Diseno de Tanques de Almacenamiento

ABASTECIMIENTO DE AGUA Pgina 1

1. INTRODUCCIN.

La importancia que presenta este trabajo radica, debido que al disear un proyecto

determinado para poder abastecer a una poblacin, se deber analizar si existe la

necesidad de colocar un tanque de regularizacin o almacenamiento, o en otros

casos se conectara directo la fuente de abastecimiento con la red de distribucin y

al mismo momento se deber purificar, esto no es muy factible de realizar.

Se entiende por sistemas de abastecimiento el conjunto intercomunicado de

fuente, construcciones, instalaciones y equipos de las obras de captacin, plantas

cloradoras, plantas potabilizadoras, tanques de almacenamiento y regulacin,

crcamos de bombeo, lneas de conduccin, redes de distribucin y tomas

domiciliarias.

Antes que nada, es importante poder definir en que consiste en tanque de

almacenamiento, como su nombre lo indica es el que almacena el agua que a

futuro ser destinada para abastecer a una poblacin.

Un apartado que tambin es importante de considerar son los planos constructivos

tipos, los cuales dan informacin acerca de las especificaciones que deben de

contener los tanques de almacenamiento, como es el caso de su diseo. Un plano

constructivo tipo se define como

En este trabajo se abordaran los dos siguientes temas, con sus subtemas especficos:

Tipos de tanques.

Planos constructivos tipos.


2. TIPOS DE TANQUES.

2.1. TANQUES DE ALACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento son un elemento esencial en todo sistema de abastecimiento de agua de una poblacin. El propsito fundamental de estos tanques es proveer una cantidad adecuada en las demandas mximas observando el aspecto econmico y de capacidad suficiente. La localizacin y construccin de estos depsitos, se requiere cierta experiencia de este campo, en especial cuando se trata de determinar la capacidad y la localizacin de embalses (presas). Por otro lado en sistemas de abastecimiento de agua donde se bobea contra la red es necesario compensar las fluctuaciones de las demandas construyndose depsitos de almacenamiento antes o despus de la planta de tratamiento. Estos depsitos en general se construyen de concreto reforzado sobre el suelo y bajo este, la capacidad recomendable es el equivalente a 4 o 6 horas de abastecimiento. En cualquier forma deber contar con capacidad que permita proporcionar suficiente agua para permitir un abastecimiento seguro en las 24 horas del da.

2.2. OBRAS DE REGULACIN.

El tanque de regulacin (almacenamiento en algunos casos) es la parte del sistema de abastecimiento de agua potable que recibe un gasto desde la fuente de abastecimiento para satisfacer las demandas variables de la poblacin a lo largo del da; permite el almacenamiento de un volumen de agua cuando la demanda en la poblacin es menor que el gasto de llegada y el agua almacenada se utiliza cuando la demanda es mayor. La regulacin tiene por objeto lograr la transformacin de un rgimen de aportaciones (de la conduccin) que normalmente es constante, en un rgimen de consumos o demandas (de la red de distribucin) que siempre es variable. El tanque de regulacin puede ser superficial o elevado, y debe proporcionar un servicio eficiente bajo normas estrictas de higiene y seguridad. En los sistemas de agua potable es recomendable la conduccin directa a los tanques y a travs de stos alimentar a la red. Cuando la fuente de abastecimiento tenga la capacidad suficiente para proporcionar el gasto mximo horario, existe la alternativa de eliminar el tanque regulador, diseando la conduccin para este gasto; sin embargo, debe hacerse un anlisis econmico que permita seleccionar la mejor alternativa. La capacidad de un tanque de regulacin se obtiene en funcin del gasto mximo diario de proyecto y de la ley de demanda de la localidad.


En general el suministro de agua al tanque es continuo durante las 24 horas, tanto en conducciones por gravedad como por bombeo, ya que no se justifica econmicamente el diseo de una conduccin con bombeo de menos de 24 horas, salvo en casos excepcionales. La eleccin del sitio y del tipo de tanque (superficial o elevado), se basa en las caractersticas fsicas de la localidad, considerando las lneas de conduccin y redes de distribucin, tanto existentes como de proyecto. La seleccin del tipo de estructura para el tanque depende de los materiales existentes en la regin, de la disponibilidad de terreno y de las condiciones topogrficas y geotcnicas. El diseo de la fontanera de entrada y salida del tanque se realiza con el gasto mximo diario y horario, respectivamente. Se debe realizar un anlisis tcnico-econmico de las alternativas necesarias para definir el nmero de tanques adecuado, su capacidad, estructuracin y localizacin; considerando que su operacin y mantenimiento sean accesibles.

2.3. CLASIFICACIN DE LOS TANQUES.

La seleccin del tipo de tanque depende del material disponible en la regin de las condiciones topogrficas y de la disponibilidad de terreno.

