Reservorio

Agua Potable: Potable: Almacenamiento Almacenamiento

INDICE Pág. 1.

2.

INTRODUCCION

03

1.1

Objetivos

03

1.1 Objetivo general

03

1.2 Objetivos específicos

03

CONCEPTOS PREVIOS

04

2.1

Información básica

04

2.1.1 Aspecto sociales

04

2.1.2 Aspectos logísticos y legales

04

2.1.3 Topografía Topografí a

04

2.1.4 Hidrología

04

2.1.5 Geología

05

Planteamiento Planteamiento

05

2.2.1 Demanda de agua

05

2.2.2 Oferta de agua

05

2.2.3 Calidad del agua

05

2.2.4 Componentes del sistema

05

2.2

3.

4.

ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO (Reservorio) (Reservorio)

06

3.1

Funciones

06

3.2

Clasificación Clasificación

07

3.3

Capacidad

07

3.3.1 Volumen de equilibrio

07

3.3.2 Volumen contra incendios

08

3.3.3 Volumen de reserva

08

3.3.4 Volumen total

09

APLICACIÓN DE DISEÑO DE VOLUMEN DE EQUILIBRIO

09

4.1

Cálculo analítico

09

4.2

Cálculo gráfico

09

5.

DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE

12

6.

CASETA DE CONTROL Y VALVULAS

12

7.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE VOLUMEN DE EQUILIBRIO

12

8.

ACCESORIOS

15

9.

CONCLUSION

16

10.

BIBLIOGRAFIA

16

Ing. Gaspar V. Méndez Cruz

Página 1

Agua Potable: Almacenamiento

1. INTRODUCCIÓN La importancia de un suministro adecuado de Agua, radica en que la población de una ciudad no podría subsistir convenientemente y la vida en ella sería desagradable y peligrosa. Esto nos lleva a la búsqueda de soluciones técnicas económicas, llegando a la mejor comprensión de los problemas que acarrea la explotación de los recursos naturales, por medio de los cuales se hace posible dotar del líquido elemento en forma racional, planificada y óptima a las diferentes poblaciones. Las partes de un sistema de agua potable consta de: la fuente de agua y obras de captación, conducción, tratamiento, almacenamiento, aducción y distribución. En la presente exposición se abordará el Almacenamiento de agua potable, conocido también como reservorio, componente del sistema que sirve para equilibrar, el aporte constante de agua con las variaciones de demanda durante cada día, que como su nombre indica, regule los excesos de consumo con el almacenamiento de las aguas sobrantes durante el período de bajo consumo.

1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo general Conocer el proceso de diseño hidráulico del almacenamiento de agua, como un componente del sistema de agua potable para una localidad.

1.1.2 Objetivos específicos •

Determinar el volumen de compensación de las variaciones de consumo en un día.

•

Plantear la ubicación adecuada del almacenamiento para tener una buena distribución del agua potable.


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Determinar el volumen de emergencia en el almacenamiento

•

de agua potable.

•

Proponer

una

forma

de

dimensionamiento

del

almacenamiento de agua potable. •

Desarrollar un ejemplo.

2. Conceptos Previos Un sistema de agua potable requiere tener alcances previos para lograr una buena concepción, así tenemos:

2.1 Información Básica 2.1.1 Aspectos Sociales a) Población actual b) Población a 20 años c) Consideraciones socio económicas d) Aspectos organizativos

2.1.2 Aspectos Logísticos y Legales a) Facilidades para ingeniero residente b) Condiciones para la construcción c) Condiciones climáticas d) Condiciones gerenciales, sociales y políticas e) Condiciones legales.

