EQUIPOS HIDRONEUMATICOS

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CAPÍTULO CAPÍTULO 3. INSTALACIONES Y EQUIPO EQUIPO COMPLEM COM PLEM ENTARI EN TARIO O EN LAS REDES DE DISTRIB DISTRIBUCIÓN UCIÓN DE AGUA

Generalmente, los sistemas de distribución de agua requieren de ciertos equipos e instalaciones complementarias, a fin de lograr un funcionamiento satisfactorio de los mismos y, en otros casos, a fin de cumplir con los reglamentos de construcción aplicables. En el primer caso, podemos mencionar equipos elevadores de presión, albercas, etc.; para el segundo aspecto, tenemos como ejemplo los sistemas de protección contra incendios, fijados por los reglamentos, cuando el edificio tiene ciertas características. A fin de tener tener una una idea general de las diversas instalacion instalaciones es y equipo equipo complementario, complementario, presentaremos presentaremos a continuación, diversos temas relacionados con ellos.

3.1 SISTEMAS ELEVADORES DE PRESIÓN Los sistemas de suministro suministro de agua a los edificios edifici os pueden ser de dos tipos: abiertos y cerrados. El sistema de tipo abierto, cuenta con cisternas o depósitos de almacenamiento de agua, para de ahí, posteriormente, posteriormente, elevar elevarla la con equipos equipos de bombeo y distribuirla distribuirla a todo el edifici o. Podemos definir este tipo de suministro como aquél en el que el gradiente hidráulico que trae el fluido es alterado, al almacenar dicho fluido en algún depósito. La ventaja fundamental de este tipo de suministro, es que permite hacer frente, fácilmente, a las diversas variaciones variaci ones de los consumos. consumos. No obstante, la la principa p rincipall desventaja, desventaja, es que al existir almacenamientos de agua, ésta está expuesta a una posible contaminación. Los sistemas de tipo cerrado utilizan equipos de bombeo para mantener la presión constante en todo el sistema hidráulico del edificio, para evitar de esta manera, cualquier posible contaminación del agua, puesto ésta se conduce en forma directa de la red municipal hasta el sitio de consumo, evitando los almacenamientos. La principal ventaja de este tipo de abastecimiento, es que previene de posibles contaminaciones al agua, al evitar el almacenamiento; una de sus desventajas, es la dificultad de mantener la presión en la red de distribución d istribución en las horas horas de demanda demanda pico. pi co. En algunos casos, las redes de distribución de los edificios cuentan con sistemas mixtos; generalmente, de tipo cerrado en los primeros niveles, y de tipo abierto, en los niveles superiores. Es común que, en edificios de ciertas dimensiones, se utilicen, a fin de mantener energía suficiente en el agua, sistemas elevadores de presión, que es como se les designa comúnmente. www.capac.or g /web/Por tal s/0/bibli oteca_vi r tual /doc001/CAP3/CAP3.htm

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Es importante aclarar, que el término presión que se aplica a los equipos elevadores, se refiere al total de la energía que puede suministrar al fluido en el punto de análisis; así entiéndase al decir presión, que nos referimos a la energía total de fluido, como ya se ha mencionado.

3.2 EVOLUCIÓN DE LOS EQUIPOS ELEVADORES DE PRESIÓN La evolución de los sistemas elevadores de presión se presenta a continuación. Hacia principios de siglo, en el año de 1 900, la elevación de la energía del agua se lograba, mediante la conexión de un equipo de bombeo, de manera directa, a la red municipal de agua hacia el interior del edificio. Con este equipo de bombeo se pretendía mantener una presión constante en la red en las horas de consumo pico. No obstante, cuando los consumos disminuían, la energía no utilizada, causaba daños y problemas debido a los excesos de la presión. A fin de corregir lo anterior, anterior, se agregó a la instalación instalación un sistema sistema de control control con co n base en la presión presi ón de operación máxima, de tal manera, que al llegar a ésta, el equipo de bombeo se detenía, y al descender dicha presión, el equipo se encendía inmediatamente. Estos sistemas eran de tipo automático, por lo que en horas de bajo consumo, al percibir cualquier demanda, el equipo se encendía, pero, puesto que se trataba de una demanda aislada, era sati sfecha sfecha de inm i nmediato. ediato. Lo anterior, anterior, originaba que el equipo de bombeo se encendiera y apagara continuamente, hasta que el mismo se quemaba. Lo anterior, nos indicaba que debería contarse con un sistema adicional de suministro de presión, a fin de evitar paros y arranques frecuentes de los equipos de bombeo. Hacia 1920, se inició la utilización de sistemas hidroneumáticos que constaban de un equipo de bombeo, un compresor de aire, tanque metálico presurizado y controles que regulaban los arranques y paros, de los ya mencionados equipos de bombeo y compresores de aire, según se presentaran las demandas. No obstante, se presentaron problemas en la utilización de estos sistemas, principalmente en la elevación de presión de instalaciones hidráulicas de grandes dimensiones, al requerirse tanques presurizados con enormes volúmenes. Era problemática la ubicación de los tanques, así como el reemplazo de los mismos, en casos de averías, debido a problemas de erosión y/o corrosión. Hacia 1940, se empezaron a utilizar esquemas de elevación de presión que permitían, mediante la utilización de equipos de bombeo de diversas capacidades, mantener en el edificio presiones constantes. Sin Si n embargo, embargo , las variaciones variaci ones en las demandas originaban orig inaban varia variaciones ciones constant c onstantes es en las presiones, dando como resultado arranques y paros sucesivos de los equipos de bombeo, con consecuencias consecuencias tales como ruido, daño de bombas, bo mbas, golpe de ariete, etc. En 1950, se piensa en los sistemas programados de presión constante, que utilizan, fundamentalmente, bombas de velocidad variable, variadores mecánicos de velocidad y válvulas reguladores de presión. Estos sistemas fueron mejores que sus predecesores, sin embargo, presentaron diversos problemas entre los que destacan el costo y el espacio adicional para la ubicación del variador de velocidad, la lentitud en el control mecánico del variador de velocidad y, como consecuencia de la variación de la velocidad, velocidad, la operación de los equipos de bombeo en zonas zonas de baja eficiencia. Este último último problema, problema, se podí pod ía resolver, resolver, utilizan utilizando do equipos eq uipos de bombeo de varias capacidade ca pacidades, s, pero se increment incrementaba aba el e l costo.

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Es importante aclarar, que el término presión que se aplica a los equipos elevadores, se refiere al total de la energía que puede suministrar al fluido en el punto de análisis; así entiéndase al decir presión, que nos referimos a la energía total de fluido, como ya se ha mencionado.

3.2 EVOLUCIÓN DE LOS EQUIPOS ELEVADORES DE PRESIÓN La evolución de los sistemas elevadores de presión se presenta a continuación. Hacia principios de siglo, en el año de 1 900, la elevación de la energía del agua se lograba, mediante la conexión de un equipo de bombeo, de manera directa, a la red municipal de agua hacia el interior del edificio. Con este equipo de bombeo se pretendía mantener una presión constante en la red en las horas de consumo pico. No obstante, cuando los consumos disminuían, la energía no utilizada, causaba daños y problemas debido a los excesos de la presión. A fin de corregir lo anterior, anterior, se agregó a la instalación instalación un sistema sistema de control control con co n base en la presión presi ón de operación máxima, de tal manera, que al llegar a ésta, el equipo de bombeo se detenía, y al descender dicha presión, el equipo se encendía inmediatamente. Estos sistemas eran de tipo automático, por lo que en horas de bajo consumo, al percibir cualquier demanda, el equipo se encendía, pero, puesto que se trataba de una demanda aislada, era sati sfecha sfecha de inm i nmediato. ediato. Lo anterior, anterior, originaba que el equipo de bombeo se encendiera y apagara continuamente, hasta que el mismo se quemaba. Lo anterior, nos indicaba que debería contarse con un sistema adicional de suministro de presión, a fin de evitar paros y arranques frecuentes de los equipos de bombeo. Hacia 1920, se inició la utilización de sistemas hidroneumáticos que constaban de un equipo de bombeo, un compresor de aire, tanque metálico presurizado y controles que regulaban los arranques y paros, de los ya mencionados equipos de bombeo y compresores de aire, según se presentaran las demandas. No obstante, se presentaron problemas en la utilización de estos sistemas, principalmente en la elevación de presión de instalaciones hidráulicas de grandes dimensiones, al requerirse tanques presurizados con enormes volúmenes. Era problemática la ubicación de los tanques, así como el reemplazo de los mismos, en casos de averías, debido a problemas de erosión y/o corrosión. Hacia 1940, se empezaron a utilizar esquemas de elevación de presión que permitían, mediante la utilización de equipos de bombeo de diversas capacidades, mantener en el edificio presiones constantes. Sin Si n embargo, embargo , las variaciones variaci ones en las demandas originaban orig inaban varia variaciones ciones constant c onstantes es en las presiones, dando como resultado arranques y paros sucesivos de los equipos de bombeo, con consecuencias consecuencias tales como ruido, daño de bombas, bo mbas, golpe de ariete, etc. En 1950, se piensa en los sistemas programados de presión constante, que utilizan, fundamentalmente, bombas de velocidad variable, variadores mecánicos de velocidad y válvulas reguladores de presión. Estos sistemas fueron mejores que sus predecesores, sin embargo, presentaron diversos problemas entre los que destacan el costo y el espacio adicional para la ubicación del variador de velocidad, la lentitud en el control mecánico del variador de velocidad y, como consecuencia de la variación de la velocidad, velocidad, la operación de los equipos de bombeo en zonas zonas de baja eficiencia. Este último último problema, problema, se podí pod ía resolver, resolver, utilizan utilizando do equipos eq uipos de bombeo de varias capacidade ca pacidades, s, pero se increment incrementaba aba el e l costo.