2.3.1. Tanque superficial

Es el ms comn que se construye para todo tipo de localidad siempre y cuando se cuente con una topografa adecuada, esto es, que existe el desnivel adecuado entre el sitio donde se construye el tanque y la poblacin que es abastecida. Los tanques a base de muros de mampostera, con piso y techo de concreto reforzado, se recomiendan para tirantes que van desde 1.0 hasta 3.5 m y capacidades hasta de 10,000 m3. Los tanques de concreto reforzado se recomiendan generalmente para tirantes entre 2.0 y 5.5 m. Para capacidades que varan de 5 000 a 50,000 m3, se pueden construir tanques de concreto presforzado, con tirantes de 5.0 a 9.0 m. Este tipo de tanques puede ser la solucin ms adecuada por tiempo de construccin, ya que gran parte de sus elementos son prefabricados. En cualquier caso, el tanque superficial debe quedar desplantado en su totalidad en terreno firme, evitando que alguna porcin del mismo se apoye en rellenos. En casos especiales puede desplantarse en terreno uniforme con una compactacin adecuada.


Si el fondo del tanque se encuentra a un nivel ms bajo que el alcantarillado, drenes, letrinas, depsitos de agua estancada u otra fuente de polucin, el tanque debe alejarse de la misma 15.0 m como mnimo. En general se deben programar las inversiones, considerando construir el tanque en varias cmaras o mdulos, dejando las preparaciones de fontanera y el rea de terreno suficiente para construir estas cmaras. Para evitar el deterioro de la calidad del agua se debe tomar en cuenta que el volumen almacenado no sea estanco y se d movilidad a la misma. El diseo de la fontanera se debe realizar procurando que el flujo del agua tenga el menor nmero de cambios de direccin, con un mnimo de piezas especiales, pero cubriendo todas las posibilidades de operacin. En la entrada, el dimetro de la tubera corresponde al de la conduccin. La descarga puede ubicarse por encima del espejo de agua, por un lado del tanque o por el fondo. Se debe analizar el conjunto lnea de conduccin-tanque de almacenamiento, considerando los fenmenos transitorios, la topografa y los aspectos estructurales, para definir la ubicacin de la entrada. En el diseo se debe asegurar que con cualquier falla de la lnea de conduccin el tanque funcione adecuadamente, evitando que se vace por la lnea. Con estos accesorios se permitir realizar trabajos de mantenimiento en la conduccin. En cualquier caso se debe llevar a cabo una revisin, para tener en cuenta la necesidad de proteger la losa de fondo, del efecto por el impacto de la cada o velocidades altas del flujo de entrada para niveles mnimos en el tanque. En tanques presforzados, la entrada debe localizarse en el fondo del mismo. El diseo de la fontanera de entrada y salida debe prever todas las etapas de proyecto de esas instalaciones. En la salida, la tubera puede quedar alojada en una de las paredes del tanque o en la losa de fondo. En tanques que tienen una superficie proporcionalmente grande o tuberas de gran dimetro, es conveniente que la salida quede ubicada en el fondo, ya que para niveles bajos, el volumen almacenado puede aprovecharse en forma ms eficiente que en una salida lateral. En especial para tanques de concreto presforzado es conveniente que la salida quede ubicada en la losa de fondo. Por lo que se refiere a la macromedicin, los medidores de gasto se instalarn preferentemente en la salida.


Para dar mantenimiento o hacer alguna reparacin a los tanques de regulacin, se debe considerar un paso lateral (by pass), entre las tuberas de entrada y salida, con sus correspondientes vlvulas de seccionamiento, siempre y cuando no se pueda aislar modularmente un tanque que cuente con cmaras. Se debe analizar la necesidad de disear una caja rompedora de presin o caja de transicin, dentro de las instalaciones del paso lateral (by pass), en funcin de las caractersticas de la conduccin, con la finalidad de mantener la presin adecuada a la salida. La caja rompedora debe contar con una obra de excedencias y vlvulas para controlar el flujo de entrada. Generalmente en caso de una: fuga o reparacin, los tanques se vacan a travs de las lneas de salida que son las tuberas de mayor dimetro. El volumen remanente se extrae a travs del desage de fondo, dimensionado en funcin del tiempo requerido para vaciar el tanque, se recomienda de 2 a 4 hrs, aunque se puede variar este lapso en funcin de las condiciones particulares de cada caso. El vertedor de demasas es, en general, una tubera que se instala verticalmente en el interior del depsito, adosada a las paredes del mismo. Con el propsito de impedir la entrada de roedores y animales el tubo vertedor debe estar preparado, en su parte inferior, con una trampa hidrulica que adems proporciona un colchn amortiguador para efecto de cada del flujo de excedencias. Para la determinacin del dimetro del orificio con descarga al tubo de demasas, se utiliza la siguiente frmula:

Q = CA 2g H

Dnde: Q: Gasto de la conduccin, en m3/s. C: Coeficiente de descarga = 0.6, para orificios circulares con aristas vivas. A: rea de la tubera de demasas, en m2. h: Carga sobre el orificio, en m. Su valor puede variar de 8 a 12 cm, de acuerdo con la situacin de las ventilas y el valor del bordo libre. g: Aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2). Dependiendo de las caractersticas geotcnicas del sitio donde se desplante el tanque, se define la necesidad de disear un drenaje de fondo, que puede ser a base de filtros corridos o de una red de drenes. Adicionalmente se debe analizar el drenaje pluvial de la zona de influencia del tanque, definiendo las obras necesarias para su desalojo.