2.1.3 Topografía a) Plano general b) Plano topográfico en la zona de obra específica.

2.1.4 Hidrología a) Tipo y ubicación de la fuente b) Determinación de caudales


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2.1.5 Geología a) Clasificación de suelos / Nivel freático b) Materiales para el relleno de zanjas c) Agregados para el concreto d) Estudios geológicos específicos

2.2 Planeamiento 2.2.1 Demanda de agua. a) Periodo de diseño b) Población futura c) Dotación d) Variaciones en el consumo e) Caudales de diseño

2.2.2 Oferta de agua. a) Estudio hidrológico. b) Estudio hidrogeológico.

2.2.3 Calidad de agua. a) Estudio físico b) Estudio químico c) Estudio bacteriológico

2.2.4 Componentes del sistema. A) Sistema por gravedad a) Captación. b) Línea de conducción. c) Planta de tratamiento. d) Reservorio de almacenamiento. e) Línea de aducción. f) Red de distribución. g) Conexión domiciliaria.


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B) Sistema de bombeo a) La captación se convierte en estación de bombeo. b) La línea de conducción se convierte en línea de impulsión. c) No se utiliza planta de tratamiento. d) El resto de los componentes se mantienen igual.

3. Almacenamiento (Reservorio) El sistema de almacenamiento está conformado por uno o varios depósitos, que sirven de regulación, capaz de equilibrar el suministro de agua para los diversos usos, que garantice un servicio continuo sin interrupciones. Los estanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente.

3.1 Funciones Un

estanque

de

almacenamiento

cumple

tres

propósitos

fundamentales: a) Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día. b) Mantener las presiones adecuadas en la red de distribución. c) Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías de aducción o de estaciones de bombeo. Dependiendo de la topografía se hace indispensable separar la zona (alta, media, baja) para mantener las presiones en cada red, dentro de límites admisibles. Esta separación de redes puede hacerse mediante estanques o mediante válvulas reguladoras de presión.


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3.2 Clasificación a) Por su Función:

Cabecera. Flotante.

b) Por su Posición: Apoyados. Elevados. c) Por el Material:

Concreto. Mampostería. Fierro. Madera Tratada.

d) Por su Forma:

Cilíndricos. Cónicos. Esféricos. Mixtos (INTZE).

3.3 Capacidad La capacidad del estanque, o del conjunto de tanques para el caso de grandes sistemas, será igual al volumen que resulte de las siguientes consideraciones: - Volumen de Equilibrio o de regulación

(VE)

- Volumen de Agua contra incendios

(VCI)

- Volumen de reserva

(VR)

3.3.1 Volumen de Equilibrio o Regulación (VE). El sistema de almacenamiento previsto como regulación está destinado a proveer: - Suministro de agua en las horas de demanda máxima. - Presiones adecuadas en la red de distribución El volumen de regulación se debe considerar entre el 15% y el 30% del consumo medio diario si el sistema es por gravedad; si el sistema es por bombeo se considerarán los límites del 15 al


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25% de acuerdo al número y duración de los periodos de bombeo así como los horarios en los que se hallan previstos dichos bombeos. La determinación de dicho volumen se lo realiza teniendo la variación de la demanda y la oferta, en un día. Su cálculo se lo puede hacer en forma analítica y gráfica (Diagrama masa).

3.3.2 Volumen de Agua Contra Incendios (VCI) Para poblaciones menores a 10,000 habitantes, no es recomendable y resulta antieconómico el proyectar sistema contra incendio. Se deberá justificar en los casos en que dicha protección sea necesaria. Para poblaciones mayores a 10,000 habitantes se asume un tiempo de duración del incendio entre 2 y 4 horas, para caudales de incendio que tienen función directa de la población de diseño.

Q = 0.5 √P (Lts/seg);

donde P es la población en miles.

Al igual que el caudal, el tiempo esta en función de la población: POBLACION (en miles)

TIEMPO (Horas)

< 30

3

30 – 50

4

> 50

5

3.3.3 Volumen de reserva (VR) Ante la eventualidad de que en la línea de aducción puedan ocurrir daños que mantendrían una situación de déficit en el suministro de agua, ya sea mientras se hacen las reparaciones de los sistemas de toma, conducción, tratamiento y/o casos de falla de un sistema de bombeo, es aconsejable un volumen adicional que de oportunidad a restablecer la conducción de agua hasta el estanque. En tal caso se recomienda considerar


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un volumen equivalente a un rango de 5 a 10% del volumen total del reservorio.

