“ “UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTIN”
AÑO DEL BUEN SERVICIO SERVICIO AL CIUDADANO” CIUDADANO” "FACULTAD DE ECOLOGÍA” ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL PROFESIONA L DE INGENIERÍA INGENIERÍ A SANITARIA
ASIGNATURA: INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA SANITARIA
TEMA: REDES DE AGUA
DOCENTE: Ing. Cesar Alonso Trigozo Suarez
INTEGRANTES:
Jaime Matius Guerra Reategui
Llens Saavedra Barces
Cristhoper Antohony Valles Gronert
CICLO ACADÉMICO 2017-I
Moyobamba, 3 de mayo del 2017
I. GENERALIDADES 1.1 DEFINICIÓN Una Red de Distribución de Agua Potable es el conjunto de tuberías trabajando a presión, que se instalan en las vías de comunicación de los Urbanismos y a partir de las cuales serán abastecidas las diferentes parcelas o edificaciones de un desarrollo. Moliá (s.f.) afirma que: Una red de distribución de agua potable es el conjunto de instalaciones que la empresa de abastecimiento tiene para transportar desde el punto o puntos de captación y tratamiento hasta hacer llegar el suministro al cliente en unas condiciones que satisfagan sus necesidades. Este grado de satisfacción tiene un elevadísimo número de componentes, unos medibles y otros no, y entre los que podemos destacar la calidad, el caudal, la presión, la continuidad del suministro y el precio. Naturalmente todos estos componentes tienen unos antecedentes a la red de distribución, por lo que los parámetros iniciales vienen prefijados. Por tanto, debemos crear una red de distribución que altere lo menos posible las características de los componentes, minimizando la variación de satisfacción de las necesidades de los clientes.
1.2 ESTRUCTURA JERÁRQUICA Las redes de distribución de agua se estructuran según el tipo de función que desempeñan y que tienen una relación directa con la serie decreciente de los diámetros con el fin de ajustarse a la distribución de consumos, a la reducción de pérdidas de carga, hacer frente a situaciones imprevistas y a reducir el coste. Los niveles en los que se clasifican son: Aducción, Distribución Urbana y acometidas. Las conducciones de aducción son las grandes arterias de transporte que recogen el agua desde los puntos de captación o tratamiento y llegan hasta la zona urbana. La red de distribución urbana es la que toma el agua de la aducción directamente o de los diferentes depósitos reguladores (cabecera, intermedio o cola) y la distribuye entre todos los puntos de consumo. Dentro de esta red se ha de distinguir las redes de trans porte interzonales. En el caso de la red de Madrid, esta red de transporte está compuesta por las tuberías superiores a 300 mm. y de las que no se permite derivar acometidas.
Existen redes sin transporte interzonal, en las que el modelo es del tipo homogéneo, siendo su funcionamiento equivalente al de un gran acuífero y que puede ser útil e incluso más económico en aquellos abastecimientos que tengan una escasa variación altimétrica, una trama urbana muy cerrada y un elevado número de puntos de unión con la red de aducción. Esta red de distribución urbana ha de tener una capacidad suficiente para suministrar los caudales contra incendios y de emergencias. Por último las acometidas son las que partiendo de la derivación de la tubería general suministran al cliente. La elección del tipo de acometida así como la exigencia de una ejecución correcta tiene una importancia considerable, pues es en este nivel de la red en el que se acumulan entre el 70 y el 80% de las intervenciones directas de una red de distribución.
1.3 TIPOLOGÍAS Las redes de distribución en general o bien según su función o localización por áreas pueden ser de dos grandes tipos: Una red Ramificada
Una red Mallada
Las diferencias más notables entre ambas son el coste y la calidad, teniendo que sopesar ambas a la hora de declinar la elección.
1.3.1 Red de Distribución de Agua Potable Abierta o Ramificada Este tipo de red de distribución se caracteriza por contar con una tubería Principal de distribución (la de mayor diámetro) desde la cual parten ramales que terminarán en puntos ciegos, es decir sin interconexiones con otras tuberías en la misma Red de Distribución de Agua Potable. (ANEXO 1) Como vemos (ANEXO 1) el uso de redes ramificadas se sucede en desarrollos cuyo crecimiento se ha establecido a partir de una vialidad principal y en la que convergen una serie de calles ciegas, dado que las características topográficas impiden la interconexión entre los ramales para conformar circuitos cerrados.
