso del caudal a voluntad del operario, generalmente se utilizan para interrumpir el servicio y efectuar reparaciones. Son vulgarmente llamadas llaves.
– Válvula de compuerta.
Constan de un cuerpo y un sombrerete ó tapa en cuyo interior se desliza el obturador. Estas piezas son de fundición gris ó dúctil y de acero moldeado, y se protegen interior y exteriormente contra la corrosión con pintura tipo epoxi ó similar (fig. 3). Se trata de una válvula en la que el elemento móvil es una plancha de acero que se mueve en el plano perpendicular al eje de la tubería, en dirección vertical. Cuando baja, corta el paso de agua. Para abrirla se eleva la compuerta que queda escondida en el propio cuerpo de la válvula, fuera del paso de agua. El elemento que mueve dicha compuerta es un husillo helicoidal de acero inoxidable accionado generalmente por un volante exterior.
Las de gran tamaño podrán tener un by-pass para equilibrar las presiones y facilitar su accionamiento, así permiten reducir el golpe de ariete al abrir o cerrar la válvula.
– Válvula de mariposa.
Es la válvula de corte más utilizada en diámetros superiores a 2”. Se compone de un disco que gira sobre un eje diametral. El eje se une a una maneta perpendicular al mismo en el mismo plano del disco. El paso de la brida es el mismo que el de la tubería donde se intercala. Cuando el disco se coloca en el sentido del eje de la tubería, el agua pasa son dificultad. Cuando se gira 90 ºC, el disco se coloca perpendicularmente al flujo y obtura el paso de fluido.
Estas válvulas se accionan con mayor facilidad que las de compuerta para diámetros grandes, y que, por ser la maniobra lenta, reducen los golpes de ariete, ocupan menos espacio por quedar el disco dentro y permiten regular caudales con mayor precisión.
Su apertura puede ser manual o monotorizada y las de tamaños grandes están provistas de un mecanismo desmultiplicador que consigue una velocidad decreciente cerca del cierre.
– Válvula de esfera o “de bola”.
Se trata de una esfera maciza taladrada por su eje en una sola dirección, siendo este taladro del mismo diámetro que la tubería donde se intercala. La esfera está introducida en un cuerpo que es el que realmente se conecta a la tubería. El accionamiento de la esfera se realiza mediante una maneta exterior, conectada a ella de tal manera, que cuando el eje del taladro coincide con el de la tubería, y por tanto el agua puede circular, la maneta queda alineada con la tubería. Cuando la válvula se cierra, se hace girar la esfera de forma que el eje del taladro quede perpendicular al de la tubería y al mismo tiempo, la meneta queda perpendicular a la tubería.
b) Válvulas de regulación del caudal.
– válvula de asiento.
Esta válvula se emplea sobre todo para regular el caudal que circula por un circuito hidráulico, aunque llevada a su tope, también produce el cierre del paso de agua. Se llama de asiento puesto que el elemento que produce el cierre, es un disco que asienta sobre el perímetro del agujero de paso de la válvula. Este agujero tiene la particularidad de no estar en el plano paralelo al de la sección de la tubería, sino que puede estar en el perpendicular o inclinado. El accionamiento del disco se realiza mediante un eje roscado movido por un volante, que avanza lentamente en función del paso de rosca del mismo.
– Válvula de retención.
Estas válvulas sólo permiten el paso del agua en un dirección, cerrándose mediante una clapeta, bola, diafragma, etc., si tiende a invertirse el sentido (fig. 4). Existen de varios tipos, pero una muy común es la de clapeta. Es una chapa colocada cortando el paso de agua, pero sujeta a un eje en su parte superior que la permite girar pivotando sobre él, pero sólo en un sentido, estando dotada de un muelle de retorno que la fija en su posición cerrada cuando el agua se para. Se colocan en las instalaciones de bombeo antes de la bomba, para impedir que se vacíe el conducto de aspiración y, después de la bomba, para evitar el golpe de ariete sobre ella al pararse la instalación. Se pone también en las válvulas de acometida para imposibilitar la contaminación de la red por aguas no potables, de industrias o viviendas, que podrían succionarse por depresión.
c) válvulas de ajuste de la presión del agua.
– Válvulas reguladoras de presión.
Son las encargadas de asegurar una presión determinada dentro del circuito hidráulico. Se basan en la respuesta de un sistema de muelles que se ajustan mecánicamente, se desplazan para conseguir que la presión de salida sea siempre la misma, coincidente con la fijada.
– Válvulas de seguridad.
Tiene como misión aliviar sobrepresiones dentro del circuito que pudieran perjudicar a los elementos componentes del mismo. Su misión es abrir una vía de escape del agua del circuito cuando recibe ésta a mayor presión de la considerada límite.
Accesorios.
Son los elementos que cumplen algunas de las funciones de ayudar al correcto montaje de las tuberías, o de servir de elemento auxiliar de la instalación hidráulica en su conjunto.
a) Grifería.