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Hacia finales de la década de los 60's, se hace popular el motor eléctrico de velocidad variable y se introducen las bombas verticales, que permiten resolver problemas de los sistemas anteriores tales como la lentitud lentitud en el cambio cambi o de veloci velocidad dad y la operación operaci ón de bombas en zonas zonas de poca efici e ficiencia. encia. Así pues, se puede decir que, con estos equipos es posible lograr redes de distribución de agua a presión constante, aún cuando cuando los costos sean altos. Una situación frecuente en los sistemas de distribución de agua, en edificios de grandes dimensiones, es la necesidad necesid ad de incremen i ncrementar tar la energía energía hidráulica con que el agua es entregada. entregada . Lo anterior se realiza mediante sistemas elevadores de presión, como los que hemos mencionado; los más utilizados son los de tanque elevado, elevado, hidro hidroneu neumático mático y bombas elevadora elevadoras s de presión presi ón o booster. boos ter. En algunos algunos casos, pueden utiliz utilizarse arse combinaciones de dos o tres de los si stemas.

A continu continuación, ación, tratarem trataremos os los tres sistemas sistemas elevadores elevadores de presión más más utiliz utilizados: ados: 1. 2. 3.

Sistemas Sis temas de tanque tanque elevado. Sistemas Sis temas de tanque tanque hidroneumático hidroneumático.. Sistemas de bombas elevadoras elevadoras de presión (booster).

3.3 SISTEMAS DE TANQUES ELEVADOS En un sistema de tanque elevado, el agua es bombeada a partir de la alimentación de la red municipal o de una una cisterna hasta hasta el tanque tanque elevado colocado en la la parte más alta del edificio edifi cio.. Estos tipos tip os de sistemas están integrados por el tanque elevado, los equipos de bombeo, los controles de los equipos de bombeo, así como alarmas y dispositivos disposi tivos de seguridad. (Véase la figura 3.l.)

3.3.1 TANQUE TANQUE ELEVADO Es el elemento del sistema que almacena el agua que se distribuirá mediante una alimentación descendente desc endente a toda la red. La capacida capac idad d requerida del tanque, tanque, generalmente, se basa en la la experiencia del diseñador. No obstante, se dan a continuaci continuación, ón, algunas algunas recomendaciones recomendacio nes para condiciones condici ones particulares particulares de servicio. servicio. Tenemos Tenemos dos casos: 1. Edificios de departamentos: para este caso el almacenamiento recomendado es de un día, por lo que deberá mult multiplicarse iplicarse el total total de ocupantes ocupantes del edificio por la dotación diaria asig nada. Si no conocemos conocemos el número de ocupantes del edificio, considere dos personas por habitación o cuatro por departamento, el que result re sulte e mayor.


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Figura 3.1. Diagrama de un sistema de tanque elevado

2.

Edificios de oficinas: se utilizará también el número de personas que ocupan el edificio; a continuación, se presenta una estimación del número de personas que ocupan un edificio, con base en el área utilizable del mismo: Oficinas públicas: Oficinas medias: Oficinas de lujo:

9.3 m2 por persona 14.0 m2 por persona 1 8.6 m2 por persona

Es importante ratificar, que la experiencia del diseñador, así como el conocimiento de la zona en la que se ubicará el edificio, son elementos invaluables para determinar, adecuadamente, la capacidad de almacenamiento requerida del tanque elevado.

3.3.2 EQUIPOS DE BOMBEO Se tienen diversos tipos de equipos de bombeo; los más recomendados son los de tipo centrífugo, debido al amplio rango de capacidad, presión y disponibilidad. La capacidad del equipo de bombeo estará determinada por el volumen de almacenamiento del tanque elevado, ya que aquella deberá ser capaz de reemplazar dicho almacenamiento en un máximo de dos horas, siendo una hora el tiempo de reemplazo más utilizado. Un arreglo común de las bombas, es la instalación en paralelo de las mismas, logrando con lo anterior, alternar el uso de las mismas a fin de prolongar su vida útil, así como la facilidad de absorber solicitudes inesperadas; cada equipo debe poder suministrar el gasto máximo. Otra ventaja adicional, es la facilidad de mantenimiento de los equipos. Véase la figura 3.2.

www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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Figura 3.2. Diagrama de bombas en paralelo

3.3.3 CONTROLES Con este término nos referimos a los dispositivos utilizados para arrancar y detener, de forma automática, los equipos de bombeo, una vez que el agua del tanque elevado, ha alcanzado los niveles preestablecidos. Se tienen varios tipos de accesorios para controlar el flujo del agua al tanque elevado; los más comunes son los siguientes: 1. Switch flotador: (Flotador eléctrico) Este dispositivo es un accesorio mecánico que es activado por un flotador que se encuentra en la superficie del agua del tanque elevado. Cuando desciende hasta cierto nivel, arranca el equipo de bombeo, y cuando se eleva hasta el nivel deseado, detiene dicho equipo de bombeo. La figura 3.3., muestra este dispositivo.

Figura 3.3. Flotador eléctrico


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2. Control por electrodos (Flotador electrónico-Electronivel). Es un instrumento eléctrico que se usa para arrancar o detener un equipo de bombeo. Varios electrodos se colocan a diferentes niveles; cuando el nivel del agua cubre (o descubre) dos o tres de estos electrodos, se abre (o cierra) un circuito eléctrico que arranca (o detiene) el equipo de bombeo. Un esquema de este dispositivo puede verse en la figura 3.4.

Figura 3.4. Flotador electrónico

3.3.4 ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Este tipo de accesorios previene al personal que opera el sistema hidráulico, de fallas en el tanque elevado. Los casos más comunes, en los que deben instalarse alarmas son los siguientes: -

Nivel bajo del tanque: ocurre cuando el nivel de agua del tanque está por debajo del especificado, y el equipo de bombeo no ha arrancado.

-

Nivel alto del tanque: esta situación se presenta cuando el nivel de agua del tanque elevado está por encima del establecido, y el equipo de bombeo aún no se detiene.

En los dos casos anteriores, las alarmas deben ser de tipo auditivo y/o centelleante, a fin de llamar la atención del personal encargado de la operación del sistema. Los dispositivos de seguridad que no deben faltar en los tanques elevados son la tubería de demasías, que opera en los casos en que debido a problemas en los equipos de bombeo, éstos no se detienen, y se hace necesario desalojar el agua que excede los niveles preestablecidos. La tubería de demasías debe tener el diámetro suficiente para desalojar, de manera inmediata, el agua que suministra la bomba, así como alejarla de zonas que puedan correr riesgos, en caso de inundación. También debe contarse, con tuberías que permitan llenar la columna de succión de los equipos de bombeo, en caso que sea necesario. Se conocen como tuberías de cebado.

