“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”
SERVICIO DE AGUA CALIENTE
2017 CURSO
:
INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y SANITARIAS
DOCENTE
:
ING. AURELIO MENDOZA MONTENEGRO
ALUMNA
:
ZEGARRA GARCÍA ROSA ELIZABETH
FACULTAD
:
INGENIERÍA CIVIL PIURA – PERÚ
Universidad Nacional de Piura
INTRODUCCIÓN
En el presente informe se explicará de los Sistemas de Agua Caliente Sanitaria, éstos están muy extendidos en nuestra sociedad. En la actualidad consideramos el agua caliente como un requisito de confort imprescindible en nuestras vidas. Los sistemas de preparación y distribución de agua caliente evolucionaron de la mano de la ingeniería hidráulica y energética hasta el punto de poder convertirse en un bien común al alcance de la mayoría de la población. La finalidad de este trabajo es mostrar la importancia de tener un buen servicio de agua caliente así como su diseño correspondiente, mediante la aplicación de ejercicios.
1. SERVICIO DE AGUA CALIENTE: 1.1. Definición: El agua caliente sanitaria (ACS) es agua destinada a consumo humano (potable) que ha sido calentada. Se utiliza para usos sanitarios (baños, duchas, etc.) y para otros usos de limpieza (fregado de platos, lavadora, lavavajillas, fregado de suelos). Normalmente el agua procede de la instalación de agua del edificio. En muchos países está considerado un servicio básico y obligatorio en las viviendas. El agua caliente doméstica se proporciona por medio de aplicaciones del calentador de agua, o a través de la calefacción urbana. El agua caliente de estas unidades entonces se instala por tuberías a los diferentes conductos y demás que requieran el agua caliente, tal como lavaderos, fregaderos, bañeras, duchas, lavadoras, y lavaplatos.
Los accesorios son los dispositivos que utilizan el agua sin una fuente adicional de energía. Incluyen, por ejemplo:
Grifos conocidos como llave o pluma.
Tocadores,
Orinales
Lavaderos, fregaderos, y lavabos, bañeras y duchas
Fuentes de beber (sin enfriar o sin calentar)
Las aplicaciones son los dispositivos que utilizan el agua junto con una fuente adicional de energía, por ejemplo:
Lavaplatos
Lavadoras de ropas
Rociadores
Congeladores
Calentadores de agua
Sistemas de la filtración del agua
Refrigeradores de agua.
1.2. Sistemas básicos: Los dos sistemas básicos que cualquier usuario puede usar para conseguir agua caliente en su casa son el productor instantáneo y el sistema por acumulación. Cada uno de tiene sus ventajas e inconvenientes, siendo necesario conocer sus principales características. 1.2.1. El sistema de calentamiento instantáneo: permite que el agua se caliente en función del consumo de cada hogar, es el que utilizan los calentadores. La principal ventaja de este sistema es que no se necesita mantener el agua caliente acumulada, lo que evita un mayor coste energético. Debido a estas características resulta el más apropiado para familias no numerosas, donde haya pocas personas viviendo o dónde su uso sea muy puntual, a primera hora de la mañana o a última de la noche. Si el consumo de agua caliente va a ser continuo es aconsejable el
sistema de acumulación.