Un grifo o llave está constituido por un cuerpo en cuyo interior se mueve un obturador maniobrado por el usuario. En principio un grifo consta de una parte fija por la que sale el agua y de otra móvil que actúa de llave para cerrar o abrir el paso de aquella (fig. 5).
Un grifo clásico está compuesto fundamentalmente por una parte fija, llamada canilla, en la que se acopla otra rosca móvil, formada por una válvula y la llave. Según se hace girar esta última, en uno u otro sentido, el vástago sube y baja en el interior de la canilla, arrastrando a la válvula que es el dispositivo que tiene la misión de abrir o cerrar el paso del agua. La válvula es una pequeña pieza circular metálica con un eje roscado en su extremo inferior que permite ajustar el cierre del grifo.
Las condiciones a cumplir por los grifos son:
1.- Que a su cierre se mantengan las presiones de servicio. Por ello, los grifos deben ser estancos a una presión de prueba de 15 atm y para una presión de servicio de 4.5 atm.
2.- Dar lugar a un mínimo de pérdida de carga.
3.- Que su cierre sea progresivo y efectivo, para no originar golpes de ariete.
4.- Estar constituidos por piezas bien ajustadas
5.- Que el dispositivo elástico de cierre (zapatilla o pistón) se reponga fácilmente y soporte las temperaturas del agua caliente (80 ºC) en estos grifos.
b) Accesorios de tuberías.
Son aquellos que permiten el montaje, y permiten el correcto funcionamiento del sistema de tuberías (manguitos, racores de unión, codos, reducciones, compensadores de dilatación…)
c) Accesorios de instalación.
Son los que tienen funciones auxiliares dentro de la instalación. Son por ejemplo los filtros o los elementos de medida. Los filtros pueden ser de arena, anillas o de malla. Estos últimos poseen una chapa cilíndrica y perforada por la que se hace pasar el caudal. Los agujeros de la chapa son los encargados de frenar las partículas a retener. Los elementos de medida más habituales son los termómetros, los manómetros, o los contadores de caudal.
Como ejemplo de contador de caudal podemos citar el de velocidad, el cual dispone de una hélice sumergida en la corriente, cuya velocidad de rotación en r.p.m. registra el contador. A cada número de r.p.m. corresponde un valor determinado del caudal de agua consumido en m3/seg. Contando las vueltas descritas por la hélice durante un cierto periodo de tiempo, se obtiene la cantidad total de agua consumida en este tiempo.
d) Otros componentes comunes.
Además de las tuberías, válvulas y accesorios que aparecen en todas las instalaciones de agua, existen otros elementos que aparecen en muchos casos y que conviene conocer. Dichos elementos son tres: los depósitos, los grupos motobomba y los vasos de expansión.
Depósitos
Son recipientes donde se acumula el agua de una instalación, con fines de reserva, acumulación, inercia, etc. Se pueden fabricar en cualquier material, aunque los más comunes son los de chapa de acero, negra o galvanizada, y los de poliester reforzado con fibra de vidrio. Suelen ser de forma cilíndrica con tapas tipo casquete esférico. Existen desde muy pequeños, 500 o 1000 litros, hasta cientos de miles de litros.
Grupos motobomba.
Existen ocasiones en que necesitamos mover agua dentro de un circuito cerrado, o aportar al agua de un circuito abierto, mayor presión de la disponible, o incluso, impulsar un agua embalsada para llevarla a los puntos de consumo. Esto se debe realizar de forma mecánica mediante artefactos denominados bombas. La energía que se debe aportar al agua en forma mecánica, debe ser obtenida de otra fuente. Así las bombas necesitarán un motor que las impulse. Este motor normalmente es un motor eléctrico, y al conjunto se denomina grupo motobomba. La tecnología ha permitido desarrollar diferentes tipos de bombas que serán más aplicables unas que otras en un caso determinado.
Vasos de expansión.
Son depósitos que se conectan a los circuitos cerrados de circulación de agua, con el fin de absorber las puntas de presión en los arranques y los aumentos de volumen del agua del circuito debidos al aumento de temperatura de la misma. Suelen ser de chapa, con una membrana interior elástica y parte de su volumen ocupado por nitrógeno y otro gas inerte a presión. Su volumen depende de la instalación y puede variar desde unos pocos litros hasta cientos.
Estos vasos se pueden asociar a las bombas para acumular agua con presión en su interior, y así tener un potencial energético en su interior sin necesidad de tener la bomba siempre encendida o que se conectara cada vez que se requiriera caudal. La misión de la bomba será la de llenar el vaso, y ésta solo se conectará de nuevo cuando el vaso se vacíe.
3. INSTALACIONES DE ABASTACIMIENTO.
Las instalaciones de abastecimiento son las que transportan el agua desde los embalses hasta el usuario. Atendiendo al título de este tema, nos ceñiremos al sistema de distribución de agua en un edificio como circuito característico.
Según la disposición de las tuberías que constituyen la red interior de un edificio, en función de una serie de condicionantes, como son el control del consumo de cada abonado, las condiciones de la red urbana, que sea o no capaz de proporcionar el caudal y la presión suficientes, para atender a las necesidades de la instalación, etc., se establece el sistema de distribución de la red interior que se puede resumir en:
– Distribución inferior.
