Sección 5 Materiales de agua y electricidad

El consumo de energía de un laboratorio médico es muy elevado, por lo que el tendido de alambres y circuitos eléctricos es bastante complejo.

Los alambres y cables son productos de alambrón que se utilizan para transmitir energía e información eléctrica (magnética) y para realizar la conversión de energía electromagnética. En sentido amplio, los alambres y cables también se abrevian como cables; en sentido estricto, un cable se refiere a un cable aislado, que se puede definir como un conjunto formado por las siguientes partes: uno o más núcleos aislados, junto con sus respectivos recubrimientos posibles, una capa protectora general y una vaina exterior; un cable también puede contar con conductores adicionales sin aislamiento.

Por su aplicación, se pueden dividir en conductores desnudos, alambres aislados, alambres resistentes al calor, alambres blindados, cables de potencia, cables de control, cables de comunicación, cables de radiofrecuencia, etc.

Por su material, se pueden dividir en alambres aislados de policloruro de vinilo, alambres flexibles aislados de policloruro de vinilo, alambres flexibles aislados de mezcla de butiril-policloruro de vinilo, alambres aislados de caucho, alambres de núcleo de aluminio aislados de plástico para enterramiento subterráneo directo en agricultura, alambres flexibles trenzados de hilo de algodón con aislamiento de caucho, alambres aislados de policloruro de vinilo con vaina de nailon, alambres flexibles aislados de policloruro de vinilo para potencia e iluminación, etc.

Las bandejas portacables son aptas para el tendido aéreo de cables de potencia y cables de control en interiores y exteriores de empresas industriales y mineras ordinarias, y también pueden emplearse en interiores y exteriores por sectores como telecomunicaciones, radio y televisión.

Los productos de alambres y cables se clasifican principalmente en las tres grandes categorías siguientes.

I. Conductores aislados

Se denomina conductor aislado a un alambre en el que una capa de material no conductor, como resina, plástico, caucho de silicona, PVC, etc., se envuelve de forma uniforme y hermética en el exterior del conductor para formar una capa aislante que evita que el conductor entre en contacto con el exterior y provoque accidentes como fugas de corriente, cortocircuitos y descargas eléctricas, tal como se muestra en la Fig. 8-49.

Los alambres habituales para equipos eléctricos incluyen los alambres de plástico (BV, BLV, BVR, BVVB, BLVVB, etc.).

1. A continuación se indican varios tipos de conductores aislados de uso común

1.1 Designaciones de modelo de conductores aislados de caucho: BLX — alambre aislado de caucho de núcleo de aluminio; BX — alambre aislado de caucho de núcleo de cobre.

1.2 Designaciones de modelo de conductores aislados de policloruro de vinilo (alambres de plástico): BLV — alambre de plástico de núcleo de aluminio; BV — alambre de plástico de núcleo de cobre.

1.3 Designaciones de modelo de cables de caucho: YHC — cable de vaina de caucho para servicio pesado; NYHF — cable remolcable de vaina de neopreno para uso agrícola.

Los conductores aislados de caucho se fabrican con núcleos de cobre o de aluminio, y en versiones de un solo núcleo, dos núcleos o múltiples núcleos. Se utilizan para el cableado interior, y la tensión de trabajo generalmente no supera los 500 V.

2. Designaciones de modelo y usos

2.1 La letra R representa el alambre de cobre blando, la V el aislamiento de policloruro de vinilo, la S el par trenzado, la B el tipo plano y la P el blindaje.

2.2 RV — alambre flexible de un solo núcleo aislado de policloruro de vinilo, temperatura máxima de funcionamiento 65 ℃, temperatura mínima de funcionamiento -15 ℃, tensión de trabajo 250 V en corriente alterna, 500 V en corriente continua; se utiliza como cableado interno de instrumentos y equipos.