1.2.2. Producción por acumulación: es el sistema que mantiene el agua caliente en un depósito aislado para que pueda utilizarse en cualquier momento del día. Los especialistas recomiendan este sistema cuando se sabe de antemano que el consumo de agua caliente puede ser continuo. Las desventajas de este tipo de sistema, que además de acumulación es conocido como terma ( calentador), es el considerable coste de la energía y que el depósito ocupa un mayor espacio, ya que los modelos más pequeños mantienen en su reserva alrededor de 60 litros de agua. 1.2.3. Sistemas mixtos: Como alternativa a los dos sistemas más utilizados se encuentran los de tipo mixto, que combinan una determinada acumulación de agua caliente para su uso a lo largo del día, pero que también cuentan con un sistema de producción instantánea. Estos híbridos entre calentador y caldera tienen un depósito de menor capacidad, y sus precios varían según la potencia y la capacidad de acumulación del depósito. Elegir el sistema idóneo es posible si se tiene en cuenta el lugar donde está situada la vivienda y el clima predominante en la zona. Además, es muy importante tener en cuenta la cantidad de personas que habitan la casa y sus costumbres respecto a la utilización del agua. Las claves para inclinarse por uno de estos sistemas se halla en su capacidad y la cantidad de agua caliente que se utilizará habitualmente. 1.3. Elementos: Los elementos que constituyen un sistema de Agua caliente sanitaria son: • Acometida de Agua Fría de Consumo Humano (AFCH). • Generador de calor: es el elemento o grupo de elementos destinados a elevar la
temperatura del agua fría. Existen multitud de posibilidades para elevar la
temperatura del agua. En algunas instalaciones, típicamente las de menor tamaño, se utilizan calderas o calentadores que actúan calentando directamente el AFCH. En las instalaciones de mayor tamaño se usan intercambiadores de calor, diferenciándose el circuito de ACS del circuito de agua de caldera. • Red de suministro: conjunto de tuberías que transportan el agua atemperada
hasta elementos terminales. • Acumulador:
depósito o depósitos que almacenan el agua caliente,
incrementando la inercia térmica del sistema y permitiendo la utilización de generadores de calor de potencia inferior a la demanda máxima puntual del sistema. • Elementos terminales: grifos, duchas que nos permiten el uso y disfrute del ACS. • Circuito de retorno: red de tuberías que transportan el agua de vuelta desde los
puntos más alejados de la red de suministro hasta el acumulador. Su objeto es mantener un nivel aceptable de temperatura del agua caliente en toda la red de suministro, aun cuando los elementos terminales no demanden consumo durante largos periodos de tiempo.
1.4. Recomendaciones para su instalación: a. Las instalaciones de agua caliente de una edificación, deberán satisfacer las necesidades de consumo y seguridad contra accidentes. Se deberá considerar un espacio independiente y seguro para el equipo de producción de agua caliente. b. Deberán instalarse dispositivos destinados a controlar el exceso de presión de los sistemas de producción de agua caliente. Dichos dispositivos se ubicarán en los equipos de producción, o en las tuberías de agua fría o caliente próximas a él, siempre que no existan válvulas entre los dispositivos y el equipo; y se graduarán dé tal modo que puedan operar a una presión de 10% mayor que la requerida para el normal funcionamiento del sistema. c. Deberá instalarse una válvula de retención en la tubería de abastecimiento de agua fría. Dicha válvula no podrá ser colocada entre el equipo de producción de agua caliente y el dispositivo para controlar el exceso de presión. d. Deberán instalarse dispositivos destinados a controlar el exceso de temperatura en los sistemas de producción de agua caliente. e. Los escapes de vapor o agua caliente, provenientes de los dispositivos de seguridad y control, deberán disponerse en forma indirecta al sistema de drenaje, ubicando los sitios de descarga en lugares que no causen accidentes. f. El sistema de alimentación y distribución de agua caliente estará dotado de válvulas de interrupción como mínimo en los siguientes puntos: o
Inmediatamente después del calentador, en el ingreso de agua fría y salida de agua caliente.
o
En cada servicio sanitario.
1.5. Consumo de Agua Caliente: La dotación de agua caliente serán las que se establecen a continuación. Las cantidades que se fijan son parte de las dotaciones de agua establecidos en el item 7 de la presente norma (IS-010). a. Residencias unifamiliares y multifamiliares, según la siguiente tabla: Número
de Dotación diaria
dormitorios
por en litros
vivienda
1
120
2
250
3
390
4
420
5
450
Más de 5, a razón de 80 L/d, por dormitorio adicional.
b. Hoteles y Pensiones, según la siguiente tabla:
Hoteles y Pensiones Dotación diaria
150 ltrs/dormitorio
Esta cifra no incluye las dotaciones para otros servicios anexos, tales como restaurantes, bares, salones de baile, barberías y lavanderías. c. Restaurantes, según la siguiente tabla:
Restaurantes rea útil del local en m2
Dotación diaria
Hasta 60
900 ltrs.