Es recomendable que la fontanera de entrada y salida de tanques de regulacin quede alojada en una sola trinchera, salvo limitaciones de espacio o topogrficas. Esta trinchera tendr la suficiente profundidad para que las lneas de entrada y salida al tanque queden totalmente visibles, sobre apoyos de concreto o metlicos. Sus dimensiones deben ser tales que permitan la instalacin, operacin y mantenimiento del equipamiento alojado en ella y su ampliacin a futuro si es el caso. Es conveniente unir la descarga de demasas, desage de fondo, drenaje pluvial y drenaje de la trinchera, con la finalidad de proyectar una sola descarga general a las instalaciones de alcantarillado cercanas, revisando previamente su capacidad hidrulica, o bien, descargar en un sitio conveniente para su incorporacin a alguna corriente natural. La ventilacin de los tanques se proporciona con tubos verticales u horizontales, provistos de codos, que atraviesan el techo o la pared, y terminan con un tubo colador o malla. El registro de acceso debe sobresalir cuando menos 10 cm por encima del techo, se construir con una cubierta impermeable que sobresalga alrededor del mismo, considerando un dispositivo de cierre. Deben colocarse escaleras de acceso para la inspeccin, limpieza o para efectuar reparaciones en los tanques.

2.3.2. Tanques semienterrados

Los tanques semienterrados tienen parte de su estructura bajo el nivel del terreno y parte sobre el nivel del terreno. Se emplean generalmente cuando la altura topogrfica respecto al punto de alimentacin es suficiente y el terreno presenta dificultad de excavacin. Permite un fcil acceso a las instalaciones del propio tanque.

2.3.3. Tanques elevados

Se utilizan en localidades con topografa plana, donde no se dispone en su proximidad de elevaciones naturales con altimetra apropiada, considerando su localizacin de acuerdo con la operacin del sistema, para que proporcione las presiones requeridas en la red de distribucin. Se pueden construir de concreto y metlicos, en torres de 10, 15 y 20 m y con capacidades desde 10 hasta 1000 m3, para zonas rurales se recomiendan tanques con una capacidad mnima del 0 m3. La determinacin de la capacidad de un tanque elevado se efecta, como se mencion para los tanques superficiales, en funcin del gasto mximo diario. En


ocasiones puede justificarse construir tanques de menor capacidad (previo anlisis tcnico-econmico), difiriendo la inversin a lo largo del periodo de diseo. En la tubera de entrada se debe considerar la instalacin de una vlvula de seccionamiento que permita acciones de mantenimiento y una vlvula de flotador o de altitud, localizando su entrada al tanque por la parte superior. La tubera de salida siempre debe instalarse en la parte inferior del depsito y deben disearse las piezas especiales y vlvulas de seccionamiento necesarias para que sea posible efectuar la limpieza del depsito. En climas fros debe preverse una adecuada proteccin para evitar el congelamiento del agua en la tubera. Debe asegurarse que en los tanques elevados no se tengan demasas, dado que representa un desperdicio inadmisible, se evita por medio de vlvulas de flotador, electroniveles o de preferencia con vlvulas de altitud, sin embargo, como un requisito de seguridad es conveniente instalar un vertedor de demasas que est constituido por tubera situada en el interior del depsito la que s continua en la torre unida a una de las columnas. Su dimetro se determina con la frmula indicada para los tanques superficiales. La ventilacin de los tanques se proporciona con tubos verticales, provistos de codos, que atraviesan el techo, y terminan con un tubo colador o malla. El registro de acceso debe sobresalir cuando menos 10 cm por encima del techo, para que no penetren las aguas pluviales, se construir con una cubierta impermeable que sobresalga alrededor del mismo, considerando un dispositivo de cierre. Deben colocarse escaleras de acceso tipo "marino" para la inspeccin, limpieza o para efectuar reparaciones.

2.4. MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIN DE LOS

TANQUES.

Los materiales que se utilizan con ms frecuencia en la construccin de los tanques de regulacin son: mampostera de piedra braza, concreto reforzado, concreto presforzado y acero. Los materiales usados para la construccin de los tanques debern cumplir con lo mencionado en la ltima revisin de 1996, de las normas de la Direccin General de Normas de la Secretara de Comercio y Fomento Industrial (Norma Oficial Mexicana, NOM) y (Norma Mexicana, NMX) y/o las de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials, ASTM); en la obra se debern efectuar las pruebas de los materiales utilizados, para garantizar que cumplan con la calidad especificada en el proyecto.