– Distribución superior.
Distribución inferior
Consiste en que el distribuidor principal está situado en la parte inferior del edificio (sótanos), con lo cual las columnas son ascendentes, y a través suyo, llega el agua hasta la última planta del edificio.
Desde el punto de vista de instalación, es el más racional, ya que es más fácil de montar, estando el distribuidor en la misma zona que la acometida que en todos los casos es subterránea, disponiéndose un mejor acoplamiento de los distribuidores en estas zonas.
Según la disposición del distribuidor, el sistema de distribución inferior puede ser a su vez abierta o cerrada en anillo.
La distribución abierta presenta un distribuidor ramificado, saliendo las columnas de distintos puntos, pero siendo su trazado lineal, hasta encontrar a la última columna.
El sistema presenta como ventajas su sencillez y su economía, siendo el de uso más racional, sin embargo, es un servicio más inseguro, ya que una avería en cabeza deja sin agua toda la instalación, además las columnas más alejadas de la acometida tienen menor presión (fig. 6).
En la distribución cerrada en anillo, el distribuidor, como indica la figura 7, está cerrado, con lo cual colocando adecuadamente llaves de paso, se puede seccionar un tramo sin dejar sin servicio al resto de las columnas, teniendo por tanto mayor seguridad en el servicio, además el reparto de presiones es más homogéneo.
Este sistema es adecuado para instalaciones de gran desarrollo horizontal, con una elevada seguridad en el servicio.
En contraposición con el sistema anterior es más caro y obliga a mayor ocupación de tubería en planta.
Distribución superior
Este sistema de distribución se justifica en edificios de gran altura o en zonas en las que la presión en la acometida es insuficiente, en cuyo caso, se dispone un sistema de elevación hasta un depósito elevado, desde el cual se deriva el distribuidor, que, por gravedad, alimenta y da servicio a todas las columnas que salen de él, siendo, en este caso, “descendentes”.
También es adecuado, para instalaciones con servicio discontinuo, almacenando en el depósito de reserva, el agua necesaria para el consumo diario.
En general, el sistema como tal, es peor que la distribución inferior, ya que en la zona alta del edificio, es más difícil de encajar el distribuidor, existe el riesgo de humedades debidas a condensaciones y, además las averías provocan consecuencias más serias.
Este sistema se adopta también en casos en que la presión en la acometida es insuficiente, para compensar la perdida de carga de toda la instalación, pero si es suficiente para llegar al depósito situado bajo cubierta, desde el cual se realiza la distribución por gravedad, evitando el tener que poner el grupo de presión (fig. 8).
Independientemente del sistema de distribución, se puede plantear aisladamente o en conjunto, el problema de presión y caudal insuficientes.
Si la presión es insuficiente, necesita la instalación de grupo de presión, inmediatamente después de la acometida, y si el caudal es insuficiente, precisa la instalación de un depósito acumulador, si bien, aún con caudal suficiente, cuando se instala grupo de presión, hay que hacer la toma de un depósito, para evitar que la depresión del grupo pueda transmitirse a la red urbana, perjudicando a las tomas de edificios contiguos o próximos.
Vemos como las características de la red de distribución urbana, condicionan en muchos casos las particularidades de la red interior, que, independientemente de lo que obligue además la normativa, exige, en muchos casos, el tener que elegir un sistema u otro de distribución por imperativos necesarios. También la normativa, por razones de seguridad, en muchas ocasiones, aún con valores suficientes de presión o caudal en la red urbana, dispone de exigencia en la adopción de uno y otro sistema, en cuyo caso, esto primará sobre los razonamientos puramente lógicos.
Sistemas de control de consumo.
La distribución de la red interior se encuentra condicionada por el sistema que se siga para controlar el consumo de agua de la instalación, así en una primera clasificación, este control de consumo se puede realizar por alguno de los sistemas siguientes:
– contador único general.
– contadores individuales.
En el primero de ellos, es una disposición adecuada para instalaciones de propiedad única, como por ejemplo, para instalaciones de hoteles, colegios, edificios de oficinas, etc.
El sistema de contadores individuales y centralizados, es adecuado para edificios de viviendas y, en el, cada abonado tiene una columna independiente, que llega desde la centralización de contadores hasta la vivienda particular.
Los contadores, se encuentran centralizados en un cuarto e instalados sobre unas baterías. Estas baterías, se construyen en hierro fundido o acero galvanizado, y acabado con pintura antioxidante, y deben estar homologadas.
4. INSTALACIONES CONTRA INCENDIOS.
Podemos distinguir dos tipos de instalaciones generales, las existentes en las calles de una población y las instalaciones interiores.
– Exteriores de los edificios.
En este caso las bocas de riego constan de una válvula, generalmente de asiento, y un racor de latón para unir las mangueras. Se encuentran ya prefabricados en módulos compactos de fundición que llevan incluida la tapa registrable y los cierres por llave de cuadradillo (fig. 9). Las construidas en obra van alojadas en una arqueta donde se encuentra la válvula y las piezas especiales.
