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Monografia de instalaciones hidraulicas (Aguas negras)

25/02/2012 - Geilin

1.- INTRODUCCION

El siguiente trabajo es una recopilación tanto como análisis y reestructuración de información tanto bibliográfica como obtenida del Internet sobre el tema "Instalaciones Hidráulicas – Aguas Negras".

El problema físico para el cual la elaboración de esta monografía se basa gira alrededor de la evacuación de aguas negras de unos lavamanos a instalarse, problema que se encuentra contemplado en el proyecto final de la materia "Formulación y Evaluación de Proyectos" impartida por la Ingeniera María Reneé Menjivar; el objetivo del proyecto se basa en la remodelación de la tercera planta de edificios de laboratorios de ingeniería de la Universidad Centroamericana José Simeón Cañas.

Es por eso que en el desarrollo de este trabajo de investigación se dará a conocer toda la información tanto básica como necesaria sobre las Instalaciones Hidráulicas de aguas negras, para así no solamente formarnos una idea más clara sobre como estos trabajan sino que tener los criterios básicos y fundamentales del funcionamiento de las redes de aguas negras.

Estas instalaciones hidráulicas de aguas negras tienen varios sinónimos entre estos se encuentran redes de aguas negras, instalaciones sanitarias, etc. "Estas redes de aguas negras tienen por objetivo retirar de las edificaciones en forma segura, aunque no necesariamente económica, las aguas negras y pluviales; además de establecer obturaciones o trampas hidráulicas, para evitar que los gases y malos olores producidos por la descomposición de las materias orgánicas acarreadas, salgan por donde se usan los muebles sanitarios o por las coladeras en general.

Las instalaciones, sanitarias, deben proyectarse y principalmente construirse, procurando sacar el máximo provecho de las cualidades de los materiales empleados, e instalarse en la forma más práctica posible, de modo que se eviten reparaciones constantes e injustificadas, previendo un mínimo mantenimiento, el cual consistirá en condiciones normales de funcionamiento, en dar la limpieza periódica requerida a través dé los registros.

Cabe mencionar que las instalaciones de aguas negras tanto como otros tipos de instalaciones tales como eléctricas, de agua potable, etc., son de suma importancia ya que usualmente estos son colocados en el interior de la edificación, o más bien que van por dentro de las estructuras; tales como las arterias de nuestro cuerpo. Estas instalaciones no son menos importantes que los acabados, o la forma que se le puede dar al edificio; estas instalaciones juegan un papel muy importante porque sin ellos el edificio no funcionaria adecuadamente.

2.- OBJETIVOS

  • Tratar de dar al lector un conocimiento básico sobre los componentes de las instalaciones de aguas negras
  • Dotar al lector un conocimiento de los términos tanto como de los nombres y funcionamiento de las partes de una red de aguas negras.
  • Correlacionar la presente monografía con los problemas presentados para el proyecto final de la materia "Formulación y Evaluación de Proyectos"

3.- METODOLOGÍA, LIMITACIONES Y ALCANCES

La presente monografía se limita solamente a la explicación y detallado de los componentes principales de las instalaciones hidráulicas de aguas negras. Debido a la extensión y complejidad del tema que incluye tanto una extensa literatura e información en diseño, tipos de materiales, etc., se ha tratado de limitar el trabajo en una explicación breve tanto como concisa de los requisitos principales que una instalación de este tipo debe cumplir; así también se detallan los componentes principales de dichas instalaciones.

El diseño de la investigación documental se encuentra desarrollado mediante la exposición de información importante y necesaria a saber de una red de aguas negras siendo apoyado así mediante la explicación de fundamentos necesarias para la comprensión del tema.

La estructuración es la siguiente, se comienza mediante la explicación de conceptos básicos a conocer, entre los cuales se aborda el tema de aguas residuales, conceptos básicos, redes de evacuación entre otros más que se consideran vitales. Luego al ya tener un fundamento sobre el cual partir, se procede a la exposición de las instalaciones de aguas negras.