3.3.4 Volumen total Resultará de adicionar cada uno de los valores obtenidos anteriormente: V T almacenamiento = V E + VCI + VR

4. Aplicación de diseño del volumen de equilibrio Generalmente el diseño -ya sea en forma analítica o en forma gráfica- se hace por periodos de 24 horas (1 día), el consumo de agua de las poblaciones se puede expresar como porcentajes horarios del caudal medio diario (Qm) a través de hidrogramas, que se determinan estadísticamente. Tomando en cuenta esta ley, el hidrograma de consumo de una población quedaría como se muestra en la figura 1.

FIG. 1 HIDROGRAMA DE CONSUMO DE UNA POBLACIÓN PEQUEÑA

4.1 Cálculo Analítico El cálculo se hace mediante una tabla como la que se presenta en la tabla 1, considerando la figura 1, la ley de demanda o salida (consumo) la conocemos en función de porcentajes horarios del caudal medio diario (Qm), en esta misma forma se expresa la ley de entrada (suministro).


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Tabla 1 VOLUMEN DE REGULACIÓN PARA EL CASO DE SUMINISTRO LAS 24 HORAS

(1): Tiempo en horas (2): Entrada o suministro al tanque al 100% del caudal de bombeo, durante las 24 horas (3): Partiendo de variaciones horarias de consumo conocidas (4): (2) – (3) (5): Diferencias acumuladas resultantes de la suma algebraica de las diferencias de (4) (6): (5) + 80

En dicha tabla se aprecia que, para calcular el volumen, se suman los valores absolutos del máximo excedente y máximo déficit; 325 y 80. Esto se explica debido a que de las 0 a las 7 horas entra al tanque más agua de la que sale, por lo que se obtiene un porcentaje de acumulación máximo (máximo excedente); después de las 7 horas comienza a demandarse más agua de la que entra al tanque, por lo que empieza a hacerse uso de la que se tenía acumulada, situación que prevalece hasta las 15 horas en donde el tanque se encuentra


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vacío. A partir de esta hora existe un déficit: sale más de lo que entra y no se cuenta con un volumen en el tanque para cubrir el faltante. A las 18 horas se llega al momento más critico (máximo faltante). De lo anterior, se ve la necesidad de contar con un volumen de agua en el tanque equivalente al máximo déficit. En la misma tabla se aprecia que adicionando el déficit (80) se pueden cubrir todas las demandas; entonces se suma este valor a la columna de diferencias de salidas o demandas. De igual manera se puede calcular el volumen de un tanque, teniendo el principio de la oferta o suministro el cual puede ser a través de un sistema de bombeo, el cual no puede operar más de 18 horas por día.

4.2 Cálculo gráfico: El cálculo del volumen de equilibrio, se determina mediante el diagrama de masas, así: 1°

Se traza la curva integral de consumo partiendo de las 00.00 horas (media noche); para esto se traza todas las coordenadas en cantidades acumuladas del consumo diario. El aporte total debe ser igual al 100%. El aporte de agua, durante el día es uniforme hasta 18 h/día),

(Bomba trabaja

la curva integral de aporte es una recta inclinada

cuya pendiente es el gasto suministrado en la unidad de tiempo. Si el aporte es de 24 horas, entonces el V e, se toma con mucha aproximación el 25% del consumo medio diario. 2°.- Se determina las diferencias entre las ordenadas de las curvas integrales de aporte y consumo; estas diferencias representan el contenido de agua en el reservorio.


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5. Dimensionamiento del tanque Como guía de pre-dimensionamiento puede emplearse la siguiente relación empírica: h = (V/3) + k Donde:

h = altura (m). V = Capacidad (cientos de m 3) K = Constante en función de la capacidad .

V(Cientos de m3)

k

<3

2.0

4 -6

1.8

7 -9

1.5

10 -13

1.3

14 -16

1.0

>..17

0.7

6. Caseta de control y de válvulas La finalidad que cumple este elemento es la de albergar a los accesorios de control para la salida de agua del reservorio, en la cual puede entrar satisfactoriamente una persona con fines de mantenimiento, reparación u otro caso.