Se instalan en aceras y paseos conectándolas, generalmente, por medio de un ramal auxiliar de diámetro 63 mm y preferible 80 mm, que puede alimentar hasta 10 bocas de riego, pueden ser de accionamiento individual, por mando agrupado o por autómatas accionadas por relojería.
Los hidrantes contra incendios, donde los bomberos conectan sus camiones, pueden estar enterrados o en columna aérea. Los enterrados alojados en arqueta registrable constan de llave de compuerta, codo de 90 º y salida en racor de latón de 100 mm de diámetro. Los hidrantes en columna metálica protegidos contra la corrosión tienen tres salidas: dos de d 70 y una de d 100 para DN 100 mm, y tendrán dispositivos para desaguar la columna después de su utilización; la válvula, generalmente de asiento, compuerta o bola, se acciona por cuadradillo normalizado desde la parte superior (fig. 10).
Los hidrantes se instalarán en la vía pública a distancias menores de 200 m recorridos por espacios públicos, según la Norma Básica de la Edificación de Condiciones de Protección contra Incendios en los edificios del MOPU (NBE-CPI.82), con acometidas mínimas de 100 y 80 mm
– Interiores de los edificios.
Son aquellas destinadas únicamente a combatir con agua un posible incendio. Se distinguen tres tipos de instalaciones según el elemento terminal de la misma: Bocas de incendio equipadas (BIE,s), hidrantes y redes de rociadores o sprinklers.
Los BIE,s también se conocen como puestos de manguera y son fácilmente reconocibles por todos. Sobre ellas, decir sólo que están compuestos por la manguera colocada en un soporte abatible, una llave de corte con manómetro, y la lanza ó boquilla. La manguera puede ser rígida de 45 mm, o semirrígida de 25 mm. Las de 45 mm deben ir en un armario normalizado que para las de 25 mm no es imprescindible.
Los hidrantes son puntos de toma de agua para mangueras que no se encuentran conectadas. Pueden ser de columna o bajo rasante. Los primeros suelen tener dos bocas con racor de 45 mm. ó tres bocas, añadiendo un racor de 70 mm. Los enterrados pueden tener una ó dos bocas.
Los rociadores ó sprinklers, son sistemas automáticos de extinción, ya que se componen de un cuerpo de bronce con corona difusora, y una ampolla de cristal que cuando alcanza una determinada temperatura, se rompe y deja salir el agua de la tubería de alimentación.
5. INSTALACIONES DE EVACUACIÓN Y DESAGUES.
La red de evacuación de aguas residuales, nace como una necesidad complementaria a la red de agua fría, ya que después de introducir el agua en el edificio y cumplimentada su misión higienizadora en las distintas funciones del mismo, es preciso dar salida a estas aguas al exterior, lo cual implica la necesidad de una red interior de evacuación.
Las aguas de evacuación se pueden clasificar dependiendo de su origen en:
– Aguas residuales o amarillas, que son las que proceden del conjunto de aparatos sanitarios de vivienda (fregaderos, lavabos, bidés, etc). Esta agua poseen cantidades grandes de grasas y jabones.
– Aguas fecales o negras, son las que arrastran materias fecales de los inodoros
– Aguas pluviales o blancas, que son las procedentes de la lluvia o nieve.
De todo esto se deduce, que la red de evacuación interior se encuentra sometida a una gran afluencia de vertidos de muy distinta naturaleza y procedencia, lo que hace que tenga una fuerte agresividad por parte de esta agua hacia la red. Por este motivo los vertidos deben ser evacuados en el mínimo tiempo posible hacia el exterior del edificio, ya que este es el fin más importante que tiene que cumplir esta red.
PARTES PRINCIPALES DE LA RED INTERIOR DE EVACUACIÓN.
La red de evacuación de un edificio, consta de tres partes fundamentales:
1.- El conjunto de tuberías de evacuación (derivaciones, bajantes, colectores…).
2.- Elementos auxiliares (sifones, sumideros y arquetas).
3.- La red de ventilación.
Derivaciones.
Son las tuberías horizontales con pendiente, que enlazan los desagües de los aparatos sanitarios con las bajantes (fig. 11).
Éstas tendrán una pendiente mínima de un 2.5% y máxima de 10%, y normalmente discurren bajo el piso o bien colgadas en falsos techos.
Las derivaciones se pueden agrupar en el bote sifónico o desaguar directamente a la bajante, en cuyo caso, se dispondrá un sifón por aparato sanitario, no obstante hay determinados aparatos que es preceptiva su unión directamente con la bajante, como son: inodoros, vertederos y placas turcas, y otros que es buena disposición el que lleven sifón individual, como los fregaderos, lavaderos etc. Tanto el inodoro como el bote sifónico deben estar a una distancia máxima de la bajante en un radio de 1 m.
