Generalidades Despus de haber efectuado la potabilizacin del agua, cuya etapa final es la esterilizacin, debe asegurarse su aprovisionamiento normal a la poblacin para la cual ha sido destinada. Con este objeto se prev inmediatamente despus del tratamiento completo, una reserva o almacenamiento de agua de un volumen apreciablemente grande. El agua de la conduccin llega a la poblacin de un modo uniforme; es decir, el caudal de la conduccin es constante durante las 24 horas del da cuando el agua viene por gravitacin, y de la misma manera, o solo durante algunas horas, cuando es elevada por bombas; como el consumo es variable, se necesita un depsito donde almacenar el agua sobrante cuando el caudal que se consume es menor que el conducido y que suministre el agua necesaria para el consumo cuando el caudal que se gasta es mayor que el de la conduccin. Estos depsitos de regulacin deben tener la altura necesaria para dar presin adecuada a la red distribuidora y, si las condiciones topogrficas no favorecen para ubicarlos en la cota correspondiente hay que construirlos con las torres de sostn. Estos ltimos se llaman tanques elevados ( T. E .) . Los edificios considerados segn su caracterstica funcional son:

De reserva

De regulacin Segn la forma de alimentar la red distribuidora son:

Elevados que aseguren la presin

Enterrados de los que se extrae el agua por bombeo Segn la presin :

Tanques elevados

Cisternas ubicadas en las cotas del terreno suficientemente altas

Tanques neumticos donde la presin se asegura por el aire comprimido en los tanques hermticos, por lo general metlicos.

Si se puede hacer funcionar el servicio sin los tanques y reservas, cuando la eleccin de los equipos de bombeo se hizo en forma correcta que asegure con la automatizacin adecuada gastos mnimos de energa, la cuestin de la rentabilidad de estos servicios debe ser estudiada minuciosamente ya que los tanques y depsitos pueden atender a otras necesidades de la mayor importancia, por ejemplo la de suministrar agua en el caso que haya que cortar la conduccin por avera o reparaciones. Otro de los objetivos es proporcionar un suplemento extraordinario de agua en caso de incendio. La determinacin del volumen debe realizarse segn un anlisis tcnico econmico del sistema proyectado y su rgimen de funcionamiento. La cuestin de la cantidad de esta clase de edificios bien estudiada puede notablemente disminuir su costo y aliviar la red distribuidora con el consiguiente descenso de los gastos de construccin.

TANQUES ELEVADOS

Cuando el tanque no ocupe el centro de gravedad, puede tener varias funciones segn su localizacin: Tanque de distribucin (cisterna): se tendr un tanque de distribucin cuando el agua llegue a este antes de llegar a la poblacin. Tanque de compensacin (cisterna): este tipo de tanque se sita en el extremo opuesto de la entrada de agua a la red de distribucin, as cuando el consumo es nulo en la poblacin, la totalidad del agua llega al tanque de compensacin a travs de la red de distribucin. Cuando el consumo iguala al suministro, no entra ni sale agua del tanque, y cuando el consumo es mayor que el suministro la poblacin ser surtida tanto por el tanque de distribucin como por el tanque de compensacin. Tanque elevado: consiste en una cuba montada en una torre o estructura de pilares cuya funcin es asegurar una presin conveniente a toda hora y en todo lugar. El volumen de la cuba constituir junto con el volumen de la o las cisternas existentes el volumen total de reserva requerido. El volumen de la cuba debe ser como mnimo el 10% del volumen total de la reserva. En lo referente al emplazamiento y altura ms econmica, en lo posible debe realizarse en el centro de gravedad y en el punto mas alto, siendo prioritario, en el caso de no darse ambas condiciones, el punto mas alto. En lo que respecta a la altura se analiza mediante diagrama que depende del anlisis de costo de la red por un lado y de elevacin por el otro.

- A mayor altura corresponde mayores gastos anuales de elevacin y mayor costo en la construccin del tanque

- A mayor altura se necesitarn menores dimetros en la red de distribucin y con ello disminuir la anualidad de amortizacin de la red.