2.3 RVB: alambre flexible trenzado paralelo (plano), similar al alambre telefónico desnudo de uso habitual en los hogares, con la salvedad de que sus hilos de núcleo son iguales a los hilos de núcleo de RVV; los dos hilos de núcleo están envueltos en paralelo dentro de una vaina, normalmente con dos núcleos por vaina. 2.4 RVS: alambre flexible trenzado por pares, que se fabrica simplemente separando los núcleos blandos de un RVB y trenzándolos por pares. Normalmente se trenzan dos alambres entre sí.

2.5 RVSP: alambre blindado de par trenzado.

2.6 RVVB: alambre flexible con vaina de policloruro de vinilo (tipo plano), norma GB/T 5023.5-2008/IEC 60227-5:2003. 2.7 RVV: cable flexible trenzado, es decir, los cables núcleo están formados por múltiples hilos de cobre. El cable RVV es el cable más utilizado en los sistemas de corriente débil; el número de sus cables núcleo no es fijo —puede ser de un solo cable o de varios cables— y también cuenta con una funda en el exterior. Sin embargo, no existe un requisito especial para la disposición de los cables núcleo.

2.8 RVVP: cable flexible con núcleo de cobre, aislamiento de cloruro de polivinilo, blindaje y funda de cloruro de polivinilo, también denominado cable flexible antiinterferencias para conexiones eléctricas, con tensión nominal de 250 V/450 V.

2.9 El BVVR es un cable flexible con núcleo de cobre, aislamiento de cloruro de polivinilo y funda de cloruro de polivinilo que cuenta con una capa protectora exterior; el BVR es un cable flexible con núcleo de cobre y aislamiento de cloruro de polivinilo que solo tiene una capa aislante y carece de capa protectora exterior. El cable comúnmente denominado cable de doble plástico pertenece a la serie BVV —la primera V indica el aislamiento de cloruro de polivinilo y la segunda V la funda de cloruro de polivinilo—, mientras que la serie BV corresponde a los cables de un solo plástico.

Fig. 8-49 Conductor aislado

II. Cables de energía

La característica principal de esta categoría de productos es que se extruye (envuelve) una capa aislante en el exterior del conductor, como en los cables aislados aéreos, o que varios núcleos se trenzan entre sí (correspondientes al cable de fase, el cable neutro y el cable de tierra del sistema de energía), como en los cables aislados aéreos de más de dos núcleos, o que se añade una capa de funda, como en los cables y alambres con funda de plástico/caucho. Las principales tecnologías de proceso incluyen el trefilado, el trenzado, la extrusión (envolvimiento) del aislamiento, el cableado, la armadura y la extrusión de la capa protectora; las combinaciones de las etapas del proceso presentan ciertas diferencias entre los distintos productos. Los productos se utilizan principalmente para la transmisión de energía eléctrica de corriente fuerte en las líneas de generación, distribución, transmisión, transformación y suministro de energía, por las que circulan corrientes elevadas (desde varias decenas de amperios hasta varios miles de amperios) y soportan tensiones altas (de 220 V a 500 kV y superiores).

1. Clasificación por clase de tensión

Por su clase de tensión, se pueden dividir en cables de energía de media y baja tensión (35 kV e inferiores), cables de alta tensión (por encima de 110 kV), cables de extra alta tensión (275–800 kV) y cables de ultra alta tensión (1000 kV y superiores). Además, se pueden dividir por el tipo de corriente en cables de corriente alterna y cables de corriente continua.

2. Clasificación por material aislante

2.1 Cables de energía aislados con papel impregnado de aceite: cables de energía cuyo aislamiento es de papel impregnado de aceite. Son los que tienen la historia de aplicación más larga. Son seguros y fiables, tienen una vida útil larga y son económicos. Su principal desventaja es que el tendido está restringido por el desnivel de altura. Desde el desarrollo del aislamiento de papel impregnado no drenante, se ha resuelto el problema de la restricción por desnivel de altura, lo que permite que los cables aislados con papel impregnado de aceite sigan siendo ampliamente utilizados.