2.4.1. Mampostera.

Se refiere a la mampostera de piedra braza (del tipo conocido como de tercera), que est formada con piedras naturales sin labrar, ligadas con mortero cemento-arena.

2.4.2. Concreto.

El concreto es un material compuesto, que consiste esencialmente de un medio aglutinante en el que se encuentran partculas o fragmentos de agregado. En el concreto hidrulico, el aglutinante es una mezcla de cemento Portland y agua. Resistencia a la compresin: los concretos clase 1 tendrn una resistencia especificada, fc, igual o mayor que 250 kg/cm2. Mdulo de elasticidad: para concretos clase 1 se supondr igual a:

2.4.2.1. Cemento.

Dependiendo de la obra por construir, deber elegirse entre los diferentes tipos de cemento portland segn sea el caso:

Tipo I, para utilizarse cuando no se requieran propiedades especiales.

Tipo II para uso general, cuando se requiera una resistencia moderada a

los sulfatos o un moderado calor de hidratacin. Este cemento tiene uso

generalizado en las estructuras que conforman las plantas de tratamiento

de aguas residuales.

Tipo III, cemento de alta resistencia rpida.

Tipo IV, cuando se requiera una alta resistencia a los sulfatos, que cumpla

con la norma NMX C 1-80 O ASTM C 150-91.

2.4.2.2. Agregados.

Es todo material granular, tal como la arena, grava o piedra triturada, empleado con algn medio cementante, para producir ya sea un concreto o un mortero. Los agregados para el concreto, debern cumplir con las especificaciones NMX C 30-1986, NMX C 111-1988 y/o ASTM C 33-90. En general, los agregados tambin debern cumplir con la seccin 1.4 del informe del Comit ACI 301 (Especificaciones para el Concreto Estructural para Edificios). Se puede obtener una mayor informacin en relacin a los agregados en la Gua para la Utilizacin de Agregados de Peso Normal en el Concreto (ACI 221 R).


2.4.2.3. Agua.

El agua empleada en el mezclado del concreto deber ser limpia y estar libre de cantidades perjudiciales de aceites, cidos, sales, material orgnico y otras sustancias que puedan ser nocivas al concreto o al acero de refuerzo, y deber cumplir con la norma NMX C 283-1981.

2.4.2.4. Aditivos.

Se define como aditivo a aquel material que no sea agua, agregados o cemento hidrulico, que se utiliza como ingrediente del concreto el cual se agrega inmediatamente antes o durante el mezclado para modificar las propiedades del concreto en forma tal, que lo hagan ms manejable, ms econmico o para otros propsitos, en beneficio de la calidad y la trabajabilidad del concreto (ASTM C 49492).

2.4.3. Aceros de refuerzo.

La mayora de los miembros de concreto se refuerzan con acero, en forma de varillas, malla de alambre o torones. El acero de refuerzo le imparte gran resistencia y tenacidad al concreto. Los tipos ms comunes de refuerzo para miembros no presforzados son barras corrugadas laminadas en caliente y malla de alambre. Para refuerzo del concreto debern usarse varillas corrugadas de acero que cumplan con las normas NMX B 6, B 18, B 32 y B 294 y/o ASTM A 615, A 616, A 617 y A706. Tambin podr utilizarse como refuerzo, la malla de acero electrosoldada que cumpla con las especificaciones ASTM A 497.

2.4.4. Acero estructural.

Es el material estructural ms usado para construccin de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleacin de hierro (mnimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1% y otras pequeas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, as como fsforo, azufre, slice y vanadio, para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Entre sus ventajas est la gran resistencia a tensin y compresin, y el costo razonable. El acero estructural que se utilice en los tanques, sus aditamentos o partes de ellos, cumplir con las especificaciones ASTM A 36.


2.4.5. Materiales para sello de juntas.

Los materiales para rellenar las juntas en los tanques de regulacin de concreto, debern reunir los siguientes requisitos: a. Hermetismo al paso del agua. b. Compresibilidad. c. Evitar que se expandan al contacto con el agua.

2.5. LOCALIZACIN DE LOS TANQUES.

La seleccin del sitio ms adecuado para ubicar un tanque de regulacin se obtiene tras la consideracin de un conjunto de factores que muy a menudo son contrapuestos entre s, lo que exige un esfuerzo por parte del proyectista para conciliar los detalles contrapuestos del proyecto. Estos factores son, entre otros, los siguientes:

Es preferible que la alimentacin del tanque se efecte por gravedad, dada

su mayor economa, esta condicin puede cumplirse slo en ocasiones y en

terrenos accidentados, pues en terrenos planos es necesario recurrir al

bombeo.

