2. Comprender los tres tipos de sistemas de plomería: HVAC (hidráulico), plomería (agua doméstica, alcantarillado y ventilación) y sistemas de plomería químicos y especiales (sistemas de agua de mar y productos químicos peligrosos).
Los sistemas de plomería y plomería existen en muchos elementos de construcción.Mucha gente ha visto una trampa en P o una tubería de refrigerante debajo del fregadero que va y viene de un sistema dividido.Pocas personas ven la plomería de ingeniería principal en la planta central o el sistema de limpieza química en la sala de equipos de la piscina.Cada una de estas aplicaciones requiere un tipo específico de tubería que cumpla con las especificaciones, las restricciones físicas, los códigos y las mejores prácticas de diseño.
No existe una solución de plomería simple que se adapte a todas las aplicaciones.Estos sistemas cumplen con todos los requisitos físicos y de código si se cumplen los criterios de diseño específicos y se hacen las preguntas correctas a los propietarios y operadores.Además, pueden mantener los costos y tiempos de entrega adecuados para crear un sistema de construcción exitoso.
Los conductos HVAC contienen muchos fluidos, presiones y temperaturas diferentes.El conducto puede estar por encima o por debajo del nivel del suelo y atravesar el interior o el exterior del edificio.Estos factores deben tenerse en cuenta al especificar las tuberías HVAC en el proyecto.El término “ciclo hidrodinámico” se refiere al uso del agua como medio de transferencia de calor para refrigeración y calefacción.En cada aplicación, el agua se suministra a un caudal y una temperatura determinados.La transferencia de calor típica en una habitación se realiza mediante un serpentín de aire a agua diseñado para devolver el agua a una temperatura establecida.Esto lleva al hecho de que una cierta cantidad de calor se transfiere o elimina del espacio.La circulación de agua de refrigeración y calefacción es el principal sistema utilizado para la climatización de grandes instalaciones comerciales.
Para la mayoría de las aplicaciones de edificios de poca altura, la presión de funcionamiento esperada del sistema suele ser inferior a 150 libras por pulgada cuadrada (psig).El sistema hidráulico (agua fría y caliente) es un sistema de circuito cerrado.Esto significa que la carga dinámica total de la bomba tiene en cuenta las pérdidas por fricción en el sistema de tuberías, bobinas asociadas, válvulas y accesorios.La altura estática del sistema no afecta el rendimiento de la bomba, pero sí afecta la presión operativa requerida del sistema.Los enfriadores, calderas, bombas, tuberías y accesorios están clasificados para una presión operativa de 150 psi, que es común para los fabricantes de equipos y componentes.Siempre que sea posible, esta clasificación de presión debe mantenerse en el diseño del sistema.Muchos edificios que se consideran de altura media o baja entran en la categoría de presión de trabajo de 150 psi.
En el diseño de edificios de gran altura, cada vez es más difícil mantener los sistemas y equipos de tuberías por debajo del estándar de 150 psi.La carga de la línea estática por encima de aproximadamente 350 pies (sin agregar presión de la bomba al sistema) excederá la clasificación de presión de trabajo estándar de estos sistemas (1 psi = 2,31 pies de carga).Es probable que el sistema utilice un interruptor de presión (en forma de intercambiador de calor) para aislar los requisitos de mayor presión de la columna del resto de las tuberías y equipos conectados.El diseño de este sistema permitirá el diseño y la instalación de enfriadores de presión estándar, así como la especificación de tuberías y accesorios de mayor presión en la torre de enfriamiento.
Al especificar las tuberías para un gran proyecto de campus, el diseñador/ingeniero debe identificar conscientemente la torre y las tuberías especificadas para el podio, reflejando sus requisitos individuales (o requisitos colectivos si no se utilizan intercambiadores de calor para aislar la zona de presión).
Otro componente de un sistema cerrado es la purificación del agua y la eliminación del oxígeno del agua.La mayoría de los sistemas hidráulicos están equipados con un sistema de tratamiento de agua que consta de varios productos químicos e inhibidores para mantener el flujo de agua a través de las tuberías con un pH óptimo (alrededor de 9,0) y niveles microbianos para combatir las biopelículas y la corrosión de las tuberías.La estabilización del agua en el sistema y la eliminación del aire ayudan a prolongar la vida útil de las tuberías, las bombas asociadas, los serpentines y las válvulas.El aire atrapado en las tuberías puede provocar cavitación en las bombas de agua de refrigeración y calefacción y reducir la transferencia de calor en el enfriador, la caldera o los serpentines de circulación.