4.- ANTECEDENTES

Como antecedentes el problema presentado en el trabajo de la remodelación del la tercera planta del edificio de ingeniería se relaciona a la sustitución de cuatro lavamanos ya existentes los cuales debido al deterioro del material y la edad se encontraban en mal estado.

Así mismo debido a que se removerán los laboratorios de química ya no serán necesarios las conexiones a aguas negras existentes debido a las mesas de trabajo que requerían un desagüe por lo cual se removerán.

5.- INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL

5.1.- GENERALIDADES

Antes de comenzar con la investigación documental hay que entender que es un sistema de evacuación; el cual se puede entender como todo el conjunto de tuberías y elementos complementarios que permiten la evacuación de todas las aguas de desecho de una edificación. La exigencia de tal red es incuestionable para mantener los equipos higiénicos y de comodidad de cualquier comunidad.

Las instalaciones de aguas negras son parte de los sistemas de evacuación de cualquier tipo de edificación tanto residencial, comercial, industrial así como de otras actividades como por ejemplo agrícolas, etc.

Usualmente estas redes son particulare y no se mezclan con otras redes, sin embargo en algunas ocasiones estas se encuentran ligadas con las redes de aguas pluviales, lo se expondrá en el apartado 5.1.2.

Hay que entender que existen dos tipos de redes de aguas negras, las privadas y públicas; las redes privadas son las que se encuentran en las edificaciones con sus respectivos accesorios y sistemas; mientras que las redes públicas incluyen las redes de alcantarillado, desagües, pozos, etc., las cuales transportan los desechos de las redes privadas.

Por motivos de la naturaleza del trabajo se abordarán solamente las redes privadas en lo cual a lo mucho se mencionan algunas componentes de las redes públicas en el apartado 5.2.4.2.

5.1.1.- AGUAS RESIDUALES

En nuestro país generalmente se denomina aguas negras a las aguas residuales, se les llama así porque este tipo de agua tiene un color habitualmente negro. Este tipo de agua se encuentra contaminado con sustancias fecales y orina, procedentes de vertidos orgánicos o animales, la cual cuya importancia requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo. Para tener una mejor concepción de que es un agua residual se presenta la siguiente definición:

"Llamamos aguas residuales a tipo de agua que ha sido afectada adversamente en su calidad por influencia antropogénica, entendiendo a la palabra antropogénica como el efecto, procesos, objetos o materiales derivados de las actividades humanas. El agua residual comprende la descarga de desechos residenciales, comerciales, industriales y agrícolas así como esta puede abarcar un amplio rango de contaminantes potenciales; así también estas pueden incluir a veces las aguas de lluvia"

[Traducido de: Http://en.wikipedia.org/wiki/Wastewater]

5.1.2.- CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS POR SU NATURALEZA

En un sistema de tuberías no solamente se cuenta con aguas residuales sino que también existen las aguas pluviales; dependiendo del origen de procedencia de las aguas estas se clasifican en:

  • Pluviales , las aguas pluviales proceden de la escorrentía de las aguas de lluvia.
  • Urbanas , estas son aguas residuales que proceden exclusivamente de las viviendas
  • Industriales , comprende a las aguas residuales que proceden de las industrias
  • Mixtas , este tipo de agua residual se puede entender que se forman por la agrupación de aguas pluviales, urbanas e industriales, o que no hacen distinción en sus recogidas.

5.1.3.- REDES DE EVACUACIÓN

Las redes de evacuación son las encargadas de conducir los residuos sanitarios al lugar donde se halla dispuesto para tal fin, estas están conformadas por tuberías y redes. Una instalación hidráulica de aguas negras es una de las dos componentes de la redes de evacuación a las cuales también le pertenecen las instalaciones de aguas lluvias.