1.3.2 Red de Distribución de Agua Potable Cerrada o Mallada En este tipo de red, se logra la conformación de mallas o circuitos a través de la interconexión entre los ramales de la Red de Distribución de Agua Potable. (ANEXO 2) En esencia, la escogencia por una red del Tipo Cerrado se limita a la conveniencia en cuanto a la operación de la Red de Distribución, pues generalmente la configuración más económica queda definida por la Red del Tipo Abierto.
1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TIPO DE RED Ante la posibilidad de tener que escoger entre una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta o una del Tipo Cerrada, es conveniente tener en cuenta aspectos como los que referimos a continuación: o
La principal desventaja de las redes del tipo Abierto es que, ante la falla o rotura de alguna de las tuberías que la conforman, se tendrá que afectar (dejar sin servicio) a todos los usuarios que estén atendidos desde las tuberías aguas abajo de la rotura, mientras se realiza la reparación necesaria. (ANEXO 3)
o
Por otro lado, la ventaja principal de las Redes Cerradas es que este tipo de configuración es el más conveniente desde el punto de vista de eficiencia y de garantía del servicio. Es decir, ante la posible rotura de alguna de sus tuberías, se logrará afectar a menor cantidad de usuarios, al establecerse rutas alternas al flujo a través de las mallas que conforman a la red. (ANEXO 4)
En cuanto a cálculo, una pequeña ventaja que tiene la Red de Distribución de Agua Pota ble del Tipo Abierta, es que su resolución es directa, limitándose al cálculo de las pérdidas en cada tubería, para los caudales en tránsito, para obtener posteriormente los valores de Piezométrica y Presión en cada Nodo de ella. En el caso de las Redes Cerradas, es necesario realizar el balance de los caudales en tránsito en las tuberías, dada la relativa complejidad en la forma en que se realiza la distribución, razón por la cual es necesario recurrir a métodos iterativos como el Método de Cross, para su resolución. En realidad, con el estado actual de la tecnología y el desarrollo de programas como EPANET, el cálculo de cualquier tipo de red es en realidad sencillo pero, ciertamente, si hablamos del cálculo manual, la realización de métodos iterativos representa ciertos inconvenientes. Finalmente hay que destacar que con frecuencia es conveniente, y de permitirlo las características del urbanismo, la colocación en la red de tuberías que no alimentarán de manera directa parcela alguna, de forma tal de “forzar” a que se establezcan alternativas de flujo en caso de falla de algunos de los ramales de la red (conformación de mallas). Por esta razón, en la mayoría de los desarrollos urbanos, la selección será por la conformación de una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Cerrada, pese a que pueda representar la colocación de mayor cantidad de tuberías, con el correspondiente incremento de costos. En estos casos predomina el criterio operativo o de confiabilidad sobre el económico.
1.5 ELEMENTOS QUE INTEGRAN UNA RED Toda red de distribución de agua está formada por los siguientes elementos: Tuberías
Depósitos.
Elevadoras.
Otros elementos singulares.
1.5.1Tuberías Es el elemento de transporte de fluidos por excelencia. Las tuberías vienen definidas por su diámetro, material de constitución y tipo de junta. El diámetro viene definido del cálculo hidráulico de la red y tanto el material como los tipos de juntas se recogen en otra exposición de este curso.