3.3.5 VENTAJAS DE LOS TANQUES ELEVADOS Las ventajas que se enumeran, son de este sistema, en comparación con los sistemas hidroneumáticos y las bombas booster. - Es el más simple que cualquiera de los otros dos sistemas. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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- Requiere menos componentes de control y operación del sistema hidráulico. - Se puede distribuir el agua en la red, a pesar de fallas eléctricas, siempre y cuando el tanque esté lleno. - Los costos de operación son menores que para los otros dos sistemas. El rango de operación del equipo de bombeo, que eleva el agua, es siempre bajo las mismas condiciones, por lo que puede ser seleccionado en un rango de operación eficiente. - Los equipos de bombeo son de menor capacidad que los que utilizan los otros dos sistemas. - Las fluctuaciones de presión son mínimas. - El mantenimiento es mínimo.

3.3.6 DESVENTAJAS DE LOS TANQUES ELEVADOS Las principales desventajas son: -

El agua está expuesta a la contaminación. La estructura del edificio tiene solicitaciones adicionales debido al peso adicional del tanque y del agua. En los pisos más elevados de los edificios, esto es, los más cercanos al tanque elevado, la energía disponible generalmente es inadecuada. Se tienen inundaciones en la azotea, cuando se tienen fallas en los sistemas de paro de los equipos de bombeo. El agua y las tuberías de alimentación de la red está expuesta al congelamiento en climas fríos.

En algunos casos, para los pisos más elevados de los edificios, es recomendable utilizar sistemas hidroneumáticos si la energía proporcionada por el tanque elevado no es suficiente.

3.4 SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS Su nombre se debe a la combinación de aire comprimido y agua que se realiza en un tanque metálico presurizado, de tal manera, que dicho tanque aprovecha las características de elasticidad del aire, para poder abastecer el agua, que se almacena en la parte inferior del tanque, con la presión requerida para satisfacer las demandas de la red hidráulica con objeto, que la bomba no opere constantemente. Este sistema puede verse en la figura 3.5.

Figura 3.5. Esquema de los componentes de un sistema hidroneumático

En un sistema hidroneumático, parte del agua es bombeada desde la fuente de abastecimiento de la misma hasta el tanque presurizado para su almacenamiento. El aire del tanque es comprimido conforme el agua ingresa al mismo; en tanto la presión en el tanque se incremento, la presión en la red de distribución también aumenta, puesto que está conectada al tanque. El agua almacenada en el tanque y la presión del mismo, son suficientes para permitir que los equipos de bombeo descansen www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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ciertos períodos de tiempo y, aún en dicho descanso, se satisfagan las demandas de presión y de gasto; esto es, se conserva la energía evitando el uso continuo de los equipos de bombeo. Cuando el equipo de bombeo opera, parte del agua es enviada a la red, y el excedente va al tanque hidroneumático, en el cual al subir el nivel del agua, vuelve a comprimir el aire hasta llegar a una presión máxima predeterminada, la cual acciona el interruptor de presión, desconectándolo y parando el equipo de bombeo. Los componentes de un sistema hidroneumático son un tanque presurizado, equipos de bombeo, un elemento de suministro de aire (un compresor de aire o un supercargador o válvula de aspiración de aire), un sistema de control de arranque y paro de la bomba y del elemento suministrador de aire, alarmas y elementos de seguridad para aliviar presiones excesivas. Todo sistema hidroneumático opera con dos presiones: -

Presión mínima: es conocida también como presión manométrica y hace operar el equipo de bombeo. Esta presión es la suma de los siguientes factores: la altura de succión y las pérdidas de energía en la tubería de succión de la bomba, las pérdidas de energía en la tubería hasta la descarga más alejada del hidroneumático y la presión mínima de operación requerida en la descarga más alejada.

-

Presión máxima: es la presión máxima de operación de la red hidráulica y detiene el equipo de bombeo. Esta presión es igual a la presión manométrica más la presión diferencial; esta presión no debe exceder el valor máximo establecido por el fabricante para evitar daños al tanque presurizado. La presión diferencia¡ se calcula basándonos en el volumen de agua y aire más adecuado, para obtener la máxima extracción de agua posible, dejando siempre un nivel de agua no menor del 20% del tanque presurizado, llamado sello de agua, para poder mantener el aire comprimido siempre dentro de dicho tanque, sin que escape hacia la red de distribución.

3.4.1 TANQUE PRESURIZADO Un tanque presurizado es un depósito cilíndrico cerrado herméticamente que almacena el agua que ha de usarse en el edificio al que suministra agua, en tanto el equipo de bombeo se encuentra detenido. El tanque puede ser vertical y horizontal. La presión alta de operación de la red hidráulica del edificio, nunca debe exceder la capacidad máxima de presión del tanque presurizado. Esta capacidad la fija el fabricante, con base en el espesor de las paredes del tanque. La capacidad del tanque hidroneumático se realiza con base en los ciclos por hora en los que opera, entendiéndose por ciclo, la suma de los períodos de tiempo, durante los cuales el equipo de bombeo opera y posteriormente, descansa; esto es, podemos hablar de 6 ciclos por hora, en los casos en que, en una hora, el equipo de bombeo opera seis veces y descansa, también, seis veces, durante períodos de cinco minutos, en ambos casos. Así, son diez minutos, en total, por ciclo. La capacidad del tanque hidroneumático, se obtiene con base en la capacidad máxima del equipo de bombeo, que es igual a la manda máxima del sistema hidráulico, multiplicado por el tiempo de operación que se desea. El resultado se divide entre el por ciento de extracción que se puede obtener del tanque, de acuerdo con la sugerencia del fabricante. En términos generales, debemos considerar, que de la capacidad total del tanque hidroneumático, entre un 20% y un 30% de su capacidad deberá permanecer ocupada siempre con agua, con objeto de evitar el paso del aire hacia la red de distribución; aproximadamente, un 30% de su capacidad estará ocupada por el aire, que es comprimido, quedando, en consecuencia, entre un 40% y 50% de la capacidad del tanque, con agua aprovechable para suministrar a la red hidráulica, durante el período de tiempo durante el cual no opera el equipo de bombeo. En la gran mayoría de los casos, las tablas proporcionadas por los fabricantes, para la selección de los equipos hidroneumáticos, simplifican los cálculos. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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3.4.2 EQUIPOS DE BOMBEO Estos equipos de bombeo conducirán el agua de la fuente de abastecimiento hasta la red de distribución y/o la red según sea el caso. Debido a la versatilidad de las bombas centrífugas, se recomiendan éstas para ser utilizadas en conjunto con los sistemas hidroneumáticos. Para la selección de los equipos de bombeo, debe ser consideradas la presión máxima de operación, así como el gasto máximo requerido por la red hidráulica. Asimismo, en caso de ser posible, debe seleccionarse el equipo de bombeo, que opere, para diversas demandas del sistema, en rangos aceptables de eficiencia. Por lo general, las curvas características de operación de las bombas que cumplen con el criterio anterior, tienden a ser de tipo vertical, lo que permite mayor eficiencia, al operar en los gastos máximo y mínimo.

3.4.3 COMPRESOR DE AIRE O SUPERCARGADOR Este elemento, llámese compresor de aire o supercargador, tiene como función suministrar aire, cuando se hace necesario, al tanque presurizado. La válvula conocida como supercargador (véase la figura 3.6.), está diseñada para mantener una relación correcta de aire y agua en el tanque presurizado. Opera de la siguiente manera: cuando el nivel de agua del tanque está por encima del establecido, el supercargador funcionará en conjunto con el equipo de bombeo para ingresar aire al tanque, y lograr el porcentaje adecuado de la relación aire-agua; al arrancar la bomba, en el impulsor se generan presiones negativas (succiones) por lo que la presión en el tanque es mayor a la del equipo de bombeo, por lo que se obliga al agua del tanque a fluir por el venturi del supercargador. Como resultado del vacío parcial, el aire es jalado hacia la válvula de entrada de aire del supercargador. Un desviador hace que el agua fluya bajo las paredes del supercargador, separando aire de agua; como el aire se acumula dentro del mismo, el nivel del agua baja, hasta que la válvula del flotador se cierra, provocando que el flujo del agua se detenga entre el tanque y la bomba, antes que el aire se puede llevar dentro de la succión de la misma. Con la válvula de flotador cerrada, el aire se comprime a la misma presión que está en el tanque, y así permanece hasta que la bomba se detiene. Entonces, la presión en la entrada de la succión llega a ser igual a la del tanque, por lo que el flotador se eleva, y al agua pasa del tanque a la bomba, y termina dentro del supercargador. El aire acumulado en éste, se obliga a salir al exterior y dentro del tanque de presión. Con cada ciclo de bombeo, esta acción se repite siempre que la presión suficiente se transfiera dentro del tanque para permitir que el nivel de agua en el tanque esté ligeramente abajo de la entrada del supercargador en su presión de arranque. El supercargador automáticamente permite el ingreso de aire cuando el nivel de agua del tanque sube por encima de la entrada del mismo.