5.1.3.1.- TIPOS DE REDES DE EVACUACIÓN

El libro "Arquitectura Práctica instalaciones y acabados" volumen 2 de la editorial Océano, estipula en la página 40 los tipos de redes de evacuación y de lo que estas dependen, y estos se presentan a continuación:

  • Unitario: es la red de saneamiento que se dimensiona con capacidad suficiente para absorber las aguas residuales y pluviales conjuntamente.
  • Separativo: pensando con dos redes distintas, una para aguas pluviales y la otra para residuales
  • Seudoseparativo: es la red separativa en la cual, por un lado, se canalizan las aguas pluviales procedentes de las edificaciones y las residuales, mientras por otro, las aguas pluviales de las calles y zonas libres de edificación son recogidas por otros conductos.
  • Doblemente separativo: es el sistema separativo o seudoseparativo donde las aguas residuales urbanas y las industriales discurren por redes independientes.

5.2.- INSTALACIONES DE AGUAS NEGRAS

Ya con la descripción previa de los conceptos fundamentales se procederá a abordar los componentes principales que se deben tener en cuenta para una instalación de aguas negras.

5.2.1.- CONDICIONES FUNDAMENTALES A CUMPLIR

El libro "Aguas Residuales Urbanas" del autor Seoanez Mirguel 1999, estipula en la pág. 130 las condiciones fundamentales que una instalación de aguas negras deben cumplir y estas son:

  • Permitir una evacuación rápida de todas las aguas provenientes de los aparatos sanitarios, y de las aguas sucias o pluviales.
  • Existencia de la red general de alcantarillado, o alguna otra solución alternativa, como pueden ser pozos negros.
  • Evitar la llevada de malos olores provenientes de la red de alcantarillado, y el retroceso del agua.
  • Estanquidad de la red, en el sentido que el agua no se evacue en su totalidad y parte de esta quede remanente en la red de evacuación.
  • Ser resistente a la acción corrosiva de los residuos vertidos, en el sentido en que la red debe ser compatible en cuanto al material, con el tipo de aguas que se va a canalizar a través de ella.
  • Ser accesible para permitir una fácil reparación en el supuesto de averías.
  • Estas deben ser impermeables al agua, al aire y a los gases.
  • Ser lo más ligera posible y con una rigidez que permita pequeños movimientos sin perjudicar su funcionamiento. En este caso esta condición es de gran importancia en nuestro país que se encuentra en una alta zona de riesgo sísmico ya que la red debe ser lo suficientemente fuerte para soportar movimientos del terreno.

5.2.2.- CRITERIO DE DISEÑO

En el mismo libro mencionado en el literal anterior se mencionan los 2 criterios sobre los cuales se debe diseñar una instalación de aguas negras y estos son:

  • Ventilación: en toda red se aconseja disponer de un sistema adecuado de ventilación para la eliminación de las concentraciones de gases tóxicos que desprenden las aguas residuales y así poder evitar riesgos de explosión, malos olores y la corrosión producida por estos mismos gases.

La ventilación es necesaria debido a las presiones producidas en una red, ya que debido a la rapidez de las descarga de los muebles sanitarios, se da origen al golpe de ariete, el cual a su ves provoca presiones o depresiones tan grandes dentro de las tuberías, que pueden en un momento dado dañar sellos y partes de la red; dando oportunidad así de que los gases y malos olores penetren a la edificación.

  • Conductos, tubos o tuberías: no existe ningún conducto que cumpla con todas las exigencias tanto mecánicas, químicas, hidráulicas, facilidad de colocación y menor costo. Es por eso que se emplean distintos tipos de conductos desde prefabricados de PVC, hierro, concreto hasta los construidos en obra.

5.2.3.- SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO

Según el libro "Arquitectura Práctica instalaciones y acabados" volumen 2 de la editorial Océano, estipula en la página 40 que existen tres sistemas de funcionamiento principales de los sistemas de evacuación de aguas negras, estos se describen a continuación:

  • Por gravedad: donde las aguas son canalizadas aprovechando las pendientes dadas a los conductos
  • Por elevación: si, en algún punto, se interrumpe el recorrido por gravedad, las aguas podrán ser elevadas por medios mecánicos para permitirles seguir su curso.

  • Por impulsión: sistema por el cual la elevación del agua se hace mediante la red de presión, siguiendo su fluir por la gravedad.