Cobre: ​​Tipo L, B, K, M o C tubería estirada y endurecida de acuerdo con ASTM B88 y B88M en combinación con accesorios de cobre forjado ASME B16.22 y accesorios con soldadura sin plomo o soldadura para aplicaciones subterráneas.
Tubería endurecida, tipo L, B, K (generalmente se usa solo debajo del nivel del suelo) o A según ASTM B88 y B88M, con accesorios de cobre forjado ASME B16.22 y accesorios conectados mediante soldadura sin plomo o sobre el suelo.Este tubo también permite el uso de accesorios sellados.
La tubería de cobre tipo K es la tubería más gruesa disponible y proporciona una presión de trabajo de 1534 psi.pulgada a 100 F por ½ pulgada.Los modelos L y M tienen presiones de trabajo más bajas que el K, pero siguen siendo adecuados para aplicaciones HVAC (rango de presión de 1242 psi a 100F a 12 pulgadas y 435 psi y 395 psi)
Estas presiones operativas son para tramos de tubería rectos, que normalmente no son tramos del sistema limitados por presión.Los accesorios y conexiones que conectan dos tramos de tubería tienen más probabilidades de tener fugas o fallar bajo la presión de operación de algunos sistemas.Los tipos de conexión típicos para tuberías de cobre son soldadura blanda, soldadura blanda o sellado presurizado.Estos tipos de conexiones deben estar hechos de materiales sin plomo y clasificados para la presión esperada en el sistema.
Cada tipo de conexión es capaz de mantener un sistema libre de fugas cuando el accesorio está correctamente sellado, pero estos sistemas responden de manera diferente cuando el accesorio no está completamente sellado o estampado.Es más probable que las soldaduras y las juntas de soldadura fallen y tengan fugas cuando el sistema se llena y prueba por primera vez y el edificio aún no está ocupado.En este caso, los contratistas e inspectores pueden determinar rápidamente dónde está la fuga en la junta y solucionar el problema antes de que el sistema esté en pleno funcionamiento y se dañen los pasajeros y la moldura interior.Esto también se puede reproducir con accesorios a prueba de fugas si se especifica un conjunto o anillo de detección de fugas.Si no presiona completamente hacia abajo para identificar el área del problema, el agua puede salirse del accesorio al igual que la soldadura o la soldadura.Si los accesorios herméticos no se especifican en el diseño, a veces permanecerán bajo presión durante las pruebas de construcción y pueden fallar solo después de un período de funcionamiento, lo que provocará más daños al espacio ocupado y posibles lesiones a los ocupantes, especialmente si las tuberías calientes calentadas pasan a través de las tuberías.agua.
Las recomendaciones de dimensionamiento de tuberías de cobre se basan en los requisitos de las reglamentaciones, las recomendaciones del fabricante y las mejores prácticas.Para aplicaciones de agua enfriada (temperatura de suministro de agua típicamente de 42 a 45 F), el límite de velocidad recomendado para sistemas de tuberías de cobre es de 8 pies por segundo para reducir el ruido del sistema y reducir el potencial de erosión/corrosión.Para sistemas de agua caliente (típicamente de 140 a 180 F para calefacción de espacios y hasta 205 F para producción de agua caliente doméstica en sistemas híbridos), el límite de tasa recomendado para tuberías de cobre es mucho menor.El Manual de tuberías de cobre enumera estas velocidades como de 2 a 3 pies por segundo cuando la temperatura del suministro de agua es superior a 140 F.
Las tuberías de cobre generalmente vienen en un tamaño determinado, hasta 12 pulgadas.Esto limita el uso de cobre en los servicios públicos del campus principal, ya que estos diseños de edificios a menudo requieren conductos de más de 12 pulgadas.Desde la planta central hasta los intercambiadores de calor asociados.La tubería de cobre es más común en los sistemas hidráulicos de 3 pulgadas o menos de diámetro.Para tamaños de más de 3 pulgadas, se usa más comúnmente tubería de acero ranurada.Esto se debe a la diferencia de costo entre el acero y el cobre, la diferencia en la mano de obra de la tubería corrugada en comparación con la tubería soldada o soldada (los accesorios de presión no están permitidos ni recomendados por el propietario o el ingeniero) y las velocidades y temperaturas recomendadas del agua en el interior de cada uno de los materiales de la tubería.