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Figura 3.6. Válvula supercargador

Este tipo de sistema de suministro de aire, es utilizado en sistemas hidroneumáticos pequeños y medianos. Para el caso de sistemas hidroneumáticos de grandes dimensiones, se recomienda la utilización de compresores de aire.

3.4.4 SISTEMAS DE CONTROL Los sistemas de control se utilizan para mantener relaciones adecuadas de aire-agua, presión y nivel de agua en el tanque presurizado. Controlan el arranque y paro de los equipos de bombeo y de los compresores de aire. El compresor de aire es controlado por medio de una combinación de sensores de nivel y de presión de aire que arrancan el mismo, cuando el agua desciende a niveles bajos y se tiene presión insuficiente en la red de distribución. La bomba de llenado es controlada por un sensor que arranca la bomba cuando la presión de agua alcanza la presión mínima de operación; la bomba se detiene cuando la presión llega al valor máximo establecido.

3.4.5 ALARMAS Y DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Se recomienda la utilización de alarmas, para llamar la atención del personal que opera este tipo de sistema, en los siguientes casos: en el caso del agua, cuando la presión es excesiva o deficiente; en el caso del aire, cuando la presión es elevada o insuficiente. Asimismo, como dispositivos de seguridad, deben considerarse la colocación de válvulas de alivio en los tanques presurizados, para permitir que el aire en exceso escape, cuando la presión del mismo excede cierto valor, evitando con esto roturas bruscas del mismo.

3.4.6 VENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS Como ya se mencionó anteriormente, la comparación se realiza entro los tres sistemas que se describen en este trabajo. Las principales ventajas de los sistemas hidroneumáticos son las siguientes: - El tanque presurizado puede amortiguar problemas de golpe de ariete. - Puede ser ubicado en cualquier sitio del edificio, sin afectar su operación. - No requieren estructuras especiales para su colocación. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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3.4.7 DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS Las desventajas de dichos sistemas son los siguientes: - Tienen mayor costo inicial. - El tanque tiene que operar de manera completa, aún en períodos de poca demanda, puesto que no puede ser seccionado o dividido. - Los tanques tienen grandes dimensiones, debido a que el porcentaje de agua utilizable, para suministrar a la red de distribución, es reducido. - Requiere mayor espacio para su instalación. Existen en el mercado, sistemas de elevación de presión similares a los hidroneumáticos, que se conocen como hidrocell, y que trabajan de manera parecida solamente que, en lugar de aprovechar la elasticidad del aire que se encuentra en el tanque presurizado, se instala en el interior del mismo un medio elástico que se expande durante el tiempo que trabaja el equipo de bombeo, hasta llegar a un valor máximo de presión, que detiene el equipo de bombeo; una vez que el equipo de bombeo se detiene y existen solicitaciones de presión por parte del sistema, el medio elástico que se encuentra en el interior del tanque, y que debido a la presión del agua se ha expandido, se comprime, por lo que proporciona la energía requerida, elevando la presión de la red de distribución. Un inconveniente de este tipo de sistema, es la poca capacidad del medio elástico, por lo que se tienen arranques y paros frecuentes del equipo de bombeo.

Figura 3.7. Arreglo común de hidrocell

Estos sistemas son adecuados para instalaciones pequeñas y medianas, y tienen como principales ventajas su economía y facilidad de operación, al compararlas con un sistema hidroneumático.

3.5 SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIÓN (Booster) Este tipo de sistema de bombas proporciona presión a la red de distribución cuando aquella es insuficiente o variable. Mediante un sistema de sensores registra las variaciones en la red de distribución y ajusta tanto la velocidad de los equipos de bombeo, como de las válvulas reguladores de presión para mantener la presión constante. Estos sistemas constan de uno o varios equipos de bombeo, instrumentos de control para mantener los valores de presión en la red dentro de rangos aceptables y alarmas para alertar al personal de operación www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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cuando existen fallas en el sistema. (Véase la figura 3.8.)

Figura 3.8. Diagrama de bombas elevadoras de presión

3.5.1 EQUIPOS DE BOMBEO Las bombas más adecuadas para este tipo de sistema son las de pasos múltiples, debido a sus amplios rangos de gasto, carga dinámica y eficiencia. Son recomendables también, para gastos medianos, las bombas centrífugas horizontales; y para casos, en los que la presión de la red tiene pocas variaciones, se recomiendan las centrífugas verticales. La figura 3.9., muestra un arreglo de bombas elevadoras de presión.

Figura 3.9. Arreglo de bombas elevadoras de presión

En general, se disponen de dos tipos de controladores de bombas, para ajustar la presión y el gasto en la red de distribución de agua: -

Controladores de velocidad constante: se recomienda la utilización de este tipo de controlador cuando los requerimientos de gasto de la red son relativamente constantes, cuando se requieren


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presiones bajas o media, y cuando el costo inicial bajo es importante. Este tipo de controlador debe utilizarse en redes de distribución en donde las pérdidas de energía, son relativamente menores. -

Controladores de velocidad variable: su uso está indicado en los casos en los que se tienen grandes variaciones de presión en la línea de abastecimiento de los equipos de bombeo, cuando se requieren presiones altas y cuando se esperan variaciones importantes en las demandas de gasto del sistema. Para los casos, en los que las pérdidas de energía en la red de distribución son importantes, es recomendable el uso de este tipo de controladores.

En lo referente al número de equipos de bombeo, en sistemas que trabajan continuamente, deben incluirse bombas de más de una sola capacidad, de tal manera que durante los períodos de poca demanda, sean utilizadas bombas pequeñas, a fin de lograr operaciones más económicas del sistema.

3.5.2 INSTRUMENTOS DE CONTROL Los instrumentos de control en sistemas de bombas elevadoras de presión, son utilizados para ajustar el gasto bombeado, para mantener presiones satisfactorias en la red de distribución y, para mantener velocidades apropiadas de las bombas. Tales controles, generalmente, son proporcionados por los fabricantes de los equipos de bombeo, una vez que el ingeniero, a cargo de la obra, a definido los valores de operación de la red de distribución. El acopiador de fluido o magnético, que se describe a continuación, es usado, comúnmente, para variar la velocidad de los equipos de bombeo o del motor eléctrico, manteniendo con esto, una presión satisfactoria en la red de di stribución de agua. Este instrumento, de velocidad variable, es el acopiador de fluido o acopiador magnético; estos acopiadores de velocidad variable son conectados del motor a la bomba. Estos instrumentos usan un fluido, usualmente agua o aceite, o magnetismo inducido eléctricamente para ajustar la velocidad del equipo de bombeo, cuando el motor gira a una velocidad constante. Para el caso de los instrumentos de velocidad constante, se utilizan dispositivos reguladores de la presión en la tubería de descarga de la bomba, a fin de mantener presiones satisfactorias en la red de distribución.

3.5.3 INSTRUMENTOS DE ALARMA Y SEGURIDAD De la misma manera que en los casos anteriores, este sistema requiere de dispositivos de alarma y seguridad. Se recomienda su instalación en los siguientes casos: a) b) c) d)

Presión insuficiente en la red de distribución a pesar que las bombas están trabajando. Presión excesiva en la red de distribución cuando las bombas trabajan. Falla de los equipos de bombeo al momento del arranque. Temperatura excesiva del agua en la carcaza del equipo de bombeo.

3.5.4 VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIÓN Comparando las características de este sistema con los de tanque elevado e hidroneumático, presenta la siguientes ventajas: -

Requiere menos espacio para su instalación. Es el sistema más flexible, en términos de presión y gasto disponible, para satisfacer una gran variedad de requerimientos de la red de distribución. - La instalación no impone cargas adicionales a las estructura de los edificios.


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3.5.5 DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBAS ELEVADORAS DE PRESIÓN Algunas desventajas de este sistema son las siguientes: -

Mayores costos de operación y mantenimiento. Requerimientos de personal capacitado. Mantenimiento en acopiadores y controladores. Gran sensibilidad a fallas eléctricas, con la consiguiente falla en el suministro de agua al edificio. Fluctuaciones instantáneas en la presión de la red de distribución más amplias.