2.2 Cables de energía aislados con plástico: cables de energía cuya capa aislante es de plástico extruido. Los plásticos comúnmente utilizados incluyen el cloruro de polivinilo, el polietileno y el polietileno reticulado. Los cables de plástico tienen una estructura sencilla, son cómodos de fabricar y procesar, ligeros, fáciles de tender e instalar, y no están sujetos a restricciones por desnivel de altura en el tendido. Por ello, se utilizan ampliamente en los cables de media y baja tensión y presentan una tendencia a sustituir a los cables de papel impregnado de aceite viscoso. Su mayor desventaja es la existencia del fenómeno de ruptura por arborescencia, que limita su uso en tensiones más elevadas.

2.3 Cables de energía aislados con caucho: la capa aislante está formada por caucho mezclado con diversos agentes de composición; tras una masticación completa, se extruye sobre el núcleo del cable conductor y se forma mediante calentamiento y vulcanización. Es blando y elástico, y se adapta a ocasiones con movimientos frecuentes y radios de curvatura de tendido pequeños. Los compuestos de caucho comúnmente utilizados para el aislamiento incluyen mezclas de caucho natural y caucho estireno-butadieno, caucho de etileno propileno, caucho butílico, etc.

3. Clasificación por clase de tensión

3.1 Cables de baja tensión: aptos para el tendido fijo en líneas de transmisión y distribución de energía con corriente alterna de 50 Hz y tensión nominal de 3 kV o inferior, con el fin de transportar energía eléctrica.

3.2 Cables de media y baja tensión (generalmente de 35 kV o inferior): cables aislados de cloruro de polivinilo, cables aislados de polietileno, cables aislados de polietileno reticulado, etc.

Fig. 8-50 Cable de energía

3.3 Cables de alta tensión (generalmente de 110 kV o superior): cables de polietileno y cables aislados de polietileno reticulado, etc.

3.4 Cables de extra alta tensión (275–800 kV).

3.5 Cables de ultra alta tensión (1000 kV o superior).

III. Hilos y cables para equipos eléctricos

Las principales características de esta categoría de productos son: una gran variedad de tipos y especificaciones, una amplia gama de aplicaciones y una tensión de funcionamiento mayoritariamente de 1 kV o inferior; para ocasiones especiales se derivan constantemente nuevos productos, como cables resistentes al fuego, cables ignífugos, cables de baja emisión de humos sin halógenos / baja emisión de humos y bajo contenido de halógenos, cables resistentes a termitas y ratas, cables resistentes al aceite, al frío, a la temperatura y al desgaste, cables médicos, agrícolas y mineros, e hilos de pared fina.

Los nuevos productos derivados de hilos y cables surgen principalmente de los requisitos de distintas ocasiones y necesidades de aplicación, la conveniencia del equipamiento y la reducción del coste del equipamiento, mediante la adopción de materiales nuevos o especiales, el cambio de la estructura del producto, el aumento de los requisitos de proceso o la combinación de productos de distintas variedades, como se muestra en la Fig. 8-51.

Adopción de distintos materiales, como los cables ignífugos, los cables de baja emisión de humos sin halógenos y de baja emisión de humos con bajo contenido de halógenos, los cables resistentes a termitas y ratas, los cables resistentes al aceite, al frío y a la temperatura, etc.;

Cambio de la estructura del producto, como en el caso de los cables resistentes al fuego, etc.;

Aumento de los requisitos de proceso, como en el caso de los cables médicos, etc.;

Productos combinados, como el OPGW, etc.;

Instalación conveniente y reducción del coste del equipamiento, como los cables de ramal prefabricados, etc.

Los cables de energía comunes incluyen los cables de energía de plástico (que comprenden cuatro tipos: VV, VLV, VV22, VLV22) y los cables reticulados de alta, media y baja tensión (que comprenden cuatro tipos: YJV, YJLV, JYV22, YJLV22, con tensiones de 0,6/1 kV, 8,7/10 kV, 26/35 kV, 66/110 kV, etc.). Ventajas: sección transversal grande, que permite la transmisión de energía de alta y extra alta tensión a larga distancia.