La alimentacin de los tanques a la red de distribucin se debe efectuar por

gravedad, por lo que el tanque debe tener la suficiente altura para asegurar

en cualquier instante y en todos los puntos de la red una presin suficiente.

Es conveniente elevar el tanque algunos centmetros (segn proyecto)

sobre la cota estrictamente necesaria, para prever tanto incrementos de

consumo como disminucin del dimetro, por incrustacin de las tuberas.

La evaluacin del impacto ambiental que originar el proyecto.

La Norma Oficial Mexicana NOM-007-CNA-1997 denominada "Sector Agua Requisitos de seguridad para la construccin y operacin de tanques"; establece los requisitos de seguridad que deben cumplir los tanques con capacidad de 3 000 m3 o mayores. Entre otros puntos, en esta norma se establece que en el lugar donde se localizar el tanque se debe determinar la zona de afectacin por el sbito vertido de agua, en el caso de una posible falla total o parcial del tanque. Evaluando daos a zonas urbanas, industriales, vas de comunicacin y al ambiente. Asimismo, se especifica que el tanque debe estar constituido por varias celdas independientes, esta accin es tendiente a reducir los riesgos por falla del tanque y para facilitar las maniobras de mantenimiento.


Para su construccin, en ningn caso es aceptable la utilizacin de proyectos tipo o adecuaciones de stos. Por otro lado, la norma establece que los tanques deben ser provistos de un muro perimetral adicional para contener el agua vertida en caso de una falla del tanque.

2.5.1. DATOS TOPOGRFICOS

Al elegir el sitio donde debe ubicarse un tanque es conveniente considerar que la red de distribucin sea lo ms econmica posible y la mxima uniformidad de presiones en toda la zona abastecida, lo que se conseguir si se sita el tanque en el baricentro (centroide) de la misma. En el caso de que las condiciones locales impidan que se cumpla este requisito, se seleccionar la elevacin del terreno ms prxima a dicho punto de los que rodean la poblacin. En los tanques alimentadores se debe sealar para su operacin un lmite mnimo y otro mximo, en funcin de las presiones. El lmite mnimo se fija considerando que con dimetros pequeos de tubera a emplear en la red se consignan cargas mnimas en la poblacin del orden de 0.1 Mpa* (10 m.c.a.), segn sea el tipo de las construcciones. Cuando se tengan desniveles mayores a 50 m.c.a., es conveniente ubicar varios tanques, para servir zonas determinadas, los cuales se interconectan entre s, ya sea por gravedad si as es el abastecimiento, o por tuberas de impulsin si el desnivel no lo permite. Otra posibilidad es la colocacin de vlvulas reductoras de presin para servir por zonas, aunque no es aconsejable dentro de la red, pero s, si son redes independientes sobre la misma conduccin general.

2.6. CAPACIDAD DE RESERVA.

En los sistemas de agua potable para comunidades rurales, pequeas y medianas, los tanques se disean exclusivamente para regular, salvo en casos excepcionales. En sistemas grandes o con importante actividad industrial, comercial o turstica, se debe analizar la capacidad adicional de los tanques tomando en cuenta los requerimientos para atender imprevistos como son, demandas contra incendio, falla de energa elctrica (en sistemas de bombeo) y fallas en las lneas de conduccin. El anlisis anterior debe realizarse para cada caso en particular, considerando las necesidades y experiencia del cuerpo de bomberos, adems de investigar la


vulnerabilidad de las lneas de transmisin elctrica y la frecuencia en los cortes del suministro de energa. Para el caso de localidades tursticas se debe considerar la poblacin flotante para dimensionar el volumen de reserva que se requerir en las temporadas de mxima demanda. Es importante tener en cuenta que la capacidad de reserva slo funcionar como tal cuando se cuente con un sistema de agua potable que satisfaga plenamente las demandas de la poblacin, en caso contrario, el sobredimensionamiento de la capacidad de almacenamiento, en localidades que no cumplen con la condicin anterior, no representa beneficio alguno ya que la demanda de la localidad no permite en ningn caso utilizar el volumen de reserva. Por esta razn, la programacin de estas obras se llevar a cabo una vez cubierto el dficit de las fuentes de abastecimiento y el de infraestructura hidrulica, adems de considerar la factibilidad econmica y financiera y la disponibilidad de recursos econmicos para su ejecucin. En este anlisis se debe considerar que la capacidad de regulacin de proyecto ser aprovechada en su totalidad a partir de que se presente la poblacin calculada como futura. Mientras esto sucede, se contar con una capacidad adicional que puede funcionar como de reserva para los casos mencionados. De experiencias en otros pases, se recomienda un incremento del 10 % de la capacidad de regulacin para demanda contra incendio en comunidades grandes, y un incremento del 25 %, como mximo, para condiciones de emergencia y de acuerdo con los resultados del anlisis que se realice. En cualquier caso, el incremento de la capacidad del tanque no debe exceder de un 25 %.