3.5.6 SELECCIÓN DEL SISTEMA Los siguientes puntos deben ser considerados en el momento de la selección de los equipos de bombeo elevadores de presión: gastos requeridos, costos iniciales del sistema, costos de operación, tipo de edificio, importancia de operación ininterrumpida. Puesto que este tipo de sistema es entregado al ingeniero, una vez que éste ha dado las especificaciones del mismo, el fabricante debe proporcionar la información, que se relaciona a continuación, a fin de poder verificar la adecuación del sistema de bombas suministrado al proyecto específico: -

-

Curvas características de los equipos de bombeo, indicando el rango dentro del cual éstos pueden ser utilizados, la velocidad mínima de operación del equipo de bombeo, y las relaciones entre gasto, velocidad, carga dinámica total y potencia. - Descripción de los equipos de control, señalando los puntos necesarios para la instalación de cada uno de ellos. Puntos de presión máxima y mínima en la operación de las bombas. Pérdidas de energía en los diversos componentes del sistema de control instalado en la tuberías de la red de distribución. Descripción del controlador de velocidad y su eficiencia.

3.6 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS Es de primordial importancia proteger tanto a los bienes inmuebles como la vida de las personas que utilizan los edificios; por tanto, se hace necesaria la instalación de sistemas de protección contra incendios, a fin de prevenir este tipo de siniestros. Asimismo, haremos comentarios sobre los principales tipos de sistemas de prevención de incendios en edificios, y de algunos aspectos del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y del Reglamento de Construcciones del Municipio de Mérida, relacionados con los dispositivos contra incendios que éstos requieren.

3.6.1 COMPONENTES DE UN SISTEMA CONTRA INCENDIOS Un sistema contra incendio es un sistema utilizado para controlar o extinguir el fuego en un edificio. Los elementos básicos de estos sistemas incluyen aspersores o salidas de mangueras y las tuberías de alimentación. Un sistema contra incendio está integrado por una fuente de abastecimiento, un sistema de tuberías de alimentación y tomas de mangueras o aspersores. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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La fuente de abastecimiento es, según lo establecido en reglamentos, un depósito de agua ubicado en el edificio, que debe estar siempre lleno, a fin de proveer agua en el momento necesario. Otras posibilidades, en lo referente a las fuentes de abastecimiento, pueden ser las tomas siamesas que se colocan en la parte frontal de los edificios, que permiten, en casos necesarios, el suministro de agua a partir de camiones cisterna o de la red municipal, a través de las mismas. Un sistema de tuberías de alimentación, es un arreglo de tuberías, válvulas y salidas de agua, instaladas de tal manera, que el agua puede ser descargada a través de mangueras o aspersores, con objeto de extinguir el fuego. Las líneas de alimentación son tuberías, usualmente colocadas en forma vertical, que pueden estar ocultas o no dependiendo del tipo de edificio, que provienen de una o varias fuentes de abastecimiento, que van hacia las tomas contra incendio o los aspersores, y que se utilizan para conducir el agua que se destina al control o extinción de los incendios. Las tomas para mangueras, como su nombre lo indica, son dispositivos a los que se conectan mangueras, a fin de poder distribuir el agua en caso de incendio. Los aspersores son elementos que permiten distribuir el agua en forma regular a través de los mismos; éstos pueden ser automáticos o abiertos. Los automáticos están normalmente cerrados, pero tienen detectores de calor, de tal manera, que se abren sin necesidad de la presencia humana, en el momento en que se detectan elevaciones de calor fuera de lo normal; los aspersores de tipo abierto, como su nombre lo indica, están permanentemente abiertos y, al momento de operar el sistema contra incendios, distribuyen el agua en forma homogénea en su área de influencia.

3.7 TIPOS DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS Los sistemas contra incendios, usualmente utilizados, son los que cuentan con tomas de mangueras o redes de hidrantes y los que utilizan aspersores.

3.7.1 SISTEMA DE TOMAS DE MANGUERAS O DE REDES DE HIDRANTES Este tipo de sistema consiste en una serie de tuberías que se extienden a partir de la bomba de incendios hasta el último piso, con tomas a la altura de cada piso para poder conectar a ellas las mangueras de los bomberos. Las tuberías que suministran el agua a toda la red, pueden estar siempre llenas o no, por lo que se conocen como sistema de tuberías mojadas o secas, respectivamente. El primer tipo, de tuberías mojadas, es el más común; el segundo, es poco usado y, en las ocasiones en que se utiliza, generalmente es en zonas en las que existe el riesgo de congelamiento del agua. Todas las tuberías de que constan estos sistemas contra incendio, deben ser independientes de la red de distribución de agua del edificio. Este tipo de sistema es aceptado por el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, y se reserva el derecho de autorizar cualquier otro tipo, dependiendo del tipo de edificio. Las especificaciones relacionadas con las presiones en el sistema, el tipo de mangueras, los diámetros de las mismas, etc., son fijados en los reglamentos de construcción respectivos; el diseño de los mismos, se realiza con una metodología similar a la utilizada en el cálculo de las redes de distribución de agua de los edificios; únicamente cambian los criterios de diseño, mismos que son establecidos por los reglamentos respectivos.

3.7.2 SISTEMAS CONTRA INCENDIOS CON ASPERSORES Estos sistemas consisten en una red horizontal de tuberías formando mallas, instaladas inmediatamente del cielo raso en los edificios. Los sistemas contra incendio de este tipo más utilizados son los siguientes: sistema húmedo de tuberías, sistema seco de tuberías, sistema de inundación y sistema de acción anticipada. Las características más importantes de cada uno de ellos son las siguientes. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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a) Sistema húmedo de tuberías Este sistema es el más común de los cuatro tipos usados en los sistemas contra incendio. Consiste en una red de tuberías con agua bajo presión; aspersores automáticos son conectados a la red, de tal manera, que cada aspersor protege un área específica. Cuando se incremento el calor cerca de cualquier aspersor, éste opera de manera inmediata y en forma independiente a los demás. La figura 3.10. muestra un sistema de este tipo. b) Sistema seco de tuberías Es el más utilizado después del sistema húmedo, y es similar al sistema húmedo, excepto que el agua es contenida en la red de tuberías por medio de una válvula especial, que impide el paso del agua hacia el sistema de tuberías. Bajo condiciones normales de operación, el aire presurizado dentro del sistema mantiene la válvula cerrada; la operación de uno o más de los aspersores automáticos, permite que el aire escape, originando que la válvula se abra, con lo cual el agua fluye hacia la tubería para suprimir el fuego. Este sistema es usado frecuentemente, en sitios donde existe peligro de congelación del agua en las tuberías y también, en edificios, donde es importante la reducción de ruidos. Un sistema de este tipo se muestra en la figura 3.11.

Figura 3.10. Sistema contra incendios de tipo húmedo


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Figura 3.1 1. Sistema contra incendios de tipo seco

En los dos sistemas anteriores, se utilizan aspersores automáticos, que son los que detectan la presencia de fuego en el edificio. c) Sistema de inundación Este sistema, que se muestra en la figura 3.12., es un tipo de sistema contra incendios que utiliza aspersores abiertos. Una válvula especial retiene el agua bajo condiciones normales, y un sistema de detección de fuego es utilizado en forma independiente, para activar el sistema en caso de incendio. El sistema de detección contra incendio abre la válvula de inundación, con lo cual el agua fluye hacia la red de tuberías, saliendo en los aspersores abi ertos. Este tipo de sistema se utiliza en edificios que guardan material altamente inflamable.


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Figura 3.12. Sistema contra incendios de tipo inundación

d) Sistema de acción anticipada: Este sistema es similar al de inundación, excepto que usa aspersores automáticos en lugar de aspersores abiertos (Véase la figura 3.13.). No tiene agua en las tuberías bajo condiciones normales de operación; una presión constante de aire es mantenida en la red de tuberías a fin de verificar la hermeticidad de la misma; cualquier disminución de la presión es un indicador de escurrimientos en la red de tuberías. De la misma manera que en el sistema de inundación, un sistema separado de detección de incendios es utilizado para activar una válvula que admite agua en las tuberías. Debido a la utilización de aspersores automáticos, el flujo de agua en los aspersores no ocurre hasta que el calor del fuego active uno o más aspersores. Este tipo de sistema de control de incendios, se utiliza en sitios en donde descargas accidentales de agua, pueden causar daños importantes.