61 a 100
15 ltrs/m2
Más de 100
12 ltrs/m2
En aquellos restaurants donde se elaboran alimentos para ser consumidos fuera del local, se calculará una dotación complementaria a razón de 3 litros por cubierto preparado para ese fin. d. Residencias estudiantiles, según la siguiente tabla:
Residencias estudiantiles Dotación diaria Residentes y Personal
50 ltrs/persona
e. Gimnasios, según la siguiente tabla: Gimnasios
Dotación diaria
10 ltrs/m2 de área útil
f. Hospitales, clínicas y similares, según la siguiente tabla:
Hospitales
y
clínicas
con 250 L/d x cama.
hospitalización. Consultorios médicos.
130 L/d x consultorio.
Clínicas dentales.
100
L/d
x
unidad
dental.
1.6. Distribución: a. La distribución de agua caliente desde el equipo de producción a los aparatos sanitarios o puntos requeridos, se puede realizar con o sin retorno de agua caliente. b. El sistema sin retorno se permitirá solamente en instalaciones con calentadores individuales. c. El sistema con retorno deberá utilizarse en aquellos edificios donde se instalen equipos centrales de producción de agua caliente. d. Las tuberías de alimentación de agua caliente se calcularán de acuerdo con lo establecido en el item 7 (Norma IS-010). 1.7. Cálculo de la capacidad del equipo de producción y capacidad del tanque de almacenamiento: Para el cálculo de la capacidad del equipo de producción de agua caliente, así como para el cálculo de la capacidad del tanque de almacenamiento, se utilizarán las relaciones que se indican a continuación, en base a la dotación de agua caliente diaria asignada, según la siguiente tabla:
Tipo de edificio
Capacidad
del Capacidad horaria del
tanque
de equipo de producción
almacenamiento en de agua caliente, en relación
con relación con la dotación
dotación diaria en diaria en litros. litros.
Residencias
1/5
unifamiliares
1/7
y
multifamiliares. Hoteles, apart hoteles, 1/7
1/10
albergues. Restaurantes
1/5
1/10
Gimnasios.
2/5
1/7
Hospitales y clínicas, 2/5
1/6
consultorios
y
similares.
Las capacidades del equipo de producción de
agua
caliente
almacenamiento,
y
del
podrán
tanque
de
también
determinarse en base a los gastos por aparatos sanitarios.
1.8. Calentador de agua: 1.8.1. Definición: Un calentador de agua, o calentador de lava, calefón, caldera o boiler es un dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. Entre los usos domésticos y comerciales del agua caliente están la limpieza, las duchas, para cocinar o la calefacción. A nivel industrial los usos son muy variados tanto para el agua caliente como para el vapor de agua. Éste funciona con electricidad, gas LP, gas natural o energía solar. Actualmente, se han puesto de moda los de paso, aunque el de mayor demanda en nuestro país es el depósito o almacenamiento.
1.8.2. Tipos de calentadores: 1.8.2.1.
Calentador de depósito:
Este tipo de boiler se caracteriza por tener un tanque interno en el cual se almacena el agua. Ahí se calienta hasta llegar a la temperatura seleccionada en el termostato, punto en el cual se apaga automáticamente. Cuando el agua del depósito se enfría o se usa, se repite el proceso.
Para elegir un calentador de este tipo debes considerar el número de personas que habitan la vivienda o bien el número de servicios simultáneos,
esto con el fin de comprar el tamaño adecuado a tus necesidades. El número de servicios se mide de la siguiente manera: 2 SERVICIOS
1 SERVICIO
½ SERVICIO
Uso de lavadora o baño en tina
Baño en regadera
Lavabo
1.8.2.1.1.