Acero: Tubería de acero negro o galvanizado según ASTM A 53/A 53M con accesorios de hierro dúctil (ASME B16.3) o hierro forjado (ASTM A 234/A 234M) y accesorios de hierro dúctil (ASME B16.39).Las bridas, accesorios y conexiones de clase 150 y 300 están disponibles con accesorios roscados o bridados.La tubería se puede soldar con metal de aporte de acuerdo con AWS D10.12/D10.12M.
Cumple con la norma ASTM A 536 Clase 65-45-12 Hierro dúctil, ASTM A 47/A 47M Clase 32510 Hierro dúctil y ASTM A 53/A 53M Clase F, E o S Grado B Acero para ensamblaje, o ASTM A106, acero grado B. Accesorios ranurados o con orejetas para unir accesorios de extremos ranurados.
Como se mencionó anteriormente, las tuberías de acero se usan más comúnmente para tuberías grandes en sistemas hidráulicos.Este tipo de sistema admite varios requisitos de presión, temperatura y tamaño para satisfacer las necesidades de los sistemas de agua fría y caliente.Las designaciones de clase para bridas, accesorios y accesorios se refieren a la presión de trabajo del vapor saturado en psi.pulgada del artículo correspondiente.Los accesorios Clase 150 están diseñados para operar a una presión de trabajo de 150 psi.pulgadas a 366 F, mientras que los accesorios Clase 300 brindan una presión de trabajo de 300 psi.a 550 F. Los accesorios de clase 150 proporcionan más de 300 psi de presión de agua de trabajo.pulgadas a 150 F, y los accesorios Clase 300 proporcionan una presión de agua de trabajo de hasta 2000 psi.pulgadas a 150 F. Otras marcas de accesorios están disponibles para tipos de tubería específicos.Por ejemplo, para bridas de tuberías de hierro fundido y accesorios con bridas ASME 16.1, se pueden usar los grados 125 o 250.
Los sistemas de conexión y tuberías ranuradas utilizan ranuras cortadas o formadas en los extremos de las tuberías, accesorios, válvulas, etc. para conectar cada tramo de tubería o accesorios con un sistema de conexión rígido o flexible.Estos acoplamientos constan de dos o más piezas atornilladas y tienen una arandela en el orificio del acoplamiento.Estos sistemas están disponibles en tipos de brida de clase 150 y 300 y materiales de junta de EPDM y son capaces de operar a temperaturas de fluido de 230 a 250 F (dependiendo del tamaño de la tubería).La información sobre las tuberías ranuradas se tomó de los manuales y la literatura de Victaulic.
Las tuberías de acero Schedule 40 y 80 son aceptables para los sistemas HVAC.La especificación de la tubería se refiere al espesor de la pared de la tubería, que aumenta con el número de especificación.Con un aumento en el espesor de la pared de la tubería, también aumenta la presión de trabajo permisible de la tubería recta.La tubería Schedule 40 permite una presión de trabajo de 1694 psi para ½ pulgada.Tubería, 696 psi pulgada para 12 pulgadas (-20 a 650 F).La presión de trabajo permitida para la tubería Schedule 80 es de 3036 psi.pulgada (½ pulgada) y 1305 psi.pulgada (12 pulgadas) (ambos -20 a 650 F).Estos valores se toman de la sección Datos de ingeniería de Watson McDaniel.
Plásticos: tuberías de plástico de CPVC, accesorios de encaje según la especificación 40 y la especificación 80 según la norma ASTM F 441/F 441M (ASTM F 438 según la especificación 40 y ASTM F 439 según la especificación 80) y adhesivos solventes (ASTM F493).
Tubería de plástico PVC, accesorios de enchufe según ASTM D 1785 programa 40 y programa 80 (ASM D 2466 programa 40 y ASTM D 2467 programa 80) y adhesivos solventes (ASTM D 2564).Incluye imprimación según ASTM F 656.