3. PLANOS CONSTRUCTIVOS TIPOS.

3.1. CAPACIDAD DE LOS TANQUES DE REGULACIN.

La capacidad de los tanques de regulacin queda definida por las necesidades de consumo de las localidades por servir. En localidades urbanas grandes y principalmente las ciudades de gran importancia comercial, industrial y turstica, se deber hacer un estudio adecuado que tome en cuenta, adems de la capacidad de regulacin, un volumen de reserva para cubrir demandas contra incendio, interrupciones frecuentes de energa elctrica o demandas extraordinarias que se presenten durante la poca de mxima concentracin de poblacin flotante.

3.1.1. COEFICIENTE DE REGULACIN.

La capacidad del tanque est en funcin del gasto mximo diario y la ley de demandas de la localidad, calculndose ya sea por mtodos analticos o grficos. El coeficiente de regulacin est en funcin del tiempo (nmero de horas por da) de alimentacin de las fuentes de abastecimiento al tanque, requirindose almacenar el agua en las horas de baja demanda, para distribuirla en las de alta demanda. La Comisin Nacional del Agua y el Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua analizaron demandas para diferentes ciudades del pas. Asimismo, el Banco Nacional Hipotecario Urbano y de Obras Pblicas, actualmente Banco Nacional de Obras y Servicios Pblicos (BANOBRAS), elabor un estudio en la Ciudad de Mxico.

Con la informacin obtenida, se realiz el clculo para determinar los coeficientes de regulacin, en donde se consider abastecimiento durante las 24 horas del da, en dichos estudios se vari el tiempo de abastecimiento, analizando 20 y 16 horas por da. Tomando en cuenta la variacin horaria de la demanda, resulta que los ms convenientes para estos casos de bombeo son:

Para 20 horas de bombeo: de las 4 a las 24 horas.

Para 16 horas de bombeo: de las 5 a las 21 horas.


Cuando se modifican los horarios de bombeo a un periodo menor de 24 horas/da, se debe cambiar el gasto de diseo de la fuente de abastecimiento y conduccin incrementndolo proporcionalmente a la reduccin del tiempo de bombeo; el gasto de diseo se obtiene con la expresin:

Dnde: Qd: es el gasto de diseo, en L/s. Qmd: es el gasto mximo diario, en L/s. tb: es el tiempo de bombeo, en horas/da.

Para cualquier alternativa de reduccin del tiempo de bombeo, se debe considerar que habr un incremento en los costos de la infraestructura de la conduccin y fuente de abastecimiento, y esta ltima deber satisfacer el incremento de gasto. Para el clculo de los coeficientes de regulacin se recomienda utilizar el siguiente mtodo: El clculo de los coeficientes de regulacin, se basa en el mtodo de porcentajes de gastos horarios respecto del gasto medio diario. El procedimiento de clculo se presenta a continuacin:

1 2 3 4 5

Horas Entrada % Q. Bombeo

Salida % Q. Salida

Diferencia Ent-Sal

Diferencia acumulada

a) En la columna 1 se enlista el tiempo en horas.

b) En la columna 2 se anota la ley de entrada (est en funcin del volumen de

agua que se deposita en los tanques en la unidad de tiempo considerada,

por l o los diferentes conductos de entrada).

Se pueden considerar diferentes intervalos de bombeo dependiendo del gasto medio de produccin de las diferentes fuentes de captacin.

c) En la columna 3 se anota la ley de salida en forma similar a la anterior

(porcentajes de gastos horarios respecto del gasto medio horario).

d) En la columna 4 se anota la diferencia algebraica entre la entrada y la

salida.

e) Finalmente en la columna 5 se anotan las diferencias acumuladas

resultantes de la suma algebraica de las diferencias de la columna 4.


De los valores de la columna de diferencias acumuladas, se deduce el mximo porcentaje excedente y el mximo porcentaje faltante, por lo que:

Dnde: R: es el coeficiente de regulacin. Mx. % Excedente: es el valor mximo positivo de las diferencias acumuladas. Mx. % Faltante: es el valor mximo negativo de las diferencias acumuladas.

3.1.2. DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE DE REGULACIN.

Para determinar la capacidad del tanque de regulacin se utiliza la siguiente ecuacin, ms el volumen considerado para situaciones de emergencia. Dnde: C: es la capacidad del tanque, en m3. R: es el coeficiente de regulacin. Qmd: es el gasto mximo diario, en I/s.

3.1.3. ALTERNATIVAS DE DIMENSIONAMIENTO.

Cuando no se conozca la ley de demandas de una localidad en particular, se recomienda aplicar los siguientes valores (ver Tabla 1.3). De la misma manera, en la Tabla 1.4 se muestran los valores de coeficientes de regulacin para la Ciudad de Mxico, para diferentes tiempos de bombeo.