7. Ejemplo de Volumen de equilibrio Se tiene la información del sistema de abastecimiento de agua potable para una ciudad de la costa, que tiene los siguientes datos: Caudal medio

= 20.37 litros/seg.

Caudal máximo diario

= 26.481 litros/seg

Horas de bombeo diario = 16 horas. Determine el volumen de equilibrio mas favorable para dicho sistema.


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FUNCIONAMIENTO CONTINUO NUMERO DE HORAS DE FUNCIONAMIENTO = 16 CUDAL MEDIO Qm(l/s)= 20.37 Qm(m3/d)= 1759.968 HORAS % CONSUMO APORTE DIF DE A CONSUMO PARCIAL ACUMULAD PARCIAL ACUMULAD APO-CON EXCESO DEFECTO 0 1 0.610 10.735805 10.7358048 0 0 -10.736 FALSO 10.735805 1 2 0.250 4.39992 15.1357248 0 0 -15.136 FALSO 15.135725 2 3 0.390 6.8638752 21.9996 0 0 -22 FALSO 21.9996 3 4 0.470 8.2718496 30.2714496 0 0 -30.271 FALSO 30.27145 4 5 0.750 13.19976 43.4712096 109.998 109.998 66.527 66.527 FALSO 5 6 0.600 10.559808 54.0310176 109.998 219.996 165.965 165.965 FALSO 6 7 4.000 70.39872 124.4297376 109.998 329.994 205.564 205.564 FALSO 7 8 8.600 151.35725 275.7869856 109.998 439.992 164.205 164.205 FALSO 8 9 6.500 114.39792 390.1849056 109.998 549.99 159.805 159.805 FALSO 9 10 4.900 86.238432 476.4233376 109.998 659.988 183.565 183.565 FALSO 10 11 7.600 133.75757 610.1809056 109.998 769.986 159.805 159.805 FALSO 11 12 6.500 114.39792 724.5788256 109.998 879.984 155.405 155.405 FALSO 12 13 4.950 87.118416 811.6972416 109.998 989.982 178.285 178.285 FALSO 13 14 5.950 104.7181 916.4153376 109.998 1099.98 183.565 183.565 FALSO 14 15 6.450 113.51794 1029.933274 109.998 1209.978 180.045 180.045 FALSO 15 16 7.650 134.63755 1164.570826 109.998 1319.976 155.405 155.405 FALSO 16 17 6.500 114.39792 1278.968746 109.998 1429.974 151.005 151.005 FALSO 17 18 5.800 102.07814 1381.04689 109.998 1539.972 158.925 158.925 FALSO 18 19 6.500 114.39792 1495.44481 109.998 1649.97 154.525 154.525 FALSO 19 20 4.100 72.158688 1567.603498 109.998 1759.968 192.365 192.365 FALSO 20 21 3.400 59.838912 1627.44241 0 1759.968 132.526 132.526 FALSO 21 22 3.900 68.638752 1696.081162 0 1759.968 63.887 63.887 FALSO 22 23 2.500 43.9992 1740.080362 0 1759.968 19.888 19.888 FALSO 23 24 1.130 19.887638 1759.968 0 1759.968 0 FALSO FALSO TOTAL 100.000 1759.968 VALORES MAX= 205.564 30.27145 TOTAL (EX+DEF)= 235.836