5.2.4.- ELEMENTOS DE LAS REDES DE AGUAS NEGRAS

A continuación se muestran los elementos más importantes de las rede de aguas negras que comprenden los elementos desde la edificación hasta los componentes más importantes de la red de alcantarillado; dicha información fue tomada y adaptada del libro "Biblioteca ATRIUM de la Construcción, Volumen 3", Editorial Océano, páginas 13, 14 y 15. Así también la información referente a partes de apoyo de la red explicados posteriormente se obtuvo del libro "Manual del Constructor, Volumen 2" Editorial Océano, página 25 y 26.

5.2.4.1.- ELEMENTOS PRINCIPALES

La red interior de evacuación de un edificio está formada por los siguientes componentes:

  • Derivaciones, que son las tuberías que enlazan los aparatos sanitarios con las bajantes. Estas pueden ser simples si solo sirven sólo a un aparato sanitario, o colectivas si sirven a varios. Pueden ir empotradas en las paredes y en el espesor del repello o material de la pared, o colgada debajo de la losa cuando exista cielo falso en el piso inferior.

Estas son generalmente de plomo o de plástico, utilizando con preferencia los tubos de PVC lo cual se debe a su alta calidad y garantiza la estanquidad del sistema. Los diámetros de las tuberías varían desde un mínimo de 75 mm y un máximo de 160 mm para los de gran evacuación, y entre 32 mm y 50 mm si son de pequeña evacuación; la mayoría de derivaciones se instalan con una pendiente del 2 al 3%. Cabe notar que el desagüe de cada aparato debe ir dotado de un sifón individual para evitar el regreso de olores.

  • Ramal, son canalizaciones casi horizontales donde descargan las derivaciones individuales.
  • image Bajantes , que son las tuberías verticales que llevan el agua hasta los colectores o albañales. Las bajantes pueden ser de una sola tubería integrada, que canalicen todo tipo de aguas, o separadas, en las que las tuberías pluviales lleven sólo agua de lluvia, las residuales, que canalizan aguas sucias provenientes de lavaderos, lavamanos, etc., o fecales, si conducen el agua residual del inodoro. (Ver figura 1.)
  • Albañales , estas son las tuberías que discurren entre las bajantes y la red de alcantarillado, en forma horizontal. Pueden ir enterrados o bajo techo, los cuales asigna su nombre, si estos se encuentran enterrados debajo del piso de la planta baja se denominan albañales, y si estos discurren por el techo de dicha planta hasta la vertical de salida se llaman colectores. Estos pueden ser de gres, cemento, fibrocemento o plástico (PVC). La pendiente que deben tener es de un 3 a 5%, siendo generalmente de sección circular, aunque también se pueden instalar ovalados. Los diámetros de los mismos están normalizados a partir de 160 mm en conducciones interiores.

[Figura. 1 – Bajante A.N.]

5.2.4.2.- PARTES DE APOYO A LA RED

En esta sección se trata de distinguir entre redes privadas y públicas en el sentido que una red privada es la que pertenece a uno o varios dueños ya sea de una vivienda o edificación, entre los que se incluyen los elementos principales que se expusieron anteriormente; sin embargo también existen redes públicas o municipales las cuales son otro tipo de instalaciones de aguas negras a las cuales no se les dará un enfoque profundo en el trabajo y solo se presentará una breve descripción de sus partes. Así como se muestra en la figura 3 al final de este apartado un diagrama de una red de aguas negras con algunos de los componentes mencionados incluyendo la ventilación

a) Redes Privadas

  • Sifones, son sistemas de cierre hidráulico registrables. Su objetivo es evitar que pasen al interior de los edificios las emanaciones de gases y olores, procedentes de la red de evacuación. El sifón debe permitir, al mismo tiempo, un paso fácil de materias sólidas en suspensión en el agua, sin que queden retenidas o se depositen, obstruyéndolo. Además el diámetro del tubo que forma dicho cierre será igual al de la derivación de descarga del sanitario. Ver figura 2.