Tabla 1.3 Coeficientes de regulacin

TIEMPO DE SUMINISTRO AL TANQUE (hr)

COEFICIENTE DE REGULACIN

24 11.0

20 (De las 4 a las 24 horas) 9.0

16 (De las 5 a las 21 horas) 1.9.0

Tabla 1.4 Coeficientes de regulacin para la Ciudad de Mxico

TIEMPO DE SUMINISTRO AL TANQUE (hr)

COEFICIENTE DE REGULACIN

24 14. 3




Es importante tomar en consideracin para el clculo de la capacidad de los tanques, el nmero de horas de alimentacin o bombeo, as como su horario, el cual estar en funcin de las polticas de operacin y los costos de energa elctrica, los cuales son mayores en las horas de mxima demanda (horas pico).

3.2. ACCESORIOS DE LOS TANQUES

Para el diseo hidrulico de los accesorios de los tanques como la entrada, la salida a la red, desage y vertedor de demasas, se recomienda lo siguiente:

3.2.1. TANQUES SUPERFICIALES.

El arreglo tpico general se muestra en la siguiente Figura.

Figura 1.3 Tanque superficial. Arreglo general de fontanera.

Figura 1.4 Tanque superficial. Fontanera de llegada.

3.2.1.1. Entrada.


El dimetro de la tubera de entrada corresponde en general al de la conduccin. La descarga podr ser por encima del espejo de agua (para tirantes pequeos), por un lado del tanque o por el fondo (para tirantes grandes). En cualquier caso el proyectista debe tener especial cuidado en revisar y tomar las providencias necesarias para proteccin de la losa de fondo por efecto del impacto de la cada o velocidades altas de flujo de entrada para niveles mnimos en el tanque. Es conveniente analizar la colocacin de una vlvula de control de niveles mximos, en la tubera de entrada al tanque, que puede ser de tipo flotador o de altitud. El gasto de diseo para la fontanera de entrada debe ser el gasto mximo diario, el mximo que proporcione la fuente de abastecimiento o el que indique la planeacin general de las obras. Dependiendo del arreglo funcional del tanque existen varias opciones para la llegada al tanque superficial:

a) Por la parte superior.- Este arreglo se presenta en la figura 1.4, que indica

su llegada con vlvula de flotador, pero en algunos casos se utiliza

nicamente la tubera (cuello de ganso).

b) Por la parte inferior.- Este diseo se utiliza por lo general cuando es la

misma lnea tanto de llegada como de distribucin, pero tambin se puede

utilizar como llegada nicamente.

3.2.1.2. Salida.

La tubera de salida se puede alojar en una de las paredes del tanque o en la losa de fondo. En tanques que tienen una superficie suficientemente grande o tuberas de salida de gran dimetro, resulta ms conveniente que sta quede ubicada en el fondo del tanque, ya que para niveles bajos en el tanque, el gasto de extraccin puede manejarse en forma ms eficiente que en una salida lateral. (Ver figura 1.5).

Tabla. Fontanera de salida de tanque Lista de materiales.


Figura 1.5 Tanque superficial.-Fontanera salida de tanque. Para dar mantenimiento o hacer alguna reparacin a los tanques de regulacin, es indispensable dotar a estas estructuras de un by-pass, entre las tuberas de entrada y salida, con sus correspondientes vlvulas de seccionamiento. Los medidores de gasto se instalarn preferentemente en las lneas de salida o en la lnea de entrada. Deber ponerse especial cuidado en las recomendaciones de los fabricantes, respecto a las distancias aguas arriba y aguas abajo de los medidores, en que no haya interferencia o cambios de direccin de flujo. El gasto de diseo de las tuberas de salida, ser el gasto mximo horario, o el que se indique en la planeacin general de las obras.

3.2.1.3. Cajas rompedoras de presin.

Dentro de las instalaciones del by-pass y cuando la alimentacin al tanque sea por gravedad, se instalar una caja rompedora de presin, con el objeto de mantener la presin esttica en las lneas de salida, a la misma cota que la generada con los niveles dentro del tanque. Esta caja puede eliminarse, si al revisar las condiciones de las tuberas de salida y redes de distribucin abastecidas por el tanque, se determina que stas pueden absorber el incremento de presin esttica. La caja rompedora debe incluir una obra de excedencias y de vlvulas para controlar el flujo de entrada. Se recomienda instalar por lo menos una vlvula de mariposa en la lnea de entrada a la caja.

3.2.1.4. Desage de fondo.

En caso de una fuga o reparacin, los tanques se vaciarn a travs de las lneas de salida que son las tuberas de mayor dimetro. El volumen ltimo remanente,


se extraer en funcin del tiempo requerido para la reparacin del tanque. Generalmente se puede adoptar un tiempo de 2 a 4 horas para el vaciado de este remanente, aunque se puede variar este lapso en funcin de las condiciones particulares de cada caso (ver Figura 1.6).