Tamaños de calentadores de depósito:
La siguiente tabla te ayudará como guía para determinar el tamaño según las características de uso: Número de personas 1
Número de servicios
Litros
De 1 a 3
De 20 a 100
De 1 a 2
4
De 101 a 130
3
5
De 131 a 150
4
6
De 151 a 200
5 ó más
Más de 6
Más de 200
Fuente: elaboración propia con información de Calorex y Lowe's, 2006
Otro elemento a considerar en este tipo de calentadores es el tiempo de recuperación, es decir, la cantidad de litros que el boiler calienta por minuto. Por ejemplo, un boiler con capacidad de 200 litros puede tardar de 35 a 50 minutos en calentar su depósito, pero la rapidez con lo que lo haga depende
del
modelo
o
la
marca
del
aparato.
Si tu demanda de agua caliente es constante te recomendamos adquirir un calentador con el menor tiempo de recuperación posible, esta información
puedes solicitarla directamente con el proveedor o bien, consulta el sitio del fabricante.
Por último, toma en cuenta el lugar en donde se colocará, toda vez que un calentador para uso doméstico puede tener una altura desde 50 hasta 170 cm.
Los boilers de depósito funcionan ya sea con electricidad o gas. Los eléctricos se recomiendan para interiores debido a que no emiten contaminantes, mientras que los de gas LP o natural siempre deben usarse en exteriores.
Para darte una idea sobre el precio de algunos calentadores la Dirección General de Estudios sobre Consumo (DGEC) de Profeco realizó un levantamiento del 2 al 20 de octubre de 2006. En la siguiente tabla se presentan los precios para este tipo de boilers. 1.8.2.2. Calentadores de paso de rápida recuperación:
El funcionamiento de este tipo de boiler es similar al de depósito, la diferencia radica en que el agua fría entra por tubos previamente calientes y al llegar al depósito, el cual es más pequeño que el de los calentadores anteriores, tarda menos en calentar. Así, el abastecimiento de agua caliente es constante.
En este tipo de aparatos la capacidad de calentamiento se mide en litro por minuto (l/min), lo cual depende de la presión del agua, por ello algunas marcas tienen dos referencias: nivel del mar y Ciudad de México.
Si al buscar tu calentador encuentras únicamente una referencia, ésta se refiere al nivel del mar, si vives en la Ciudad de México debes restarle 1 ó 2 números para obtener la capacidad correcta.
Para elegir un calentador de rápida recuperación debes tomar en cuenta el número de servicios simultáneos, como se muestra a continuación.
1.8.2.2.1.
Capacidad
de
calentamiento
de
calentadores
de paso de rápida recuperación:
Número de Capacidad (litros/min.) servicios 1 Menos de 8 1 1/2 De 9 a 10 2 De 11 a 15 2 1/2 De 16 a 20 3 De 21 a 25 Este tipo de calentador es más pequeño que el de depósito, su altura va desde 45 a 122 cm. de altura y funciona con gas LP o natural
1.8.2.3. Calentador de paso instantáneo:
Este se caracteriza por no tener depósito, el calentamiento se hace durante el recorrido de agua fría en el serpentín (tubería interna). La elección de la capacidad del aparato depende también del número de servicios
simultáneos por lo que la tabla de referencia es la anterior. Estos calentadores también utilizan gas LP o gas natural aunque algunas marcas tienen modelo que pueden ser utilizados en interiores. 1.8.2.3.1.
Ventajas:
Al igual que el de rápida recuperación se obtiene agua caliente sin límites y sin tiempo de espera.
Ahorro de gas, toda vez que funciona sólo al solicitar agua caliente, además no usa pilotos. De acuerdo con algunos fabricantes el ahorro en gas va de 40 a 70%.