Fig. 8-51 Cable para equipos eléctricos

De conformidad con las disposiciones pertinentes del Código nacional de diseño eléctrico de edificios civiles y otras normativas, todos los hilos deben tenderse a través de conductos; los dos tipos de conductos de uso común actualmente son los siguientes.

IV. Conducto de PVC

Su nombre completo es «conducto eléctrico aislante para uso en edificación», con la norma de aplicación JG 3050-1998. En términos sencillos, es un tipo de tubería de plástico rígido de PVC de color blanco, un tubo resistente a la corrosión y a las fugas que se utiliza para el tendido de hilos eléctricos. Actualmente se utiliza comúnmente el tubo corrugado de PE como «conducto eléctrico»; es de buena calidad y bajo precio, atractivo y conveniente.

Si se cumplieran estrictamente los requisitos nacionales, habría que utilizar conductos de acero al carbono. Sin embargo, el coste sería entonces demasiado elevado. Por ello, en los proyectos reales, las obras de decoración interior utilizan principalmente conductos de PVC; por un lado, esto permite ahorrar costes y, por otro lado, los conductos de PVC son relativamente convenientes de construir, como se muestra en la Fig. 8-52.

Fig. 8-52 Conducto de PVC

V. Conducto de acero al carbono

Tubo protector para alambres y cables fabricado a partir de tubería de acero soldado de material Q235, generalmente un producto con R=6D. Cuanto mayor sea R, más suave será la curva y más fácil será tirar de los alambres durante el enhebrado. Cuando el conduit de acero al carbono se conecta a un tubo recto, un manguito de acoplamiento protege la unión, y posteriormente el tubo y el conduit se unen mediante soldadura; el objetivo es evitar que la unión se dañe por la soldadura eléctrica y, por ende, proteger los alambres y cables en su interior. Las especificaciones comunes son DN20–DN150. Se utiliza en entornos interiores normales y en lugares con altas temperaturas, mucho polvo, vibraciones y riesgo de incendio. También puede usarse en lugares húmedos. No debe utilizarse en lugares especialmente húmedos, en zonas corroídas por ácidos, álcalis o sales, ni en lugares con riesgo de explosión. La temperatura ambiente de funcionamiento es de -15 ℃ a +40 ℃. El conduit cuenta con excelentes propiedades mecánicas y una excelente resistencia a la corrosión, además de alta resistencia a la presión, con una presión de trabajo superior a 2,5 MPa. La superficie del conduit es lisa, presenta una baja resistencia al flujo, no forma incrustaciones y no es propensa a la proliferación de microorganismos. Su coeficiente de expansión térmica es reducido y no se contrae ni se deforma. Utiliza el método tradicional de instalación y conexión. La capa de recubrimiento plástico epoxi del conduit resuelve de manera más eficaz la corrosión de las tuberías metálicas causada por el transporte de agua, el enterramiento y la exposición a ácidos, álcalis y sales, y su vida útil puede superar los 50 años, como se muestra en la Fig. 8-53.

Fig. 8-53 Conduit de acero al carbono

VI. Tuberías de suministro de agua

En los proyectos de decoración de laboratorios médicos, el sistema de suministro y drenaje de agua del laboratorio pertenece a las obras ocultas interiores y ocupa una parte importante de todo el proyecto; además, exige una alta calidad de construcción, ya que si surge un problema, puede provocar fácilmente toda una serie de retrabajos. Por ello, se presta especial atención a los requisitos de los materiales para sistemas de suministro y drenaje de agua.