En la figura 12, se representan en planta, las derivaciones que se agrupan en un cuarto de baño alrededor del bote sifónico y la salida de éste hasta la bajante, que recoge las descargas constituyendo este conjunto de tuberías compuesta por los ramales de cada aparato sanitario, y la derivación del bote hasta la bajante.
Bajantes.
Son las tuberías verticales que recogen el vertido de las derivaciones y desembocan en los colectores, siendo por tanto descendentes, éstas van recibiendo en cada planta las descargas correspondientes a los aparatos sanitarios que recogen en las mismas.
El principal problema de las bajantes es conseguir el sellado en las juntas, lo que se soluciona mediante juntas. También es importante la unión a los paramentos verticales, siendo por lo general a base de abrazaderas, collarines o soportes, que evitan que los más bajos se vean sobrecargados
Estos tubos suelen discurrir empotrados, en huecos o en cajeados preparados para tal fin, o bien exteriormente adosados a los paramentos de patios interiores.
El paso a través de los forjados, se debe hacer con independencia total de la estructura, disponiendo un contratubo de fibrocemento con holgura.
Las bajantes, por su parte superior se prolongarán siempre hasta salir por encima de la cubierta del edificio, para su comunicación con el exterior, disponiéndose en su extremo un remate que evite la entrada de aguas o elementos extraños. Cuando existan azoteas transitables, se prolongará como mínimo 2 m por encima del solado.
Por su parte inferior, se une a una arqueta (arqueta de pie de bajante), y cuando ésta sea exterior y de material poco resistente, se cubrirá hasta una altura de 2 m desde el suelo, con un contratubo resistente (generalmente de hierro fundido).
Colectores.
Son tuberías horizontales con pendiente, que recogen el agua de las bajantes y la canalizan hasta el alcantarillado urbano.
La pendiente de los colectores será siempre superior a 1.5 %, si bien está muy condicionada por las cotas del alcantarillado urbano.
Los colectores deben estar asentados sobre una solera de hormigón en masa, en el interior de las zanjas por donde discurren y disponer de un pequeño recalce de al menos 5 cm de hormigón. Las uniones de los tubos se deben hacer de forma estanca, utilizándose con mucha frecuencia en colectores de hormigón, una junta de rasillas y mortero de cemento
La red horizontal de colectores, se dispondrá siempre por debajo de la red de aguas limpias, debiendo llevar en zonas de tránsito una profundidad mínima de 1.2 m y cuando sea preciso en estas zonas, se reforzará con un contratubo resistente.
Elementos auxiliares de la red de evacuación
Comprenden todos los elementos, accesorios a la red de evacuación, que permiten el funcionamiento correcto de la misma, destacando fundamentalmente los sifones, sumideros, canalones, botes sifónicos, arquetas, etc.
Sifones.
El sifón es el cierre hidráulico que impide la comunicación del aire viciado en la red de evacuación con el aire de los locales.
El sifón, además debe permitir el paso fácil de todas las materias sólidas que puedan arrastrar las aguas residuales. No debe representar una dificultad a la evacuación de estos materiales e impedir que queden retenidos en él, con posibilidad de acumulación y posible obturación. Por ello, en su enlace con la bajante debe tener “tiro” (fig.13), acometiendo a un nivel inferior, al del propio sifón, para que arrastre todos los sólidos que tengan las aguas en suspensión, y además produzca un efecto autolimpiante.
La característica más importante de un sifón, es su cota de cierre “a” (fig.14), cuyo valor no puede ser ni demasiado pequeño (peligro de pérdida de sifonamiento), ni demasiado grande (peligro de obturación), siendo el valor adecuado al comprendido entre 7-10 cm.
Sumideros.
Son sifones con rejilla de entrada y salida horizontal o vertical, y sirven para la recogida de aguas a ras de pavimento (terrazas, azoteas…). En azoteas transitables, el sumidero va colocado en el interior de una caldereta, la cual recoge el vertido del sumidero y lo dirige hacia la bajante.
Bote sifónico.
Sirve para la acumulación de varios desagües. Por lo general, agrupa los desagües de bañera, lavabo y bidé, quedando enrasado con el pavimento y siendo registrable mediante tapa de cierre hermético.
Canalones de pluviales.
Su misión es la recogida del agua de lluvia en los aleros y cubiertas, debiendo tener una pendiente suave hacia la bajante y un anclaje seguro y firme que admita su capacidad máxima de llenado sin desprenderse.
Arquetas.
La unión de bajantes al albañal y de éste a la alcantarilla se realiza a través de arquetas, las cuales reciben diferentes nombres según las funciones que desempeñan y su emplazamiento. Siguiendo el curso de las aguas residuales se expondrán los diferentes tipos de arquetas.
Como norma general, las arquetas se construyen sobre un cimiento de hormigón de unos 15 cm de espesor y llevan una tapa practicable de hormigón armado de 4 cm de espesor y de las mismas dimensiones que ella hasta 70 * 70 cm. Las tapas cierran herméticamente y no deben sobresalir de la superficie del suelo. Las paredes laterales son siempre de ladrillo y hormigón.