1.5.2 Depósitos Los depósitos dentro de una red de distribución tienen las funciones de almacenamiento y de regulación de caudales y presiones. La mayor parte de los tratados aconsejan que el volumen de los depósitos sea equivalente al consumo del día punta (24 horas). Ahora bien, conforme sean las características de las fuentes de suministro esta premisa puede ser excesiva o escasa. Por ejemplo, en grandes conducciones en las que se establezca un régimen de conservación, puede que se requiera tenerla fuera de servicio un tiempo mayor, con la consiguiente necesidad de almacenamiento. La capacidad de los depósitos de una red de distribución viene definida por la posición de equilibrio entre el tiempo de abastecimiento cubierto, el tiempo medio de estancia en la red y el aspecto económico. Disponer de una reserva excesiva, además de suponer una inversión muy fuerte, produce un tiempo de permanencia elevado con la consiguiente disminución de la calidad del agua. Tradicionalmente la construcción de los depósitos se realizaba bien con fábrica de diferentes materiales o bien con hormigón in situ, tanto en masa como armado. En la actualidad los elementos prefabricados tienen un lugar predominante, pues abarcan un amplio abanico tanto de volúmenes como de geometría con una disminución notable del tiempo de puesta en servicio, aunque no tanto económicamente.
La circulación del agua en el depósito debe estudiarse para evitar zonas muertas, siendo recomendable que la entrada y la salida del mismo se realice en puntos hidráulicamente opuestos. La creación de cámaras aisladas depende tanto de la capacidad total del mismo, como de la posibilidad de ser solapado o no por otro depósito de la red. No debe olvidarse que se ha de disponer de una capacidad de almacenamiento para el abastecimiento puntual en casos de emergencia. Los aspectos de seguridad requieren de una atención especial tanto para la pro-sección a terceros como de nuestras instalaciones frente a ellos. Así pues deberá proteger-se la posible caída de personas o animales tanto como la imposibilidad de introducción de elementos extraños en él, protegiendo mediante sistemas sinfónicos los respiraderos, con derivación a los desagües. Al tener un ambiente elevadamente agresivo el interior de los depósitos, es muy conveniente que las diferentes cámaras de válvulas estén aisladas del mismo. La relación de funciones sobre las que debemos actuar en un depósito son:
Corte o regulación de la entrada.
Corte o regulación de la salida.
Desagüe.
Alivio de excesos.
Conexión y aislamiento de cada compartimento.
Control de drenaje.
Rotura de carga de la entrada.
Para cada una de estas funciones existen en el mercado válvulas específicas que se han diseñado para cada cometido.
1.5.3 Elevadoras Es un sistema donde permite evacuar las aguas residuales en sectores
1.5.4 Otros elementos singulares A continuación se hace una sucinta enumeración del resto de elementos singulares que se ubican en una red de distribución:
Cámaras de descarga.
(codos, te, reducción, etc.).
Estaciones de toma de muestras.
Válvulas de corte.
Estaciones de adición de aditivos.
Ventosas y purgadores.
Entradas de hombre y registros.
Desagües y purgas manuales.
Caudalímetros y contadores.
Válvulas de retención.
Válvulas reguladoras de presión y
Enlaces
entre
alineaciones
caudal.
Válvulas de sobre velocidad o sobrepresión.
Hidrantes.
Dispositivos de riego y baldeo.
Fuentes públicas.
1.6 CRITERIOS DE DISEÑO El primer paso en el diseño de la Red de Distribución de Agua Potable es la definición de su trazado en planta, para lo cual es necesario estudiar las características de la vialidad, de la topografía y de la ubicación de los puntos de alimentación y estanques. Específicamente es necesario contar, como mínimo, con la siguiente información:
Proyecto de Urbanismo del sector a dotar con la Red de Distribución. Específicamente, es necesaria la configuración de la vialidad que da acceso a las distintas parcelas y edificaciones, dado que el trazado se realizará principalmente siguiendo dicha configuración. Esto con miras a garantizar el libre acceso a la infraestructura para eventuales reparaciones y sustituciones por parte de la empresa operadora del sistema.
Punto(s) de alimentación de la red. La forma en que será alimentada la Red establecerá en gran medida la ruta de sus tuberías principales, por lo tanto es necesario tener en cuenta la ubicación de estanques compensadores existentes así como de tuberías matrices de distribución desde la cual se abastecerá la Red a diseñar.
Planos de Construcción o Catastro de Otros Servicios existentes en el Urbanismo. Eventualmente el trazado de la Red de Distribución de Agua Potable
a diseñar podrá verse influenciado por la existencia de otras tuberías en las vías de comunicación del sector en estudio. El diseño de redes debe basarse en la funcionalidad del servicio que se ha de prestar al futuro usuario y en la racionalidad del uso del recurso. En este sentido la red debe llevar el agua desde las fuentes de suministro y tratamiento, en cantidad suficiente, a los puntos de consumo, pero también tiene que cumplir otra serie de objetivos.