Tanto las tuberías de CPVC como las de PVC son adecuadas para sistemas hidráulicos subterráneos, aunque incluso en estas condiciones se debe tener cuidado al instalar estas tuberías en un proyecto.Las tuberías de plástico se utilizan ampliamente en sistemas de conductos de ventilación y alcantarillado, especialmente en ambientes subterráneos donde las tuberías desnudas entran en contacto directo con el suelo circundante.Al mismo tiempo, la resistencia a la corrosión de las tuberías de CPVC y PVC es ventajosa debido a la corrosividad de algunos suelos.Las tuberías hidráulicas generalmente están aisladas y cubiertas con una cubierta protectora de PVC que sirve de amortiguador entre las tuberías de metal y el suelo circundante.Las tuberías de plástico se pueden usar en sistemas de agua fría más pequeños donde se esperan presiones más bajas.La presión máxima de trabajo para la tubería de PVC supera los 150 psi para todos los tamaños de tubería de hasta 8 pulgadas, pero esto solo se aplica a temperaturas de 73 F o menos.Cualquier temperatura superior a 73 °F reducirá la presión de funcionamiento en el sistema de tuberías a 140 °F.El factor de reducción es de 0,22 a esta temperatura y de 1,0 a 73 F. La temperatura máxima de funcionamiento de 140 F es para tuberías de PVC de cédula 40 y cédula 80.La tubería de CPVC puede soportar un rango de temperatura de funcionamiento más amplio, lo que la hace adecuada para usar hasta 200 F (con un factor de reducción de 0,2), pero tiene la misma clasificación de presión que el PVC, lo que permite su uso en aplicaciones de refrigeración subterránea de presión estándar.sistemas de agua de hasta 8 pulgadas.Para los sistemas de agua caliente que mantienen temperaturas del agua más altas, hasta 180 o 205 F, no se recomiendan las tuberías de PVC o CPVC.Todos los datos se toman de las especificaciones de las tuberías de PVC de Harvel y de las especificaciones de las tuberías de CPVC.
Tuberías Las tuberías transportan muchos líquidos, sólidos y gases diferentes.En estos sistemas fluyen tanto líquidos potables como no potables.Debido a la gran variedad de fluidos transportados en un sistema de plomería, las tuberías en cuestión se clasifican como tuberías de agua doméstica o tuberías de drenaje y ventilación.
Agua doméstica: Tubería de cobre blando, ASTM B88 tipos K y L, ASTM B88M tipos A y B, con accesorios de presión de cobre forjado (ASME B16.22).
Tubería de cobre duro, ASTM B88 tipos L y M, ASTM B88M tipos B y C, con accesorios de soldadura de cobre fundido (ASME B16.18), accesorios de soldadura de cobre forjado (ASME B16.22), bridas de bronce (ASME B16.24) y accesorios de cobre (MCS SP-123).El tubo también permite el uso de accesorios sellados.
Los tipos de tuberías de cobre y las normas relacionadas se toman de la Sección 22 11 16 de MasterSpec.El diseño de tuberías de cobre para el suministro de agua doméstica está limitado por los requisitos de caudales máximos.Se especifican en la especificación de tubería de la siguiente manera:
La Sección 610.12.1 del Código Uniforme de Plomería de 2012 establece: La velocidad máxima en los sistemas de accesorios y tuberías de cobre y aleaciones de cobre no debe exceder los 8 pies por segundo en agua fría y los 5 pies por segundo en agua caliente.Estos valores también se repiten en el Copper Tubing Handbook, que utiliza estos valores como las velocidades máximas recomendadas para este tipo de sistemas.
Tubería de acero inoxidable tipo 316 de acuerdo con la norma ASTM A403 y accesorios similares que utilizan acoplamientos soldados o moleteados para tuberías de agua doméstica más grandes y reemplazo directo de tuberías de cobre.Con el aumento del precio del cobre, las tuberías de acero inoxidable son cada vez más comunes en los sistemas de agua domésticos.Los tipos de tubería y los estándares relacionados son de la Sección 22 11 00 de MasterSpec de la Administración de Veteranos (VA).