CURVA CONSUMO CONTINUO DE 16 HORAS

2000 1800 1600 1400 E T R 1200 O P A 1000 Y O800 M U S600 N O400 C

CONSU MO

200 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 HORAS


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FUNCIONAMIENTO DISCONTINUO NUMERO DE HORAS DE FUNCIONAMIENTO = 16 CUDAL MEDIO Qm(l/s)= 20.37 Qm(m3/s)= 1759.968 HORAS % CONSUMO APORTE DIF. DE A CONSUMO PARCIAL ACUMULAD PARCIAL ACUMULAD APO-CON EXCESO DEFECTO 0 1 0.610 10.735805 10.7358048 0 0 -10.736 FALSO 10.735805 1 2 0.250 4.39992 15.1357248 0 0 -15.136 FALSO 15.135725 2 3 0.390 6.8638752 21.9996 0 0 -22 FALSO 21.9996 3 4 0.470 8.2718496 30.2714496 109.998 109.998 79.727 79.727 FALSO 4 5 0.750 13.19976 43.4712096 109.998 219.996 176.525 176.525 FALSO 5 6 0.600 10.559808 54.0310176 109.998 329.994 275.963 275.963 FALSO 6 7 4.000 70.39872 124.4297376 109.998 439.992 315.562 315.562 FALSO 7 8 8.600 151.35725 275.7869856 109.998 549.99 274.203 274.203 FALSO 8 9 6.500 114.39792 390.1849056 109.998 659.988 269.803 269.803 FALSO 9 10 4.900 86.238432 476.4233376 109.998 769.986 293.563 293.563 FALSO 10 11 7.600 133.75757 610.1809056 109.998 879.984 269.803 269.803 FALSO 11 12 6.500 114.39792 724.5788256 0 879.984 155.405 155.405 FALSO 12 13 4.950 87.118416 811.6972416 109.998 989.982 178.285 178.285 FALSO 13 14 5.950 104.7181 916.4153376 109.998 1099.98 183.565 183.565 FALSO 14 15 6.450 113.51794 1029.933274 109.998 1209.978 180.045 180.045 FALSO 15 16 7.650 134.63755 1164.570826 109.998 1319.976 155.405 155.405 FALSO 16 17 6.500 114.39792 1278.968746 109.998 1429.974 151.005 151.005 FALSO 17 18 5.800 102.07814 1381.04689 109.998 1539.972 158.925 158.925 FALSO 18 19 6.500 114.39792 1495.44481 109.998 1649.97 154.525 154.525 FALSO 19 20 4.100 72.158688 1567.603498 109.998 1759.968 192.365 192.365 FALSO 20 21 3.400 59.838912 1627.44241 0 1759.968 132.526 132.526 FALSO 21 22 3.900 68.638752 1696.081162 0 1759.968 63.887 63.887 FALSO 22 23 2.500 43.9992 1740.080362 0 1759.968 19.888 19.888 FALSO 23 24 1.130 19.887638 1759.968 0 1759.968 0 FALSO FALSO TOTAL 100.000 1759.968 VALORES MAX= 315.562 21.9996 TOTAL (EX+DEF)= 337.562

CURVADE CONSUMO DISCONTINUO E 16 HORAS

2000 1800

1600

S 1400 E T R 1200 O P 1000 A Y 800 O M600 U S 400 N O C 200

CONSUM O

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 HORAS

El sistema funciona mejor con un trabajo de 16 horas continuas de bombeo .


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8. Accesorios

FIG. 2 TUBERÍA DE LLEGADA AL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO SECCIÓN Y PLANTA

FIG. 3 TUBERÍA DE SALIDA DEL ESTANQUE. MATRIZ DE DISTRIBUCIÓN SECCION Y PLANTA

FIG. 4TUBERÍA DE LIMPIEZA Y DE REBOSE DEL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO


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FIG. 5 TUBERÍA DE VENTILACIÓN DEL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO

9. Conclusión Con la exposición de la presente clase, se concluye que los señores estudiantes han logrado tener una buena concepción del proceso de diseño hidráulico de un almacenamiento de agua como componente de un sistema de agua potable.

10. Bibliografía •

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López, R. (1999). “Diseño de Acueductos y Alcantarillados”. Ediciones Alfaomega. 2da. Edición. Colombia.

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Regal, A. (1995). “Abastecimiento de Agua Y Alcantarillado” – Teoría y Problemas. UNI. Lima.

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Saldarriaga, J (2007) “Optimización Operacional en Sistemas de Agua Potable” Seminario Auspiciado por Amanco del Perú. Universidad Nacional de Piura. Piura.

Solsona, F (2002). “Desinfección del Agua ”. OPS/CEPIS/PUB/02.83.

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Auspicio de la EPA. Lima-Perú. •

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Reservorio

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