1. Tubería de PVC-U

El UPVC, también llamado PVC rígido o PVCU, está compuesto por una resina termoplástica amorfa fabricada mediante la polimerización de monómeros de cloruro de vinilo junto con ciertos aditivos (como estabilizantes, lubricantes, cargas, etc.). Además del uso de aditivos, también se emplea el método de mezclarlo y modificarlo con otras resinas para otorgarle un valor práctico evidente. Estas resinas incluyen CPVC, PE, ABS, EVA, MBS, entre otras. El UPVC tiene una viscosidad de fusión elevada y una fluidez deficiente; incluso si se aumentan la presión de inyección y la temperatura de fusión, el cambio en la fluidez no es considerable. Además, la temperatura de moldeo de la resina es muy cercana a su temperatura de descomposición térmica, y el rango de temperatura en el que se puede realizar el moldeo es muy estrecho, por lo que es un material difícil de moldear. En los proyectos de decoración de laboratorios médicos, la tubería de PVC-U puede utilizarse como conduit de agua corriente, como se muestra en la Fig. 8-54.

Fig. 8-54 Tubería de PVC-U

Propiedades de la tubería de PVC-U:

1.1 Peso ligero, transporte, carga y descarga convenientes

El material de la tubería de PVC-U es muy ligero, resulta conveniente para el transporte y la construcción, y permite ahorrar mano de obra.

1.2 Excelente resistencia química

La tubería de PVC-U presenta una resistencia destacada a ácidos, álcalis y a la corrosión, y es muy adecuada para su uso en la industria química.

1.3 Baja resistencia al flujo

La superficie de la pared de la tubería de PVC-U es lisa y ofrece poca resistencia a los fluidos; su coeficiente de rugosidad es de solo 0,009, inferior al de otros materiales de tubería, por lo que se puede reducir el diámetro de la tubería para el mismo caudal.

1.4 Gran resistencia mecánica

La tubería de PVC-U cuenta con una muy buena resistencia a la presión hidrostática, a la presión externa y a los impactos, y es adecuada para obras de tuberías en todo tipo de condiciones.

2. Tubería de PP-R

La tubería de PP-R (polipropileno random) también se denomina tubería de polipropileno tipo III, tubería de polipropileno copolímero random o tubería PPR. La tubería de PP-R se fabrica a partir de polipropileno copolímero random mediante extrusión para obtener el material de tubería y moldeo por inyección para los accesorios de tubería.

En comparación con tuberías tradicionales como las de hierro fundido, acero galvanizado y cemento, el material de tubería PPR presenta ventajas como el ahorro de energía y materiales, la protección ambiental, su peso ligero y alta resistencia, la resistencia a la corrosión, paredes internas lisas que no forman incrustaciones, construcción y mantenimiento sencillos, y una larga vida útil. Se utiliza ampliamente en el suministro y drenaje de agua en edificaciones, suministro y drenaje de agua urbano y rural, gas ciudad, revestimiento de cables eléctricos y ópticos, y transporte de fluidos industriales, como se muestra en la Fig. 8-55.

Fig. 8-55 Tubería PPR

3. Tuberías de agua de acero inoxidable

En un laboratorio, varios grupos de salas necesitan utilizar agua purificada. En la actualidad, muchos laboratorios, con el objetivo de ahorrar costes, sustituyen principalmente la tubería de agua purificada por tubería PPR durante la construcción; sin embargo, en sentido estricto, esto no cumple la norma: según las especificaciones nacionales pertinentes, se debe utilizar tubería de agua de acero inoxidable como conducto para el agua purificada. La tubería de agua de acero inoxidable es el mejor material de tubería para transportar agua potable directa. Tiene la característica de una baja tasa de fugas de agua, lo que permite ahorrar valiosos recursos hídricos. Para las tuberías de suministro de agua, elegir tubería de acero inoxidable es lo más beneficioso para la salud. En las pruebas de inmersión en agua, todos los indicadores cumplen los requisitos de las normas nacionales de agua potable pertinentes. La pared interna de la tubería de acero inoxidable es lisa; con el uso a largo plazo no acumula incrustaciones y no se contamina fácilmente por bacterias, por lo que no hay que preocuparse de que la calidad del agua se vea afectada, y se puede eliminar la contaminación secundaria del agua. La película de óxido fina y densa rica en cromo de la superficie del acero inoxidable otorga a las tuberías de agua de acero inoxidable una buena resistencia a la corrosión en todo tipo de calidades de agua, incluida el agua blanda; incluso cuando están enterradas bajo tierra presentan una excelente resistencia a la corrosión. Los datos de las pruebas de corrosión de campo muestran que la vida útil de las tuberías de agua de acero inoxidable puede alcanzar los 100 años, y casi no necesitan mantenimiento durante su ciclo de vida, lo que evita los gastos y molestias de la sustitución de tuberías, y el coste de uso integral es bajo. Todas las materias primas corresponden a los grados 304, 304L, 316 y 316L, y todos cumplen los requisitos de la norma JIS4305. Los grados mencionados presentan características de rendimiento estable, alta resistencia y bajo coeficiente de expansión térmica, como se muestra en la Fig. 8-56.