Una nueva innovación que se implementará y hará cumplir en 2014 es la Ley Federal de Liderazgo en Agua Potable.Esta es una aplicación federal de las leyes vigentes en California y Vermont con respecto al contenido de plomo en las vías fluviales de cualquier tubería, válvula o accesorio utilizado en los sistemas de agua domésticos.La ley establece que todas las superficies mojadas de tuberías, accesorios y accesorios deben estar “libres de plomo”, lo que significa que el contenido máximo de plomo “no excede un promedio ponderado de 0,25% (plomo)”.Esto requiere que los fabricantes produzcan productos de fundición sin plomo para cumplir con los nuevos requisitos legales.UL proporciona los detalles en las Directrices para el plomo en los componentes del agua potable.
Drenaje y ventilación: Tuberías de alcantarillado de hierro fundido sin mangas y accesorios que cumplan con la norma ASTM A 888 o el Instituto de tuberías de alcantarillado de hierro fundido (CISPI) 301. Los accesorios Sovent que cumplan con ASME B16.45 o ASSE 1043 se pueden usar con un sistema continuo.
Las tuberías de alcantarillado de hierro fundido y los accesorios con bridas deben cumplir con la norma ASTM A 74, las juntas de goma (ASTM C 564) y el sellador de fibra de cáñamo o roble y plomo puro (ASTM B29).
Ambos tipos de conductos se pueden usar en edificios, pero los conductos y accesorios sin conductos se usan más comúnmente sobre el nivel del suelo en edificios comerciales.Las tuberías de hierro fundido con accesorios sin tapón CISPI permiten una instalación permanente, se pueden reconfigurar o se puede acceder a ellas quitando las abrazaderas de banda, al tiempo que conservan la calidad de una tubería de metal, lo que reduce el ruido de ruptura en el flujo de desechos a través de la tubería.La desventaja de la plomería de hierro fundido es que la plomería se deteriora debido a los desechos ácidos que se encuentran en las instalaciones típicas de los baños.
Las tuberías y accesorios de acero inoxidable ASME A112.3.1 con extremos acampanados y acampanados se pueden usar para sistemas de drenaje de alta calidad en lugar de tuberías de hierro fundido.La tubería de acero inoxidable también se usa para la primera sección de la tubería, que se conecta a un fregadero en el piso donde se drena el producto carbonatado para reducir el daño por corrosión.
Tubería de PVC sólido según ASTM D 2665 (drenaje, desvío y venteos) y tubería de PVC alveolar según ASTM F 891 (Anexo 40), conexiones abocinadas (ASTM D 2665 a ASTM D 3311, drenaje, desagüe y venteos) apta para tubería Schedule 40), imprimación adhesiva (ASTM F 656) y adhesivo solvente (ASTM D 2564).Las tuberías de PVC se pueden encontrar por encima y por debajo del nivel del suelo en edificios comerciales, aunque se enumeran más comúnmente por debajo del nivel del suelo debido al agrietamiento de las tuberías y requisitos de reglas especiales.
En la jurisdicción de construcción del Sur de Nevada, la Enmienda del Código Internacional de Construcción (IBC) de 2009 establece:
603.1.2.1 Equipo.Se permite la instalación de tuberías combustibles en la sala de máquinas, encerradas por una estructura resistente al fuego durante dos horas y totalmente protegidas por rociadores automáticos.Las tuberías combustibles pueden tenderse desde la sala de equipos a otras salas, siempre que la tubería esté encerrada en un conjunto especial aprobado resistente al fuego de dos horas.Cuando dicha tubería combustible pasa a través de muros contra incendios y/o pisos/techos, la penetración debe especificarse para el material de tubería específico con grados F y T no inferiores a la resistencia al fuego requerida para la penetración.Las tuberías combustibles no deben penetrar más de una capa.
Esto requiere que todas las tuberías combustibles (plásticas o de otro tipo) presentes en un edificio Clase 1A según lo definido por el IBC estén envueltos en una estructura de 2 horas.El uso de tuberías de PVC en los sistemas de drenaje tiene varias ventajas.En comparación con las tuberías de hierro fundido, el PVC es más resistente a la corrosión y oxidación causada por los desechos del baño y la tierra.Cuando se colocan bajo tierra, las tuberías de PVC también son resistentes a la corrosión del suelo circundante (como se muestra en la sección de tuberías HVAC).Las tuberías de PVC que se utilizan en un sistema de drenaje están sujetas a las mismas limitaciones que un sistema hidráulico HVAC, con una temperatura máxima de funcionamiento de 140 F. Esta temperatura también es obligatoria según los requisitos del Código Uniforme de Tuberías y el Código Internacional de Tuberías, que estipulan que cualquier descarga a los receptores de desechos debe ser inferior a 140 F.