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[Figura 2 – Ejemplo de Sifones]

  • Arquetas , estas son cajas constituidas generalmente con ladrillos o de concreto, de unos 15 cm de espesor de pared y revocadas interiormente para evitar la acumulación de residuos. Estas pueden ser"

-"Arquetas a pie de bajante" , que empalman con el colector y que se utilizan para registro cuando la conducción, a partir de ese punto, va a quedar enterrada.

-"Registrables" , si disponen de tapa que resulte accesible para su limpieza.

-"De paso" , se utiliza como registro de la red enterrada de albañales cuando se producen encuentros o cambios de sección, dirección o pendiente, o en tramos rectos cuando haya un intervalo máximo de 20 metros. A cada lado de la arqueta acometerá un solo albañal, que formará ángulo agudo con la dirección del desagüe.

-"Sifonicas" , ubicadas antes del empalme con la alcantarilla, sirve para evitar el paso de malos olores procedentes de las cloacas, y del cierre hidráulico de las arquetas sumidero que a ella vierten.

-"Sumideros" , que recogen el agua residual en la planta inferior de una edificación.

B) Redes Públicas o Municipales

  • Alcantarilla, es la parte del conducto de una red que conduce las aguas residuales y pluviales por el subsuelo, hasta el colector.
  • Colector, es el conducto de mayor importancia, ya que recoge las aguas de las alcantarillas. Estos son capaces de grandes caudales, vierten su contenido en algún sistema de depuración o tratamiento de las aguas residuales que transporta.
  • Pozos de Registro , son elementos muy importantes en el esquema de una red de alcantarillado, dado que permiten el control de las conducciones, su reparación, limpieza y el análisis de las aguas residuales. Estos son circulares con un diámetro aproximado de 1 metro y con un cono de reducción superior.
  • Aliviaderos , estos son dispositivos que derivan parte del caudal de una red a otra, cuando ésta alcanza el caudal máximo previsto.
  • Rápidos , estos se utilizan cuando se desea la conexión de dos redes situadas a distinto nivel. Estos deben de ser resistentes y reforzados ya que usualmente el agua choca contra las paredes para disminuir la energía; así también deberá disponer con cámaras para la formación de resaltos de agua.
  • Fosa séptica , sirve para la depuración mecánica de las aguas residuales y sustancias fecales. Son depósitos donde los residuos se sedimentan, y, una ves se han solubilizado, se eliminan.

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[Figura 3 – Diagrama de una red de Aguas Negras Privadas y Públicas]

[Fuente: http://www.wikipedia.org/hidraulicnetworks]

5.2.5.- PARTICULARIDADES DE UNA RED PRIVADA DE AGUAS NEGRAS

Ya que se explicaron los elementos así como las componentes de una instalación de aguas negras se procederá a la explicación de las particularidades que debe tener una red privada de aguas negras; la siguiente información presentada en este literal se resumieron de las páginas 20 y 21 del libro "Instalaciones en una vivienda" del Grupo Editorial Océano publicado en el año 2000, estos son los siguientes:

  • Diámetro de una tubería de descarga: hay que entender que cuando uno calcula el diámetro de una tubería principal de descarga, se dejará un amplio margen de seguridad, con un diámetro superior al necesario por algún imprevisto ó si en el futuro se anexan otras uniones a la tubería de descarga.
  • Uniones entre tubos: Las uniones de los tubos a las tuberías de descarga debería ser siempre el mismo ya que se pueden producir depósitos de materia sólida en el cambio de diámetro de los tubos pudiendo producir así futuras obstrucciones
  • Variación en las secciones: Se tiene que evitar las variaciones bruscas de las secciones, así como curvas bien estrechas, o uniones y soldaduras mal ejecutadas

.

  • Secciones internas del tubo: Se recomienda que las secciones internas de los tubos sean lisas y que la disposición de éstos sea de tal forma que permita que la circulación de la corriente de aguas fluya con gran abundancia y velocidad.