Arqueta a pie de bajante
Como su nombre indica, son las que reúnen o enlazan la bajantes con los colectores, y por tanto, cada bajante debe llevar la suya en su final.
Su disposición debe ser tal, que la bajante lateralmente sobre un dado de hormigón y que el tubo de entrada esté orientado hacia la salida, teniendo el fondo de la arqueta pendiente hacia la salida, para su rápida evacuación.
Arquetas de paso
Son las que se encuentran en el encuentro de los colectores cuando haya cambios de dirección, de sección o de pendiente, o bien en los tramos rectos cada 15-20 m de colector.
Arqueta sumidero
Es la que sirve para recogida de aguas de lluvia, escorrentías, riegos, etc. Tiene la entrada por su parte superior, disponiendo de una rejilla y su salida por horizontal. Se comunicarán con la arqueta sifónica.
Arqueta sifónica
Esta arqueta tiene la entrada más baja que la salida, y a ella deben acometer las arquetas sumidero, antes de acometer a la red de evacuación. La cota de cierre oscila entre 7-10 cm y en zonas muy secas y en verano, suelen precisar hacer algún vertido periódico para evitar la total evaporación del agua de la arqueta sifónica, y por lo tanto, evitar la rotura del cierre hidráulico.
Red de ventilación.
La red de ventilación es un complemento indispensable para el buen funcionamiento de la red de evacuación, y que en las instalaciones donde esta es insuficiente, provoca la comunicación del aire interior de las tuberías de evacuación con el interior de los locales sanitarios, con el consiguiente olor fétido y contaminación del aire.
La causa de este efecto, es la formación de émbolos hidráulicos en las bajantes por acumulación de descargas, efecto que tiene mayor riesgo cuanto menor es el diámetro de la bajante y cuanto mayores sean los caudales de vertido que recoge, originando unas presiones en el frente de descarga y depresiones tras de sí, que rompen los cierres hidráulicos de los sifones y produce la comunicación mencionada, al transmitirse estas presiones positivas y negativas a través de los desembarques de las derivaciones de cada planta.
Para evitar esto se dispone de una red de tuberías paralelas a las de evacuación, que comunican las tuberías de evacuación con el aire libre, logrando de esta manera la anulación de los efectos de presión que producen los émbolos hidráulicos.
La red de ventilación se hace necesaria en las instalaciones de evacuación de gran altura, debido a que, como se ha dicho anteriormente, cuando se acumulan las descargas en una bajante o aumenta considerablemente el caudal, hasta llenar totalmente la sección de la tubería, se forma un émbolo hidráulico (masa de agua), que comprime el aire situado en la parte inferior de la bajante. Este aire comprimido al no tener salida a través de los colectores, empuja el agua de los sifones de los aparatos sanitarios de las plantas más bajas, rompiendo el cierre hidráulico y pasando los aires y gases fétidos de la bajante al interior de los locales sanitarios.
Al mismo tiempo el pistón hidráulico, al pasar rozando las derivaciones que acometen a dicha bajante, crea tras sí una depresión “tirando” del agua de los sifones y produciendo asimismo la rotura del cierre hidráulico, que puede llegar al autosifonamiento (arrastre del agua del sifón), dejando la bajante en comunicación directa con el interior de los locales sanitarios.
Para evitar o atenuar estos inconvenientes, se dispone la red de ventilación (fig. 15), distinguiéndose tres sistemas que resuelven el problema en todas su dimensión y en todas las instalaciones, según su grado de importancia.
Ventilación primaria.
Es la obligada en todas las instalaciones, y consiste simplemente en comunicar todas las bajantes por su parte superior con el exterior, consiguiendo de esta forma, evitar los sifonamientos por aspiración.
Ventilación secundaria.
La ventilación secundaria (que lleva implícita la primaria) consiste, en disponer una bajante de ventilación paralela a la de evacuación, comunicada con ella en plantas alternas y por su parte superior con el aire exterior. Con ellos se evitan los sifonamientos por aspiración y por compresión, siempre que el dimensionado de la bajante, se haga con amplitud suficiente. Este sistema es bastante apto para edificios de hasta 10 o 15 plantas.
Ventilación terciaria.
En ocasiones se suele combinar con la ventilación secundaria formando un solo tipo de ventilación. Consiste en disponer la ventilación total de sifones y botes sifónicos, a través de unas derivaciones que se comunican con la bajante de ventilación, así como todos los inodoros por la parte alta de su sifón, consiguiendo de esta forma, anular totalmente los problemas de roturas de los cierres hidráulicos de botes y sifones. Es sistema es aconsejable en edificios de más de 15 plantas.
La red de ventilación, precisa diámetros de tuberías bastante inferiores a los necesarios en la red de evacuación, debiendo tener siempre lógicamente una relación, la cual podemos estimar en unos 3/5, aproximadamente.
El material utilizado suele ser el mismo que se emplea en la red de pequeña evacuación, para lograr una unión fácil entre materiales homogéneos.