La sección 810.1 del Código Uniforme de Plomería de 2012 establece que las tuberías de vapor no deben conectarse directamente a un sistema de tuberías o drenaje, y el agua que supera los 60 °C (140 °F) no debe descargarse directamente en un drenaje presurizado.
La sección 803.1 del Código Internacional de Plomería de 2012 establece que las tuberías de vapor no se deben conectar a un sistema de drenaje ni a ninguna parte del sistema de plomería, y el agua que supere los 60 °C (140 °F) no se debe descargar en ninguna parte del sistema de drenaje.
Los sistemas de tuberías especiales están asociados al transporte de líquidos atípicos.Estos fluidos pueden variar desde tuberías para acuarios marinos hasta tuberías para suministrar productos químicos a los sistemas de equipos de piscinas.Los sistemas de plomería de acuarios no son comunes en edificios comerciales, pero se instalan en algunos hoteles con sistemas de plomería remotos conectados a varios lugares desde una sala de bombas central.El acero inoxidable parece un tipo de tubería adecuado para los sistemas de agua de mar debido a su capacidad para inhibir la corrosión con otros sistemas de agua, pero el agua salada puede corroer y erosionar las tuberías de acero inoxidable.Para tales aplicaciones, las tuberías marinas de CPVC de cobre-níquel o plástico cumplen con los requisitos de corrosión;al colocar estas tuberías en una gran instalación comercial, se debe tener en cuenta la inflamabilidad de las tuberías.Como se señaló anteriormente, el uso de tuberías combustibles en el sur de Nevada requiere que se solicite un método alternativo para demostrar la intención de cumplir con el código de tipo de construcción correspondiente.
La tubería de la piscina que suministra agua purificada para la inmersión del cuerpo contiene una cantidad diluida de productos químicos (se puede usar blanqueador de hipoclorito de sodio al 12,5 % y ácido clorhídrico) para mantener un pH específico y un equilibrio químico según lo requiera el departamento de salud.Además de las tuberías de productos químicos diluidos, el blanqueador de cloro completo y otros productos químicos deben transportarse desde las áreas de almacenamiento de materiales a granel y las salas de equipos especiales.Las tuberías de CPVC son resistentes a los productos químicos para el suministro de lejía con cloro, pero las tuberías con alto contenido de ferrosilicio se pueden usar como alternativa a las tuberías químicas cuando pasan por tipos de edificios no combustibles (p. ej., Tipo 1A).Es fuerte pero más frágil que la tubería de hierro fundido estándar y más pesada que las tuberías comparables.
Este artículo analiza solo algunas de las muchas posibilidades para diseñar sistemas de tuberías.Representan la mayoría de los tipos de sistemas instalados en grandes edificios comerciales, pero siempre habrá excepciones a la regla.La especificación maestra general es un recurso invaluable para determinar el tipo de tubería para un sistema dado y evaluar los criterios apropiados para cada producto.Las especificaciones estándar cumplirán con los requisitos de muchos proyectos, pero los diseñadores e ingenieros deben revisarlas cuando se trata de torres de gran altura, altas temperaturas, productos químicos peligrosos o cambios en la legislación o jurisdicción.Obtenga más información sobre recomendaciones y restricciones de plomería para tomar decisiones informadas sobre los productos instalados en su proyecto.Nuestros clientes confían en nosotros como profesionales del diseño para proporcionar a sus edificios diseños del tamaño adecuado, bien equilibrados y asequibles donde los conductos alcancen su vida útil esperada y nunca experimenten fallas catastróficas.
Matt Dolan es ingeniero de proyectos en JBA Consulting Engineers.Su experiencia radica en el diseño de sistemas complejos de HVAC y plomería para una variedad de tipos de edificios, como oficinas comerciales, instalaciones de atención médica y complejos hoteleros, incluidas torres de invitados de gran altura y numerosos restaurantes.
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