Luego en la página 25 del mismo libro que se mencionó al comenzar esta sección se obtuvo la siguiente información necesaria que debe cumplir una red privada de aguas negras, estas son las siguientes:

  • Los aparatos sanitarios se situarán buscando la agrupación alrededor del bajante, quedando los inodoros y vertederos a una distancia de ésta no mayor a 1 metro.
  • El desagüe de inodoros y vertederos se hará siempre directamente al bajante. El desagüe de fregaderos, lavaderos y aparatos de bombeo, se hará con cierre hidráulico individual (sifón). El resto de aparatos podrán emplear sifón individual o cierre hidráulico colectivo (bote sifónico)
  • La distancia del bote sifónico al bajante no será mayor de 1 metro., y la separación del aparato sanitario más alejado al bote sifónico, no será mayor de 2 metros. Se tendrán previstas arquetas en la red enterradas o registros en la suspendida, en los pies de bajantes, encuentros de albañales y, en general, en todos los puntos en los que se puedan producir atascos. La conducción entre registros o arquetas era de tramos rectos y pendientes uniformes.
  • Todos los bajantes quedarán ventilados por sus extremos superiores, mediante conductos de igual sección, y abertura dispuesta en lugares adecuados. En edificios que superen las 8 plantas, se instalará además una columna de ventilación paralela al bajante.
  • En los casos en que la red de evacuación, o parte de ella, quede a nivel inferior al alcantarillado público, será necesaria la instalación de un equipo de bombeo.

6.- INVESTIGACIÓN DE CAMPO

Al realizarse la investigación en las cuatro aulas en donde se encuentran dos lavamanos existentes se pudo determinar que estos todavía funcionaban, sin embargo deberán ser cambiados; en las otras dos aulas no existen lavamanos, sin embargo estas cuentan con la conexión a la red de aguas negras por lo que no hay que modificar la red existente en ese caso.

En el caso de las tres aulas que se ocupan como laboratorios de química se deberán remover las tuberías de desagües y desconectarlos de la red de evacuación principal. Para terminar como no se instalarán aparatos sanitarios adicionales a los que ya tienen conexiones no será necesario modificar la red actual ni instalar nuevas tuberías de aguas negras.

7.- RECOMENDACIONES

  • Una recomendación vital es que una red de aguas negras debe tener un fácil acceso para reparaciones, debe tratar de ser lo más eficiente posible y siempre se debe prever que en el futuro se podrán anexar mas componentes a la red, por lo cual es de proporcionarle un factor de seguridad a la hora de proporcionar los elementos, en el sentido de hacerlos un poco más grandes.
  • Se recomienda que al diseñar o modificar una instalación de aguas negras hay que tener en cuenta las especificaciones de los artefactos sanitarios a utilizar; ya que preferiblemente estos deben de adecuarse a los diámetros de la red que se desee diseñar o modificar.
  • Evitar la variación de diámetros de los tubos que componen a una red de aguas negras ya que estos pueden producir acumulación de desechos en los cambios de diámetro produciendo así obstrucciones

8.- CONCLUSIONES

  • Independientemente de que una red de aguas negras se proyecten y construyan en forma práctica y en ocasiones hasta cierto punto económicas, no se debe olvidar nunca de que estas deben cumplir con las necesidades higiénicas y que además, estas deben ser eficientes y funcionales las cuales se deben adaptar lo mejor posible al tipo de edificación con el que se este trabajando.
  • Se debe tener en cuenta que las redes deben ser planeadas y ejecutadas con estricto apego a lo establecido en las normas y reglamentos sanitarios, que son los que determinan los requisitos mínimos que deben cumplirse, para así poder garantizar el correcto funcionamiento de las instalaciones.

9.- BIBLIOGRAFÍA.

  • "AGUAS RESIDUALES URBANAS" , José Seoanez, España 1999.
  • "MANUAL DEL CONSTRUCTOR, Volumen I" , Grupo Editorial Océano, España año 2000
  • "MANUAL DEL CONSTRUCTOR, Volumen II", Grupo Editorial Océano, España año 2000
  • "INSTALACIONES DE UNA VIVIENDA", Grupo Editorial Océano, España año 2000.
  • "http://html.rincondelvago.com/instalaciones-sanitarias.html', Trabajo sobre redes sanitarias.
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