Mantener la garantía de potabilidad.
Limitar las pérdidas de agua.
Capacidad de trasportar y distribuir la demanda total.
Asegurar una presión en el punto de destino.
Evitar las erosiones en las tuberías y limitar las pérdidas de carga.
Economía de instalación y conservación.
Tener el mínimo posible de interrupciones del servicio a lo largo de la vida útil de la red.
Poder medir y controlar todos los consumos que se deriven de la red y las posibles fugas.
Maniobrar la red con facilidad, para corregir anomalías.
1.7 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE EN EDIFICACIONES Castillo Anselmi (2014) afirma que “ El objetivo y la función de un sistema de abastecimiento de agua para una edificación es suministrar al usuario agua de buena calidad, apta para el consumo humano u otros usos, en cantidad suficien te, con una presión adecuada y durante las 24 horas del día a través de los aparatos sanitarios, artefactos y equipos conectados a los puntos de salida necesario ”. A continuación, se exponen los sistemas de abastecimiento de agua más usuales, cuyo uso dependerá de las características de la edificación y de la fuente de agua, ya sea la red pública o fuente propia, de los cuales se podrá escoger el más conveniente, eficiente y económico para cada caso.
1.7.1 Sistema Directo Llamado así porque el agua potable es utilizada directamente del sistema público, previa factibilidad otorgada por la empresa o ente administrador, o de la fuente propia con la presión y el caudal necesarios, esto significa que para optar por este sistema deberá
verificarse que se cumplan las dos condiciones (caudal y presión necesaria), durante las 24 horas del día. El sistema propiamente dicho consta de una red de distribución que se inicia en la conexión domiciliaria, en el límite de propiedad, y termina en cada uno de los puntos de salida instalados para conectar los aparatos sanitarios o artefactos y equipos con necesidad de agua. (ANEXO 5) Para el caso de utilizar la red pública de la ciudad, el nexo entre esta y la red de distribución mencionada es una conexión domiciliaria que incluye generalmente un sistema de micro medición que es administrada por el concesionario.
VENTAJAS
No hay contacto del agua con el medio ambiente, no existiendo por lo tanto puntos
DESVENTAJAS
Está supeditado a la calidad,
de posible contaminación
continuidad y presión del
Bajo costo inicial y de operación y
sistema publico
mantenimiento
No utiliza equipos
1.7.2 Sistema Tanque Elevado Si no se cumple las dos condiciones para utilizar el sistema directo, es decir, si la red pública no garantiza el caudal y presión necesarias para que un sistema directo funcione correctamente durante las 24 horas del día, es necesario recurrir a otro sistema que permita se cumplan con las condiciones para un eficiente servicio. Normalmente los sistemas públicos de abastecimiento de agua potable están diseñados con la capacidad y caudal para cubrir las demandas de la ciudad, incluyendo su expansión, con presiones máximas y mínimas, y variables entre horas de máxima y mínima demanda. Una alternativa es utilizar un tanque elevado con capacidad para 100% del consumo diario y en una cota que permita dar la presión o carga suficiente para el sistema. Para ello, será necesario verificar que la presión en la red pública, por lo menos en las horas de mínimo consumo, sea suficiente para permitir el llenado del tanque y cuyo volumen se pueda utilizar en las horas de máximo consumo. Este sistema costa básicamente de una tubería de alimentación que se inicia en la conexión domiciliaria y que termina en el tanque elevado, permitiendo su llenado; un tanque elevado con la capacidad y alturas referidos anteriormente, y una red de distribución que
se inicia en el tanque elevado y termina en cada una de las salidas de agua para conectar los aparatos sanitarios, artefactos o equipos con necesidad de agua. (ANEXO 6) Por lo general, las horas de mínimo consumo son entre las 12:00 y las 5:00 horas, durante las que debe llenarse el tanque elevado.