Ahorra espacio debido a que miden de 50 a 80 cm. 1.8.2.3.2.
Es
Desventaja:
que la presión de agua debe ser constante, esta puede verse afectada
por el suministro de agua de las empresas locales o por el tipo de construcción, especialmente edificios, por lo que es necesario instalar una bomba.
Por lo general, en las tiendas o ferreterías que ofrecen calentadores hay personal que determinan la instalación de dicha bomba, o bien, puedes llamar a servicio al cliente del fabricante para que envíen un técnico a tu domicilio.
.
La elección de un calentador depende de la demanda de agua caliente que tu familia requiera, pero además debes considera factores como el lugar en donde se instalará o el ahorro de energía. A continuación te presentamos un cuadro resumen con las características de los tres tipos de calentadores vistos.
Tipo de calentador
Tamaño
Agua caliente
Energía utilizada
De depósito
Mediano Limitada Electricidad, a grande gas LP y natural
Ahorro Tiempo de de vida energía estimado No
De 10 a 15 años
No
No
De paso de Mediano Ilimitada rápida recuperación
Gas LP y natural
Sí
15 años
De paso instantáneo
Gas LP y natural
Sí
De 15 a 20 años
Pequeño Ilimitada
Utiliza bomba de presión
Depende de la presión mínima Fuente: Elaboración propia con información de diversos fabricantes, 2006.
1.8.2.4.
Calentador eléctrico:
El diseño y la fabricación de este tipo de calentador son semejantes a los del calentador de depósito, la diferencia radica en que el elemento calefactor es una resistencia eléctrica y la temperatura se controla mediante un termostato eléctrico. Estos equipos sólo requieren corriente eléctrica como combustible.
Estos calentadores llevan una resistencia que está hecha con un alambre que presenta mucha oposición al paso de la electricidad que como efecto colateral produce mucho calor.
Estas resistencias van encapsuladas en un tubo y se sellan con resina aislante.
El calentador tiene un depósito de agua que se calienta con esta resistencia, el tamaño del depósito depende de la cantidad de persona que se van a bañar, el calentamiento es muy rápido. 1.8.2.4.1.
Beneficios
de
instalar
instantáneo:
Ahorra luz gracias a su eficiencia del 99%.
Agua
caliente
ilimitada
e
instantáneamente en el punto de uso.
Ahorra espacio (31x16x8 cm).
Mayor seguridad gracias a su sensor de temperatura a 81°C y a su certificación internacional.
2 años de garantía.
un
calentador
eléctrico
1.8.2.5. Calentador solar:
Es un sistema que calienta agua sólo con la energía proveniente del sol y sin consumir gas o electricidad.
Un calentador solar de agua consta principalmente de tres partes: El colector solar plano, que se encarga de capturar la energía del sol y transferirla al agua; el termotanque, donde se almacena el agua caliente; y el sistema de tuberías por donde el agua circula. En las ciudades donde se alcanzan temperaturas muy bajas durante las noches, los calentadores deben estar provistos de un dispositivo que evite el congelamiento del agua al interior del colector solar plano.
1.8.2.5.1.
¿Cómo funciona?:
El funcionamiento de un calentador solar de agua es muy sencillo: El colector solar plano se instala normalmente en el techo de la casa y orientado de tal manera que quede expuesto a la radiación del sol todo el día. Para lograr la mayor captación de la radiación solar, el colector solar plano se coloca con cierta inclinación, la cual depende de la localización de la ciudad donde sea instalado.
El colector solar plano está formado por aletas captadoras conectadas a tubos por donde circula el agua, lo cual permite capturar el calor proveniente de los rayos y transferirlo al agua que circula en su interior.