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Figura 3.1 3. Sistema contra incendios de tipo de acción anticipada

3.8 ACCESORIOS TÍPICOS EN LOS SISTEMAS CONTRA INCENDIOS A continuación, describiremos algunos de los accesorios que son usados comúnmente en los sistemas contra incendios. Alarmas: Varios reglamentos establecen la necesidad de alarmas locales en los sistemas contra incendio que utilizan más de 20 aspersores. Dichas alarmas anuncian cuando un aspersor ha sido utilizado; esto nos indica que el agua fluye correctamente, que se ha iniciado el combate al fuego y nos permite tomar acciones complementarias adecuadas; algunos de estos tipos de alarmas están basadas en válvulas de no-retorno. Es recomendable la utilización de alarmas por cada uno de los niveles por los que el agua fluye, a fin de conocer que todo el sistema opera correctamente. Conexiones de pruebas: Los sistemas contra incendios deben contar con conexiones de prueba, que permitan simular la apertura de los aspersores instalados para los casos de incendios. Una boquilla de un aspersor es generalmente controlada por una válvula en el punto más alto del edificio. Generalmente, los drenajes son utilizados como conexiones de prueba, permitiendo de esta manera además desalojar el agua que fluye. Drenajes: Para que los sistemas contra incendio puedan recibir mantenimiento y modificaciones, las líneas de alimentación deben contar con drenajes que permitan el desalojo del agua de las mismas. Los diámetros recomendados son los siguientes: www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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Diámetro de la alimentación 2” 2 ½” – 3 ½” 4” o mayor

Diámetro mínimo del drenaje ¾” 1 ¼” 2”

Tomas siamesas o de bomberos: Son dispositivos instalados en las paredes exteriores de los edificios, y tienen como función proporcionar posibilidades de conexión de mangueras exteriores, a fin de permitir abastecimiento adicional al sistema contra incendios de edificios. Los reglamentos establecen el número de tomas siamesas que deben instalarse en los edificios.

Figura 3.14. Toma siamesa

Mangueras contra incendios y sus cajas: Se tienen varios tipos de conexiones y cajas, mismas que se ilustran en la figura 3.15.

Figura 3.15. Diversos tipos de conexiones de mangueras

Aspersores: Se tienen diversos tipos de aspersores, que pueden clasificarse de acuerdo con su orientación, www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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funcionalidad, decoración y otras características. A continuación, en la figura 3.16., mostramos algunos tipos.

Figura 3.16. Diversos tipos de aspersores

3.9 COMENTARIOS A LOS REGLAMENTOS DE CONSTRUCCIÓN Para el adecuado diseño de los sistemas contra incendio, es de gran importancia, conocer las disposiciones relacionadas con los mismos y, que se encuentra en los reglamentos de construcción. Dos son los reglamentos que comentaremos: el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y, el Reglamento de Construcciones del Municipio de Mérida.

3.9.1 REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL El Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, indica en "Previsiones contra incendio", del Título Quinto, "Proyecto Arquitectónico", Sección Segunda del Capítulo IV, "Requerimientos de comunicación y prevención de emergencias", las distintas disposiciones relacionadas con el diseño de sistemas contra incendio. Los artículos que cubren estos aspectos son los que van de artículo 116 al artículo 137. Comentaremos algunos de los artículos mencionados; el artículo 116, establece la obligatoriedad de parte del propietario, por dotar a los edificios de equipos para la prevención y el combate de los incendios, así como proporcionar el mantenimiento necesario. El siguiente artículo, 117, clasifica las edificaciones en dos tipos: a) de riesgo menor, que son las que tienen hasta 25 m de altura, hasta 250 ocupantes y hasta 3000 m2 de construcción; b) de riesgo mayor, son las que exceden cualquiera de los límites anteriores, o almacenan pintura, madera, plástico, o cualquier tipo de material inflamable. El artículo 118, define el concepto de resistencia al fuego, como el tiempo que un material resiste al fuego directo sin producir flama o gases tóxicos e indica, para diversos elementos constructivos, dependiendo si son de riesgo menor o mayor, la resistencia al fuego requerida; los artículos 119 y 120, establecen que, los elementos estructurales de acero y madera en edificaciones de riesgo mayor, deben www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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recubrirse con elementos aislantes. El artículo 121, establece que las edificaciones de riesgo menor, con excepción de los habitacionales, de hasta cinco niveles, deberán contar en cada piso con extintores de incendio. Los lugares deben ser fácilmente accesibles y claramente señalados, y no deberá ser mayor de 30 m la distancia de acceso a los mismos, desde cualquier parte del edificio. El artículo 122, establece para los edificios de riesgo mayor, además de los requerimientos para los edificios de riesgo menor, señalados en el artículo anterior, las siguientes: i) redes de hidrantes y ii) simulacros de incendios. Este artículo establece los requerimientos hidráulicos para las redes de hidrantes. Las características de las redes de hidrantes son las siguientes: Tanques o cisternas para almacenar agua en proporción de 5 litros por m2 construido, exclusivamente para incendios. La capacidad mínima será de 20,000 litros; b) 2 bombas automáticas autocebantes (una eléctrica y otra de combustión interna) con succiones independientes para proporcionar una presión de 2.5 kg/cm2 y 4.2 kg/cm2; c) Una red hidráulica de alimentación directa y exclusiva para las mangueras contra incendios. Se utilizarán tomas siamesas de 64 mm con válvulas de no-retorno; se colocará una toma por fachada o una por cada 90 m de fachada. La tubería será de acero soldable o fierro galvanizado C-40 y deberán pintarse con esmalte rojo; d) Cada piso tendrá gabinetes con salidas contra incendio, con mangueras que cubran un radio mínimo de 30 m. La separación entre gabinetes no será mayor de 60 m; uno de los gabinetes deberá estar cerca del cubo de escaleras; e) Las mangueras deberán ser de 38 mm de diámetro y estar conectadas permanentemente; f) La presión en cada toma de salida para manguera no debe exceder la presión de 4.20 kg/cm2. a)

El D.D.F. se reserva el derecho de autorizar cualquier otro tipo de sistema de prevención contra incendios, distinto al de las redes de hidrantes. Los simulacros de incendio, deberán realizarse cada seis meses, por lo menos. Los artículos siguientes, del 123 al 126, establecen las características que deben cumplir los materiales en recubrimientos, cortinas, plafones, etc., así como diversas medidas de precaución, como serían las alarmas contra incendio y la utilización de letreros en escaleras y elevadores. Los artículos 127 y 128, establecen la obligatoriedad de ventilación en las azoteas, de los ductos de instalación y de conducción de materiales. Los materiales decorativos de tipo inflamable, están reglamentados en los artículos 129 y 130. Los artículos 131 y 132, se relacionan con el diseño de chimeneas e instalación de estufas, a fin de evitar el paso de gases al interior del edificio. El artículo 133, establece la obligatoriedad de uso de materiales a prueba de fuego, en pasillos de circulación. El artículo 134, establece para estacionamientos de vehículos, la obligación de colocar areneros. El artículo 135, establece condiciones de construcción para casetas de proyección. El artículo 136, establece la necesidad de avalar la responsabilidad del diseño del sistema contra incendios, por un perito. Finalmente, el artículo 137, indica que cualquier caso no previsto en el reglamento, será resuelto por el Departamento del Distrito Federal. -

3.9.2 REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DEL MUNICIPIO DE MÉRIDA www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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El Reglamento de Construcciones para el Municipio de Mérida, indica en el Capítulo LXXXII "Dispositivos de Seguridad", del Título Octavo, "Usos y Conservación de Edificios", las distintas disposiciones relacionadas con el diseño de sistemas contra incendio. Los artículos que cubren estos aspectos son los que van de artículo 491 al artículo 507. Los artículos 491 y 492, establecen la obligatoriedad de cumplir en las construcciones con las medidas de seguridad que establece el Reglamento. Los artículos 493, 494, 495, 496, 497, 498 y 499, indican la necesidad de utilización de puertas de emergencia, de señalamientos, de alarmas y de iluminación de emergencia, así como las características de las mismas. El artículo 500, establece la siguiente clasificación de edificaciones: I) Habitación, comercio, oficinas y baños públicos; II) Hospitales, industrias, salas de espectáculos, centros de reunión abierto y cerrados, terminales de transporte, edificios para la educación, hoteles, bodegas y estacionamientos; y III) Gasolineras, estaciones de servicio, depósito de materiales inflamables y laboratorios. El artículo 501, establece los dispositivos de seguridad conque deben contar las edificaciones del tipo 1 del artículo anterior. Menciona lo siguiente: I. a) b)

Los edificios con una altura menor de 12 m o menores de 500 M2 de superficie deberán contar con:

construida,

Extinguidores contra incendio, localizados en lugares visibles y fácilmente accesibles. Contarán con centros de carga e iluminación de emergencia. II.

