Diseño y cálculo de redes de abastecimiento de agua: fases, elementos y válvulas

Fases de Estudio de Abastecimiento

El estudio de abastecimiento de agua comprende las siguientes fases:

• Evaluación de los caudales necesarios de abastecimiento: Determinar la demanda de agua actual y futura.
• Estudio hidrológico de las fuentes de suministro: Analizar la disponibilidad de agua en las fuentes potenciales.
• Análisis de la calidad de las aguas a emplear: Verificar que el agua cumpla con los estándares de calidad para consumo humano.
• Obra de toma y conducción de transporte: Diseñar la infraestructura para captar y transportar el agua desde la fuente hasta la planta de tratamiento.
• Elección de materiales de las tuberías y diámetros óptimos: Seleccionar los materiales y diámetros de tuberías más adecuados para la red.
• Cálculo hidráulico de la conducción: Determinar las pérdidas de carga y la presión en la red.
• Seleccionar el timbraje de las conducciones y elementos auxiliares: Elegir la presión nominal de las tuberías y los accesorios.
• Diseño y proyecto final de la instalación: Elaborar los planos y especificaciones técnicas de la red.

Flujo en Presión

El análisis del flujo en presión en redes de abastecimiento se puede clasificar en:

• Tramos simples sin pérdidas locales en régimen permanente: El caso más sencillo, donde la diferencia de altura entre los depósitos genera el flujo. Se consideran tres tipos de movimientos en la tubería: turbulento liso, rugoso e intermedio.
• Tramos simples con pérdidas locales en régimen permanente: Se consideran tres tipos de fuentes de disipación de energía: estrechamientos y ensanchamientos, cambios de dirección o derivaciones, y obstrucciones (válvulas).
• Redes ramificadas en régimen permanente: No existen circulaciones cerradas en la red.
• Redes malladas en régimen permanente: Existen circulaciones cerradas en la red.
• Redes en régimen cuasi-no permanente en tuberías: Se diseñan considerando el ciclo diario de consumo, el caudal medio y los caudales punta.
• Régimen no permanente: Cambios bruscos en las condiciones de funcionamiento (como el cierre de una válvula) pueden provocar el golpe de ariete, que genera ondas de presión que pueden dañar la tubería.

Elementos de una Red de Abastecimiento

Una red de abastecimiento de agua está compuesta por los siguientes elementos:

• Captación: Estructura para captar el agua de la fuente.
• Red de alta o agua bruta: Tuberías que transportan el agua desde la captación hasta la planta de tratamiento.
• Depósitos de agua bruta: Almacenan el agua antes del tratamiento.
• Potabilización: Planta de tratamiento para hacer el agua apta para el consumo humano.
• Depósitos de agua tratada: Almacenan el agua potable.
• Red de distribución: Tuberías, cloradores, arquetas, bombeos y tomas domiciliarias que llevan el agua hasta los usuarios.

Depósitos

Los depósitos de agua tienen la función de:

• Almacenar agua suficiente para garantizar el abastecimiento en condiciones normales y de emergencia.
• Mantener la presión adecuada en la red.

Características de los depósitos:

• Volumen: Generalmente se dimensionan para almacenar entre 24 y 48 horas de consumo.
• Tipos (posición): Enterrados, elevados, semienterrados, superficiales.
• Tipos (forma): Prismáticos, cilindro armado, cilindro pretensado, troncocónicos, irregulares, esferoides.
• Tipos (función): Reguladores de caudal, reguladores de presión, mixtos, de seguridad al servicio.
• Tipos (relación con la red): Principales o cabecera, de cola, de equilibrio, terminales o en derivación.
• Tipos (materiales): Acero, hormigón en masa, hormigón armado, otros.
• Diseño: Dos cámaras, evitar contacto con el agua, evitar variaciones de temperatura, controlar nivel del cloro, bombas/grupo de presión, válvulas, garantizar renovación de aire, aliviadero y/o control de llenado.

Tuberías

Los materiales más comunes para las tuberías de abastecimiento son:

• Fundición dúctil
• Acero
• Hormigón armado y pretensado
• PVC-U
• PE
• PVC-O
• PRFV

Válvulas

Existen diferentes tipos de válvulas en una red de abastecimiento:

• Válvulas de control: Responden al nivel, presión o control, pueden ser controladas a distancia o automáticas. Ejemplos: válvulas reductoras de presión, sostenedoras de presión, limitadoras de caudal, de control de depósitos, para la protección de bombeos.
• Válvulas de protección: Actúan de forma ocasional para proteger el sistema ante funcionamientos fuera de lo normal. Ejemplos: válvulas de retención, válvulas de alivio, válvula anti-inundaciones.
• Válvulas de regulación: Controlan los parámetros de la instalación, de forma motorizada o manual. Ejemplos: válvulas de mariposa, válvulas de asiento plano, válvulas de compuerta.
• Válvulas de operación: Permiten realizar el mantenimiento del sistema. Ejemplos: válvulas de mariposa, de asiento plano, de compuerta.
• Válvulas de regulación y operación: Palanca manual, reductor con volante manual, actuadores neumáticos e hidráulicos, actuadores eléctricos, actuadores con contrapeso.

Ventosas

Las ventosas tienen las siguientes funciones:

• Admisión de aire durante el vaciado.
• Expulsión de aire durante el llenado.
• Expulsión de aire bajo presión.

Existen ventosas mono, bi y tri-funcionales.