Fig. 8-56 Tubería de agua de acero inoxidable

VII. Tuberías de drenaje

1. Tuberías de drenaje de PVC

En la construcción de laboratorios, el drenaje de la gran mayoría de los proyectos utiliza tubería de PVC. PVC es la abreviatura de policloruro de vinilo (Polyvinylchlorid); su componente principal es el policloruro de vinilo, un material al que se añaden otros componentes para mejorar su resistencia al calor, tenacidad y ductilidad. La capa superior de esta película superficial es laca, el componente principal de la capa intermedia es el policloruro de vinilo y la capa inferior es un adhesivo de recubrimiento posterior. La producción de tuberías y accesorios se completa mediante procesos como enfriamiento, curado, conformado, inspección y embalaje.

Se trata de un material sintético muy apreciado, bastante popular y de uso extendido en el mundo actual. Su consumo mundial ocupa el segundo lugar entre los distintos materiales sintéticos.

Fig. 8-57 Tubería de drenaje de PVC

Las especificaciones convencionales de las tuberías de drenaje de PVC de uso común son las siguientes: los diámetros exteriores nominales son respectivamente 32 mm, 40 mm, 50 mm, 75 mm, 90 mm, 110 mm, 125 mm, 160 mm, 180 mm, 200 mm, 250 mm, 315 mm, 400 mm, 500 mm, 630 mm, etc. La longitud de las tuberías de PVC-U es generalmente de 4 m o 6 m, y otras longitudes se determinan mediante negociación entre el proveedor y el comprador, como se muestra en la Fig. 8-57.

2. Tuberías de hierro dúctil

Durante la construcción de laboratorios, en ocasiones la parte constructora solicita expresamente a la parte de construcción por agente que utilice tuberías de hierro dúctil para las tuberías de drenaje. La tubería de hierro dúctil tiene la esencia del hierro y las propiedades del acero, de ahí su nombre. En la tubería de hierro dúctil, el grafito existe en forma esférica, y el tamaño del grafito se sitúa generalmente en los grados 6 a 7. En términos de calidad, se exige que el grado de nodularización de la tubería de hierro fundido se controle en los grados 1 a 3, con una nodularidad ≥80 %; en consecuencia, las propiedades mecánicas del propio material mejoran considerablemente, lo que le otorga la esencia del hierro y las propiedades del acero. Tras el recocido, la estructura metalográfica de la tubería de hierro dúctil está compuesta por ferrita más una pequeña cantidad de perlita, y presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que también se denomina tubería de acero de hierro fundido. La tubería de hierro dúctil es un tipo de tubería de hierro fundido. Cuenta con excelentes propiedades anticorrosivas, buena ductilidad, una buena estanqueidad y una instalación sencilla, y se utiliza principalmente para el abastecimiento de agua municipal, el transporte de gas, el transporte de petróleo, etc., en empresas industriales y mineras.

Una cantidad determinada de grafito esférico se distribuye en una matriz de ferrita y perlita; según el diámetro nominal y los distintos requisitos de alargamiento, las proporciones de ferrita y perlita en la estructura de la matriz varían: la proporción de perlita para diámetros pequeños generalmente no supera el 20 %, mientras que para diámetros grandes se controla generalmente en torno al 25 %, tal como se muestra en la Fig. 8-58.

Fig. 8-58 Tubería de hierro dúctil