Los edificios con altura mayor de 12 m o con superficie construida de mas de 500 m 2, deberán contar, además de lo mencionado anteriormente, con: Tanques para almacenar agua en proporción de lo l/m2 construido, reservada exclusivamente para combatir incendios. La capacidad mínima será de 5,000 1. b) La red hidráulica contra incendios deberá estar dotada de tomas siamesas de 64 mm de diámetro. Se colocará una toma de este tipo en cada fachada y, en su caso, una cada 90 m de fachada. c) Deberá tener válvula de no-retorno en la cisterna. d) Los gabinetes para conexiones de manguera, deberán estar en cada piso y, deberán ser en número tal, que cada manguera cubra un área de 30 m de radio y su separación no sea mayor de 60 m. e) Las mangueras deberán ser de 38 mm de diámetro y deberán estar conectadas permanentemente. f) Deberán tenerse dispositivos de seguridad, tales como puertas de emergencia, señalamientos y sistemas de alarma. a)

El artículo 502, establece los requerimientos para las edificaciones del tipo II, mencionadas en el artículo 500, como son hospitales, industrias, etc. Establece lo siguiente: I. Las edificaciones menores de 12 m y con áreas construidas hasta 1000 m2 deberán tener los dispositivos mencionados en el artículo anterior y además: a)Extinguidores con almacenamiento de 1 kg P.Q.S. a, b, c por cada 15 m2 útiles. II. Los edificios de más de 12 m o con superficie construida mayor a 1000 m2, deberán contar con los dispositivos señalados en el artículo anterior, con las modificaciones siguientes: a)Tanques para almacenar agua en proporción de 20 l/ m2 construido, con 1 0,000 1 como mínimo, a excepción de los hoteles que deberán tener una capacidad de 40 l/ m2 y 20,000 1 como mínimo. b)

c)

Contarán con dos bombas automáticas, una eléctrica independiente del suministro de energía a la red del edificio y otra con motor de combustión interna, con capacidad mínima de 20 1 de combustible, exclusivamente para surtir con ¡opresión necesarias¡ sistema de mangueras del edificio. Los estacionamientos deberán contar con los dispositivos señalados para edificios con altura de hasta 12 m.


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El artículo 503, indica los requerimientos para los edifici os de la fracción 111 del artículo 500. Estos deberán contar con los dispositivos indicados en el artículo 501, para edificios con altura mayor de 12 m, con las modificaciones siguientes: a) b)

Los extinguidores tendrán un almacenamiento de 1 kg P.Q.S. a, b, c por cada 7.5O m2 construidos. Los tanques de almacenamiento tendrán capacidades de 40 l/ m2 construido y la reserva mínima será de 20,000 1.

Los artículos 504 y 506, establecen la necesidad de probar los dispositivos de seguridad, tales como extinguidores, mangueras, red hidráulica, a fin de garantizar el correcto funcionamiento de los mismos. El artículo 505, prohíbe la utilización de agua para combatir incendios, en los talleres eléctricos. El artículo 507, establece como presión mínima en el sistema hidráulico 3.50 kg/cm2 durante tres minutos. Se indica que la prueba deberá realizarse, por lo menos, una vez cada ciento veinte días. Así, podemos considerar que, en el diseño de los sistemas contra incendio, debemos conocer y analizar el reglamento de construcción que rige en el área, a fin de evitar problemas y inequívocos.

3.10 ALBERCAS Las albercas o piscinas son construcciones que se realizan comúnmente con fines recreativos, aunque pueden ser utilizadas con otros fines, tales como competitivos y medicinales. En esta sección trataremos sobre los distintos accesorios que son necesarios para la correcta operación de una alberca y, describiremos cada uno de los elementos que la integran. En los reglamentos de construcción se establece la necesidad de equipar a las albercas con ciertos dispositivos, a fin de permitir que el uso y mantenimiento de la misma sea satisfactorio. Así, comentaremos y explicaremos cada uno de los dispositivos que se recomiendan para las albercas, en especial, los equipos de filtración.

3.10.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ALBERCAS Dependiendo del uso de las albercas, éstas las podemos clasificar en tres tipos: a)

Recreativa: como su nombre lo indica se utiliza con fines de esparcimiento y diversión. Según su tamaño podría ser residencial o, en el caso de clubes y hoteles, semi-pública.

b)

Competitiva: es aquella que se utiliza con fines de competencia de nado y debe cumplir ciertas especificaciones en cuanto a dimensiones y características. Puede ser olímpica o semiolímpica.

c)

Medicinal: se utiliza para la realización de ejercicios terapéuticos, de aplicación de medicamentos, etc.

Las piscinas comúnmente utilizadas son las recreativas, y hacia ellas dirigiremos nuestros comentarios. Según estudios realizados se recomiendan, como dimensiones mínimas de las mismas, considerar 1.20 m2 de área de alberca por persona, para los casos de clubes y hoteles. Asimismo, del total de usuarios potenciales, el 30% podría estar simultáneamente en la alberca, por lo que el resto de los usuarios no la utilizará. En lo referente a su ubicación, ésta deberá estar en un lugar en que resulte accesible a la mayoría de los usuarios, en un lugar asoleado y libre de obstáculos que impidan el paso de los rayos solares; pero también deberá existir cierta protección contra vientos que puedan acarrear polvo y material flotante, por lo que sería conveniente la construcción de muros perimetrales o la ubicación de plantas de poca altura en el perímetro de la alberca. www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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En relación con los tiempos de recirculación de filtrado del agua de las albercas, éstos varían dependiendo del uso de las mismas. Puesto que los reglamentos establecen la obligatoriedad de colocación de filtros en las albercas, se recomiendan para las mismas los siguientes tiempos de recirculación: Entiéndase por tiempo de recirculación, el tiempo en que tarda la bomba en recircular, a través del filtro, toda el agua contenida en la alberca. En general, mientras mayor uso tenga la alberca, el agua de la misma deberá ser renovada o recirculada en menor tiempo.

3.10.2 COMPONENTES DE UNA ALBERCA Para facilitar el uso y mantenimiento de una alberca, es recomendable que cuente con los siguientes dispositivos: -

Desnatador Boquilla de barrido Dren de fondo Boquilla de retorno Rebosadero Equipo de filtrado: prefiltro, bomba, filtro Tuberías: inyección, succión, alimentación, desagüe

La figura 3.17., muestra los dispositivos mencionados anteriormente, mismos que describiremos a continuación.


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Figura 3.17. Instalaciones de una alberca www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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a)

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Desnatador. Es un dispositivo que se utiliza para evitar la construcción de rebosaderos perimetrales (véase la figura 3.18); tiene como objetivo recolectar el material flotante en la piscina, como son hojas, papeles, aceites, etc. Se deben colocar orientados hacia los vientos dominantes y enfrente de las boquillas de retorno. El número de desnatadores que se colocarán está en función del uso de la alberca: en residenciales, se debe colocar uno por cada 75 m2 y en albercas públicas, uno por cada 45 m2. El desnatador consta de un cuerpo cilíndrico con una toma frontal, en forma rectangular, por la cual ingresa el agua de la piscina; en dicha abertura se encuentra una compuerta móvil que, una vez que el material flotante ha ingresado al desnatador, impide el retorno del mismo a la piscina. En su interior, se tiene una canasta que retiene el material flotante grueso y que podrían dañar el equipo de filtrado si llegara a éste. Una vez retenido el material grueso mencionado, el agua es succionada y recirculada por el filtro de la alberca, para su posterior retorno.

Figura 3.18. Desnatador

b)

Boquilla de barrido. Son salidas de las líneas de succión del sistema de recirculación de la alberca, a las que se les conectan barredoras de vacío subacuáticas; éstas trabajan de manera sincronizada con el equipo de recirculación, extrayendo el material que ensucia la alberca. Las boquillas se colocan a 35 cm por debajo del nivel de agua de la piscina, en un solo nivel. Se recomiendan diámetros mínimos de 38 mm (1 1/2").

c)

Dren de fondo. Tiene como función principal absorber toda el agua del fondo de la alberca, con la acción del equipo de bombeo del filtro, para su limpieza y purificación. Se construye de plástico, de fierro fundido, etc.