Pero ¿cómo circula el agua por todo el sistema? Esto se logra mediante el efecto
denominado
“termosifónico”,
que
provoca
la
diferencia
de
temperaturas. Como sabemos, el agua caliente es más ligera que la fría y, por lo tanto, tiende a subir. Esto es lo que sucede entre el colector solar plano y el termotanque, con lo cual se establece una circulación natural, sin necesidad de ningún equipo de bombeo.
Y ¿cómo hacemos para mantener el agua caliente? Precisamente, esa es la función del “termotanque”, el cual está forrado con un aislante térmico
para evitar que se pierda el calor ganado.
1.8.3. Determinar: Ejemplo 01: Hallar la dotación diaria, volumen mínimo que debe tener el tanque de almacenamiento y la capacidad de producción del equipo de agua caliente de un hotel. Datos:
174 habitaciones simples
5 habitaciones deluxe
7 suites junior
12 suites senior
5 ariones
4 vestidores. Realizando la suma de todo se obtiene un total de 207 dormitorios en total, para los cálculos se considerará 220 dormitorios pues también hay que considerar los servicios higiénicos que se encuentran fuera de los dormitorios y la cocina.
Dotación diaria: Realizando la multiplicación de la cantidad de dormitorios por la dotación unitaria recomendada se obtiene la dotación diaria de agua necesaria para satisfacer la demanda. = ∗ #
Donde, : Dotación diaria en litros. : Dotación unitaria en litros/dormitorio.
Dotación unitaria: 150 litros por dormitorio Dormitorios: 220 Reemplazando estos valores = 150 ∗ 220 = 33000 = 33 3
Además de la dotación que requieren los dormitorios se debe considerar lo que demanda el gimnasio. Según la tabla 1.6 extraída del reglamento nacional de edificaciones la dotación para gimnasios es de 10 l/m2. Como el área total del gimnasio del hotel es de 230 m2, la dotación necesaria para satisfacer la demanda en este caso sería de 2300 litros. El resultado obtenido es que la dotación diaria total es de 35300 litros, con este dato se puede dimensionar el tanque de almacenamiento y el equipo de generación de agua caliente.
Tanque de almacenamiento: La selección del tanque de almacenamiento de agua caliente se basa en el volumen mínimo que debe ser almacenado de acuerdo al tipo de edificación donde es instalado el sistema de agua caliente. = ó ∗
Donde, : Volumen de almacenamiento en litros. : Dotación diaria en litros
NOTA: La fracción se puede obtener de la tabla 1.7 donde para el caso de hoteles, apart – hoteles y hostales toma un valor de 1/7. Reemplazando, = 1 7 ∗ 35300 = 5043
El tanque de almacenamiento debe tener un volumen mínimo de 5043 litros que equivale a 5.04 m3.
Equipo de producción de agua caliente: En el equipo de producción de agua caliente se debe obtener la capacidad de producción del mismo de acuerdo al tipo de edificio donde se instalará el
sistema y la potencia calorífica que debe ser entregada al agua para aumentar su temperatura hasta la requerida = ó í ∗
La dotación diaria es de 35300 litros y la fracción se puede obtener de la tabla 1.7 donde para el caso de hoteles, apart – hoteles y hostales toma un valor de 1/10. Reemplazando: = 1 10 ∗ 35300 = 3530 /ℎ
La capacidad de producción del equipo de agua caliente sería de 3530 litros/hora. Realizando la conversión de unidades, sabiendo que la densidad del agua es 1 kg/litro y que una hora tiene 3600 segundos, se puede obtener la capacidad de producción en kg/s. = 3530 ∗ 1 3600 = 0.98 /
CONCLUSIONES:
Muchas veces en el diseño de las instalaciones sanitarias se presentan ciertos problemas que imposibilitan o hacen deficiente el funcionamiento de nuestros sistemas de abastecimientos convencionales.
Los artefactos que se pueden utilizar para calentar el agua son de una gran variedad y su elección dependerá de factores de proyecto, rendimiento y costos.
Las instalaciones de agua caliente deben ser proyectadas con especial dedicación en función del proyecto