VENTAJAS
Garantiza el volumen y la
DESVENTAJAS
presión para el sistema
Tiene un punto de contacto del agua con el medio
ambiente,
posibilitando
su
contaminación, y siendo necesaria a limpieza y desinfección periódica
No es necesario uso de
Mayor costo inicial que el sistema directo
Mayor costo de operación y mantenimiento
equipos de elevación
1.7.3 Sistema Cisterna-Tanque Elevado Si el sistema público de abastecimiento de agua potable no satisface la presión necesaria para un sistema directo o para llenar un tanque elevado en las horas de mínimo consumo, será necesario crear las condiciones para que el sistema de la edificación funcione eficientemente. Ello obliga a utilizar un sistema que considere un depósito de almacenamiento en la parte inferior de la edificación, llamada comúnmente cisterna, el mismo que se llena con la presión de la red pública , y un tanque elevado para dar la carga o presión necesaria al sistema y regular el consumo. Este sistema está conformado por una tubería de alimentación que se inicia en la conexión domiciliaria y termina en la cisterna, que conduce el caudal necesario para llenarla generalmente en las horas de mínimo consumo; una cisterna de almacenamiento con una capacidad mínima, de acuerdo a la norma vigente, equivalente al 75% del consumo diario; un equipo de bombeo para elevar el agua de la cisterna al tanque elevado a través de una tubería de succión y una de impulsión o elevación; un tanque elevado con una capacidad mínima equivalente a un tercio del consumo diario y una red de distribución que se inicia en el tanque elevado y termina en cada uno de los puntos de salida para conectar los aparatos sanitarios, artefactos y equipos con necesidad de agua. (ANEXO 7)
VENTAJAS
Mantiene
un
DESVENTAJAS volumen
de
Tiene dos puntos de contacto con el
almacenamiento y regulación que
ambiente
posibilitando
permite una cierta independencia
contaminación.
del sistema público. Las condiciones de caudal y
presión
se
cumplen
Mayor costo inicial y de operación y mantenimiento
constantemente.
1.7.4 Sistema Cisterna-Equipo de Presurización Cuando por razones de carácter arquitectónico o de requerir presiones de salida mayores a las que se puedan conseguir con un tanque elevado adecuado a la volumétrica de la edificación, será necesario obviar el tanque elevado y utilizar un equipo de presurización que suministre el caudal y presión adecuados al sistema. Este sistema estará conformado por una tubería de alimentación de la conexión domiciliaria a la cisterna; una cisterna de almacenamiento con capacidad mínima equivalente al 100% del consumo diario; un equipo de presurización que suministrara el caudal y presión al sistema a través de una tubería de succión y una red de distribución, que se inicia en el equipo y termina en cada uno de los puntos de salida para conectar los aparatos sanitarios, artefactos o equipos con necesidad de agua potable. (ANEXO 8)
VENTAJAS
Mantiene
un
DESVENTAJAS volumen
de
Tiene un punto de contacto con el
almacenamiento que le da cierta
ambiente,
independencia del sistema publico
contaminación
posibilitando
la
Las condiciones de caudal y
presión
se
cumplen
constantemente
Es posible dar al sistema a presión necesaria
Mayor costo inicial y de operación y mantenimiento
II. BIBLIOGRAFIAS
Castillo Anselmi, L. (2014). Instalaciones sanitarias de edificaciones (Segunda ed.). Lima: Macro.
Moliá, R. (s.f.). Redes de distribución . Obtenido de https://www.eoi.es/es/file/18411/download?token=gX0xQ45Q
Tutoriales al Día. (2013). Obtenido de http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/red-
de-distribucion-de-agua-potable-abierta-o-cerrada/
III. ANEXOS ANEXO 1 Título: Red Abierta o Ramificada
ANEXO 2 Título: Red Cerrada o Mallada
ANEXO 3 Título: Eventual rotura en una Red Abierta o Ramificada
ANEXO 4 Título: Eventual rotura en una Red Cerrada o Mallada
ANEXO 5 Título: Esquema del sistema directo
ANEXO 6 Título: Esquema del sistema indirecto - tanque elevado
ANEXO 7 Título: Esquema del sistema cisterna – tanque elevado
ANEXO 8 Título: Esquema del sistema cisterna - equipo de presurización