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Este dren debe tener un área libre de paso de cuatro veces el área transversal de la tubería de succión, a fin de evitar velocidades mayores a 45 cm/s, con lo que se impide la generación de vórtices que pueden generar ingreso de aire al sistema de recirculación. d)

Boquilla de retorno. Se utilizan para distribuir, en su retorno, el agua filtrada a la alberca; éstas, generalmente, se instalan en las paredes opuestas a los desnatadores, a fin de crear una corriente superficial que arrastre el material flotante hacia los aquellos. La velocidad de salida no debe ser mayor a 6 m/s y deberán colocarse a 40 o 60 cm por debajo de la superficie libre del agua de la alberca. El número de boquillas es una función del gasto que permite cada una de ellas y de la capacidad de la bomba. No. de boquillas =Capacidad de la bomba/Gasto de la boquilla

e)

Rebosadero. Son dispositivos que se utilizan para mantener constante el nivel del agua en las albercas, al ingresar agua en exceso hacia las mismas. Los rebosaderos cuentan con un sistema de recolección conectados a los mismos, de tal manera que el agua sobrante, es conducida hacia el sistema de filtrado o al desagüe, según sea la instalación.

f)

Equipo de filtrado. Constan de prefiltro, bomba y filtro. El prefiltro, se coloca en la tubería de succión antes del equipo de bombeo; tiene como función principal retener la basura que viene de la piscina, y evitar con esto daños a la bomba. La bomba de recirculación es fundamental para lograr la limpieza y purificación del agua de la alberca; succiona el agua de la alberca, haciéndola pasar por el filtro, para después regresarla a la piscina. El filtro, es el elemento en el que se realiza propiamente la eliminación de los agentes contaminantes del agua; se tienen varios tipos de filtros: de tierras diatomáceas, de gravas y arena y de cartucho; más adelante hablaremos de ellos. A fin de lograr una operación eficiente de estos dispositivos, se recomienda instalarlos en un cuarto de máquinas, que esté lo más bajo en relación con el nivel del agua de la alberca, a fin de mantener cargas positivas, en los equipos de bombeo.

g)

Tuberías. En las instalaciones de recirculación de las piscinas se tienen varios tipos de tuberías; las más comunes son las siguientes: la de inyección, la de succión, la de alimentación y la de desagüe. La tubería de inyección o de retorno del filtro, como su nombre lo indica, ingresa el agua a la alberca una vez que ha pasado por el filtro. La tubería de succión, en algunos casos conocida como tubería de vacío o aspiración, succiona el agua de la alberca, para hacerla pasar por el filtro; en estas tuberías se conectan las barredoras de vacío, así como los desnatadores. La tubería de alimentación se utiliza para suministrar el agua a la piscina; generalmente cuenta con un sistema de bombeo independiente del filtro de la alberca. La tubería de desagüe, desaloja el agua de la piscina hacia un pozo de absorción, o hacia el tipo de disposición con el que cuente la alberca.

3.11 FILTROS DE ALBERCAS Los filtros son los elementos en los que se realiza la eliminación de los residuos que contiene el agua de las albercas. Estos son de tres tipos:

- De tierras diatomáceas - De arena y grava www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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- De cartucho A continuación describiremos las características más importantes de cada uno de ellos. a)

Filtro de tierras diatomáceas: este tipo de filtro asegura un filtrado de alta calidad. Es un sistema que permite la remoción de impurezas suspendidas con tamaños de 1.5 micras, incluyendo las más variadas formas de algas. La acción filtrante es ejercida por la diatomas o tierras diatomáceas, que son depósitos de polvo silícico de color blanco, y tiene 2'500,000 aberturas, aproximadamente, por pulgada cuadrada. El costo del filtro de este tipo, no ha permitido su popularización.

b)

Filtros de gravas y arenas: son los más antiguos y populares, ya que se utilizan hace más de 25 años (Figura 3.19). Cuando está en modo de filtración, el agua siempre fluye de la parte superior hacia la parte inferior del mismo; en su interior, tiene material graduado de gravas y arenas, que es atravesado por el agua que es bombeada, de tal manera que dicho material, retiene las partículas de suciedad que contenga. Después de cierto tiempo, los residuos acumulados en el filtro causan una resistencia al flujo, y la eficiencia de filtración de éste disminuye; esto nos indica que se hace necesario el lavado del filtro o retrolavado. Es importante tener cuidado en la colocación de la grava y la arena en el interior del filtro, ya que si es mal colocada, las tuberías no asentarán correctamente, por lo que será necesario sacar todo el material, y comenzar nuevamente el proceso. La arena que contiene este tipo de filtro es de 0.45 mm a 0.55 mm, que se conoce como arena sílica grado alberca No. 20; esta arena es el medio removedor de suciedad. Los problemas que comúnmente se presentan, así como sus causas son los siguientes: 1. Bajos flujos de retorno: -

El filtro requiere retrolavado. La canastilla del desnatador o el prefiltro pueden contener demasiados residuos. Pueden existir fugas en la línea de succión. La presencia de burbujas en la alberca, confirma que la fuga está en la succión de la bomba. Las tuberías de drenaje podrían estar obstruidas, requiriéndose la remoción de las arenas del filtro para la limpieza de las mismas.

2. Ciclos cortos de filtrado: -

Podrían existir algas en exceso en el agua. Se sugiere una supercloración. Podrían existir desequilibrios químicos en el agua. El filtro de arena podría estar endurecido, por lo que se recomienda retirar una pulgada de espesor de dicha capa. Un exceso de aceites o basuras podría originar que la arena se embolle; se hace necesario reemplazar todo el material filtrante.

3. Agua sucia: -

El gasto a través del filtro podría ser bajo debido a obstrucciones o dimensiones pequeñas de la tubería de succión-retorno. Se requiere la limpieza de tuberías o el cambio a mayores diámetros, a fin de solucionar el problema. El filtro podría ser pequeño con relación a su uso. La bomba podría ser conectada en forma errónea, por lo que la circulación en el filtro se realiza en sentido inverso, y en consecuencia, no se tiene un filtrado.


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Figura 3.19. Filtro de gravas y arenas

c)

Filtros de cartucho: este tipo de filtro ha tenido una aceptación creciente en los últimos años debido, principalmente, a la mejor calidad de los elementos filtrantes. La forma de los filtros no varía mucho: son elementos cilíndricos con acceso en la parte superior del mismo, que retienen la tierra, los residuos, etc., cuando el agua pasa en su interior, en su flujo en forma radial, hacia la salida de los elementos en un colector de alimentación y retorna a la alberca. La figura 3.2O., muestra este tipo de filtro.


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Figura 3.20. Filtro de cartucho

La filtración se inicia tan pronto como el flujo se hace permanente a través del filtro. Conforme el filtro de cartucho remueve los residuos del agua de la alberca, la suciedad acumulada origina una resistencia al flujo; como resultado de lo anterior, la presión podría elevarse y el flujo disminuir. Cuando la presión se eleva de 0.50 kg/cm2 a 0.70 kg/cm2 por encima de la presión inicial, o cuando el gasto disminuye por debajo del deseado, se hace necesario el reemplazo o la limpieza del cartucho del filtro. El elemento del filtro puede ser limpiado a presión dentro y fuera con una manguera de jardín; después de sacar el cartucho, para mejores resultados, permita el secado del mismo antes de limpiarlo. El cartucho es más fácil de limpiar cuando está seco. Las algas, los bronceadores y aceites solares pueden formar una costra en los pliegues del cartucho, que podría no ser removida mediante la limpieza. Para remover tales materiales, es preciso remojar los cartuchos en una solución limpiadora de elementos filtrantes. En algunos casos se hace necesario el reemplazo del elemento filtrante. El problema más común en este tipo de filtro es el relacionado con su limpieza; otros inconvenientes se presentan cuando las bombas al estar sobrediseñadas, producen gastos o presiones excesivas, que podrían dañar los elementos por el aplastamiento de sus pliegues o dobleces o cuando se incrustan residuos o basuras en el material filtrante, de tal manera que no pueden ser removidos por los métodos usuales de limpieza. Otro problema común ocurre cuando se produce la ruptura o el www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc001/CAP3/CAP3.htm

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EQUIPOS HIDRONEUMATICOS

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