Tabla. Fontanera de desage de fondo Lista de materiales.

Figura 1.6 Tanque superficial. Fontanera de desage de fondo.

3.2.1.5. Tubera de demasas.

La tubera de demasas se instala principalmente en forma vertical en el interior del depsito y adosada a las paredes del mismo. Con el propsito de impedir la entrada de roedores y animales en general. El tubo vertedor estar dotado en su parte inferior de una trampa hidrulica, que adems proporciona un colchn amortiguador para efectos del impacto de cada del flujo de excedencias. En algunos casos se proyecta la instalacin con salida horizontal y bajada a 60 grados (ver Figura 1.7).


Tabla. Fontanera de demasas Lista de materiales.

Figura 1.7 Tanque superficial. Fontanera de demasas. Es conveniente unir las lneas de descarga de excedencias, desage de fondo y aguas pluviales, para tener una descarga general.


3.2.2. TANQUES ELEVADOS.

El arreglo general tpico se muestra en las siguientes Figuras.

Figura 1.8 Tanque elevado. Arreglo general de fontanera.

Figura 1.9 Tanque elevado. Vista en planta


Para el diseo de la entrada, salida, desage y demasas, se tomarn en cuenta las siguientes recomendaciones:

3.2.2.1. Entrada y salida.

Generalmente para tanques elevados (de concreto y metlicos) se utiliza para las funciones de llenado y vaciado la misma tubera, su dimetro de preferencia debe ser el de alimentacin a la red. Dicho conducto se aprovecha tambin para efectuar la limpieza del depsito, utilizando las piezas especiales y vlvulas de seccionamiento (ver Figura 1.10).

Figura 1.10 Tanque elevado. Arreglo de fontanera entrada-salida

Para facilidad de operacin y mantenimiento, se recomienda que las fontaneras de entrada y salida queden alojadas en "trincheras". La entrada en este tipo de tanque puede tener varios arreglos, en los que destacan:

a) Llegada y salida por la misma tubera.- Este tipo de arreglos representa un

ahorro en tubera, la llegada es por la parte inferior del tanque, al mismo

tiempo sirve como un amortiguador cuando se presenta una sobre presin

(golpe de ariete), en caso de control se utilizaran electroniveles.

b) Llegada y salida por tuberas independientes.- En este arreglo se utiliza

ms tubera por tener lneas independientes, este tipo de arreglo, se utiliza

para tener carga constante en la distribucin y su control se puede hacer

tanto con electroniveles, como por vlvulas de flotador.


3.2.2.2. Tubera de demasas.

Deber asegurarse que no se tengan demasas, dado que representara un desperdicio de agua cuyo bombeo representa un costo de operacin; esto se logra evitar por medio de vlvulas de flotador, electroniveles o de preferencia con vlvulas de altitud, como un requisito de seguridad, es conveniente instalar un vertedor de demasas, constituido por una tubera situada en el interior del depsito la que puede colocarse unida a una de las columnas de la torre del tanque. La ventilacin a los tanques se proporciona por medio de tubos verticales u horizontales, que atraviesan el techo o la pared; o por medio de aberturas con rejillas de acero instaladas en la periferia del tanque. Para la limpieza del tanque se recomienda colocar un tubo de desage en el fondo, esta tubera no debe conectarse al alcantarillado, sino que debe descargar libremente en un recipiente abierto desde una altura no menor de dos dimetros del tubo sobre la corona del recipiente y de ah por gravedad descargar a un depsito.


REFERENCIAS:

Archivos pdf:

CNA, Datos Bsicos, Manual de Diseo de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento, Gerencia de Normas Tcnicas, Mxico, 1994.

CNA, Norma Oficial Mexicana NOM-007-CNA-1997 "Sector Agua

Requisitos de seguridad para la construccin y operacin de tanques", Mxico, 1997.

UNAM, Abastecimiento de Agua Potable, Facultad de Ingeniera, Divisin de Ingeniera Civil, Topografa y Geodsica, Departamento de Ingeniera Sanitaria, Mxico, 1991.

Recomendaciones sobre depsitos de agua, Asociacin Espaola de Abastecimientos de Agua y Saneamiento, Espaa, 1990.

Pginas de Internet:

http://cdigital.dgb.uanl.mx/la/1020082534/1020082534_011.pdf

ftp://ftp.conagua.gob.mx/Mapas/libros%20pdf%202007/Dise%F1o,Construccion%2

0y%20Operacion%20de%20Tanques%20de%20Regulacion%20.pdf

http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20

TECNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/FICHA%20TECNICA_TANQUE

S%20DE%20AMORTIGUAMIENTO.pdf

http://cdigital.dgb.uanl.mx/la/1020082534/1020082534_010.pdf