Por último, es de destacar, como la red de ventilación evita la corrosión de las tuberías por gases, como el ácido sulfúrico y el amoniaco, que se forman en estas aguas y que son expulsados al exterior por medio de la ventilación.
6. INSTALACIÓN DE ALCANTARILLADO Y DEPURACIÓN
La instalación de evacuación a nivel de edificio, finaliza con el vertido de las aguas residuales, bien en una red de alcantarillado urbano, desde donde se canalizan hasta un cauce receptor (río ó mar), ó estación depuradora de aguas residuales, para su posterior utilización en otros menesteres, ó bien con el vertido a una instalación propia de eliminación de residuos (fosas sépticas).
El sistema más general, es pues, el vertido a la red de alcantarillado urbano, disponiéndose una red de recogidas pública, que discurre por las vías principales, y en ellas vierten todas las instalaciones de evacuación de los distintos edificios, adoptando según la disposición de los colectores lo siguientes sistemas de distribución urbana, condicionándose a la topografía, situación y disposición de la ciudad o núcleo urbano (fig. 16).
– Sistema Transversal
Es aquel en que las cuencas de vertido son perpendiculares al colector principal, realizando el vertido, bien de una manera directa, o bien mediante la instalación de un colector que haga la recogida de todos los anteriores y prolongue el desagüe de las alcantarillas, aguas abajo de la población.
– Sistema longitudinal.
Aquel en que las cuencas de vertido son paralelas al colector principal, recogiéndose en un emisor común, a través del cual, se realiza el vertido final, este sistema es adecuado en terrenos de acusada pendiente, distribuyendo los emisores por zonas, uniéndose todos ellos al final.
– Sistema radial.
Es adecuado para urbanizaciones que cercen entorno a un cerro o colina, disponiéndose colectores principales que recogen cada una de las vertientes, teniendo que disponer en ocasiones, para la reunión de colectores, túneles de unión o estaciones de bombeo.
A nivel de distribución, los sistemas de alcantarillado urbano, pueden ser de dos tipos: unitarios o separativos. (fig. 17).
Se denomina sistema de evacuación unitaro cuando las aguas residuales y las pluviales se transportan por el mismo conducto. Por razones económicas, es el sistema más utilizado en la construcción y en el mantenimiento. Dado el gran volumen de agua que transporta, de las que la mayor parte son de lluvia que no precisan depuración, el sistema requiere unas estructuras hidráulicas especiales, aliviaderos de caudal, para evitar que esas aguas pluviales lleguen a la estación depuradora de aguas residuales.
El sistema separativo es aquel sistema en el cual las aguas residuales y las pluviales son evacuadas por conductos diferentes e independientes. Aún con la duplicidad de conductos, que implica mayor inversión de construcción y de limpieza, si se asegura su funcionamiento totalmente separado, representa una clara ventaja por la uniformidad de caudal y concentración residual que ingresa en la planta depuradora.
Sin embargo existe otro tipo de sistema de evacuación llamado dual, que permite unas secciones de tuberías menores. Se denomina así aquel sistema en el cual se diseña y dimensiona una parte de las aguas pluviales (fig. 18).
La dualidad de transprte por superficie y subterráneo se puede dar con cualquier sistema.
Al aprovechar la calzada para vehicular aguas pluviales se introduce una reducción considerable en las secciones de la red, lo que representa un ahorro del coste de ejecución así como del espacio que ocupa en el subsuelo, que se ha de compartir con otros servicios públicos.
El conducto subterráneo se dimensiona para la evacuación de una cantidad de lluvia y, para que no se introduzca en el sistema valores superiores de los que circulan por la calzada, se colocarán unos dispositivos llamados hidrofrenos que, aforando el paso de agua, evitan el colapso del colector entubado.
Justificación del Saneamiento Dual.
Calculado el hidrograma de la cuenca (volumen de agua que pasa por la sección o desague en cada instante del aguacero) (fig 19), se observa que, para una duración del desagüe pluvial de la cuenca de, por ejemplo 2 horas, el tiempo para el cual es necesaria la sección total del colector es muy inferior, pues desde que comienza la lluvia hasta que llega al colector pasa un tiempo en el que la sección no va llena, lo mismo que desde que deja de llover hasta que sale por el conducto la última gota caída.
Así, la tendencia actual en la evacuación de las aguas pluviales trata de aprovechar las calzadas para conducir el agua caída durante un corto espacio de tiempo, cuyo volumen no justifique el sobrecosto de la instalación, y cuando, por cuestiones ambientales no es posible que circule agua por la calzada, la tendencia se orienta hacia la construcción de unos depósitos de retención en superficie o subterráneos, que sean capaces de almacenar el volumen puntual del pico del hidrograma para evacuarlo cuando descienda la demanda sobre el colector.
INSTALACIÓN PARA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES.
Dados los altos niveles de contaminación de los ríos, es necesario tratar las aguas residuales urbanas e industriales, antes de enviarlas de vuelta al ciclo natural del agua. Una instalación característica de depuración es la señalada a continuación. Su finalidad es el tratamiento doméstico de un caudal no necesariamente elevado.
La depuración de aguas residuales en edificios aislados se realiza mediante fosas sépticas, filtros biológicos y otros dispositivos. Las fosas sépticas se caracterizan por su bajo coste, no tienen averías ni gastos de mantenimiento, no necesitan fuerza motriz y todos los terrenos son aptos para su instalación.
Para obtener un correcto funcionamiento de las fosas sépticas es necesaria la absorción por el terreno de las aguas tratadas que ésta va expulsando de su interior y para ello existen dos soluciones:
1. Si la fosa séptica está situada en terreno permeable (arenoso), y esta permeabilidad se mantiene un metro y medio de profundidad, basta con evacuar el agua procedente de la fosa al interior del terreno, absorbiendo éste el agua tratada y realizando la función de filtro biológico, o sea el proceso aerobio final.
2. En el caso de que la fosa séptica esté situada en un terreno impermeable, se aconseja la construcción de un filtro biológico o de un pozo de absorción hasta la capa permeable del terreno.
FOSAS SÉPTICAS.
La fosa séptica está compuesta por dos depósitos completamente separados, el sedimentador, donde se decantan los sólidos que arrastran el agua, y el digestor anaerobio, en el que, por un proceso de reacción alcalina, reducen su volumen en un 85 %. Dicho de otra forma, las aguas residuales una vez que penetran en el interior de una fosa séptica se colocan por densidades, quedando las materias sólidas y pesadas en el fondo y, de esta forma, comienza el siguiente proceso de descomposición:
1. Flotación en el interior de la campana de los materiales ligeros, con la consecuente libre circulación del líquido.
2. Oxidación, precipitación, descomposición y consecuente reflotación de los materiales ligeros recogidos en el interior de la campana. Este proceso se ve favorecido por la función catalizadora de los gases creados por la fermentación anaerobia.
3. El proceso descrito anteriormente se repite indefinidamente y reduce las partes sólidas en proporciones casi invisibles, de manera que permite el deslizamiento y salida de las mismas junto al líquido depurado.
Las fosas sépticas están constituidas por varias piezas. Un ejemplo es el que se muestra en la figura 20, en el que añadiendo anillos intermedios se aumenta la capacidad de la misma. La colocación de los distintos elementos de hormigón que constituyen la fosa séptica es ejecutada en el orden lógico, es decir, colocando primero las partes exteriores y efectuando luego los enlaces a los conductos de alimentación y salida.
Se procederá después al montaje de la campana interior y de los cierres. Es preciso tener una atención particular en las operaciones de cierres de las juntas con mortero rico en cemento; de la perfecta ejecución de esta operación dependerá el buen funcionamiento de la fosa séptica. El despiece es el correspondiente a la figura 21.
FILTROS BIOLÓGICOS.
El agua que se obtiene de la fosa séptica todavía arrastra materia orgánica disuelta en forma coloidal y, para garantizar un vertido no contaminante, debe evacuarse a través de un filtro biológico que garantice una reducción de la demanda bioquímica de oxigeno.
El agua residual procedente de la fosa séptica se distribuye sobre el filtro biológico y la película de microorganismos que recibe la masa filtrante realiza un efecto de oxidación, absorción y asimilación sobre la materia orgánica que arrastra el efluente después del tratamiento primario.
Los filtros biológicos se utilizan para conseguir mayor grado de pureza en el agua a la salida de la fosa séptica. Se pueden construir herméticos o mixtos.
Los filtros herméticos se construyen con elementos de hormigón prefabricado y armado; tienen la entrada del agua que proviene de la fosa en la parte lateral superior. Se procura que el agua caiga repartida lo mejor posible sobre la superficie de áridos existentes en el interior de pozo, de forma que en su caída, además de la filtración, elimine las sustancias orgánicas disueltas o en estado coloidal, saliendo el agua purificada por una tubería de la parte inferior y evacuada sin ningún tipo de contaminación ni olor (fig.22).
Los filtros mixtos, son recomendables por sus buenos resultados. Consisten en hacer un agujero similar al volumen de la fosa séptica, y en vez de tabicarlo con hormigón, se hace de ladrillo de manera que los agujeros de estos conecten con la tierra. En el interior se llenará de grava al igual que los otros.
No conviene evacuar en la fosa séptica aguas procedentes de lavadoras, fregaderos o que contengan detergentes, lejías o productos cáusticos, pues provocarían la destrucción de los microorganismos que realizan la función biológica; a su vez, los detergentes forman unas capas que obstruyen las tuberías y los filtros.
Cuando sea inevitable la entrada de esta agua con detergentes, conviene aumentar la capacidad de la fosa en el 50%.
En los casos en que van a parar a las fosas grandes cantidades de grasas también se ocasiona un gran perjuicio especialmente si éstas son minerales; en este punto lo más conveniente es conducir las aguas residuales, antes de entrar en la fosa, a una cámara de grasas, en lugar aparte (fig. 23).
Así pues, un ejemplo de una instalación depuradora de pocos usuarios es la representada en la figura 24.