Por ejemplo, en Santiago del Estero, por el tipo de suelo no conviene tener que

construir grandes tanques elevados ya que se encarece la fundacin (suelos colapsibles) y por el ataque de los suelos al hormign (se deben usar cementos ARS). En lo referente al dimensionado, la relacin de la altura del cubo al dimetro vara entre los lmites 0,5 a 1 ya que los tanques elevados son por lo general de forma cilndrica. De las dos funciones que cumple (almacenar y dar presin), puede no almacenar pero siempre debe dar presin. En los tanques elevados es preciso disponer las tuberas de entrada y salida de agua, as como de desage y desborde. La mejor disposicin de las llaves de cierre es en la parte inferior, para facilitar el montaje y desmontaje en las reparaciones. Las uniones conviene realizarlas con bridas. Deben disponerse juntas de dilatacin e indicadores de nivel. En general las tuberas son de hierro galvanizado. Caeras Las conducciones presentes son:

Caera de acceso (impulsin al tanque)

Caera de bajada para alimentacin a la red

Caera de limpieza

Caera de desborde

By Pass Accesorios

Escalera de acceso

Pararrayos

Balizas

Guardahombre

Depsitos y Cisternas Los depsitos de agua pueden desempear funciones simples o combinadas. Su destino puede ser el de asegurar una reserva considerable de agua, el de servir de compensadores de las fluctuaciones del gasto diario, o el de ser solo reguladores de presin. En algunos casos cumplen con esas tres finalidades. Cuando se transportan aguas desde largas distancias, conviene establecer a la entrada de la ciudad, grandes depsitos de reservas cuyo contenido permite atender el consumo de la poblacin mientras se reparen los desperfectos siempre posibles en largos acueductos . Su ubicacin es sobre colinas o elevaciones del terreno, dndoles un tirante de agua que vara entre 5 y 10 metros. Su capacidad es aquella que requerira un margen tal que cubriera los riesgos extraordinarios de una grave avera, y puede alcanzar de unos das a varias semanas de consumo.

La altura que debe ocupar el depsito depende de si es de reserva o de compensacin. Los depsitos de reserva se sitan altos para disponer de mayor presin para vencer la resistencia de la caera que en tal caso se emplea con dimetros ms reducidos. Un lmite superior a la altura del depsito la fija el material de la caera y dems instalaciones, por la presin que pueden resistir. Cuando en la red hay un depsito de reserva y uno de compensacin, el primero se situar, de ser posible, a una altura tal que no salga agua desde el momento en que el consumo iguala el caudal de alimentacin. El depsito de compensacin se empieza a llenar cuando el consumo es inferior al caudal servido por el depsito de reserva. Cisternas: es el nombre que reciben los depsitos cuando el fondo y las paredes se apoyan sobre el terreno. Se construyen cuando en la topografa del terreno existen las condiciones necesarias para fundar el depsito. La forma de su planta puede ser rectangular o circular, siendo desde el punto de vista esttico ms conveniente esta ltima. La altura de agua, por razn de impermeabilidad, rara vez supera los 5 metros. Se las protege de los cambios de temperatura con una capa de tierra de un espesor mnimo de 0,5 m , y en general se adopta entre 1 y 1,5 m. A partir de un volumen de 50 m3, los depsitos constan de dos compartimentos como mnimo, para poder prestar el servicio durante la limpieza o las reparaciones. Se construyen en su interior tabiques a los efectos de evitar la formacin de zonas de aguas muertas. Impermeabilizacin: es de suma importancia de impedir que el agua exterior penetre en la cisterna. Al efecto la cubierta recibe siempre una pendiente de 2 a 3 por ciento, para dar salida al agua que se infiltra por el terrapln. Los paramentos interiores cubiertos con agua se tratan con enlucido, que se aplica apenas hormigonada la pared, y al que se aaden productos hidrfugos. En depsitos de grandes dimensiones se ejecuta el revoque por medio de equipo de gunita (can lanza cemento), que permite obtener la mxima capacidad del revoque ejecutada a gran presin. La ventilacin es necesaria para que la cisterna aspire el aire o lo expulse cuando se baja o sube el nivel del agua en ella. Cada cisterna o grupos de ellas siempre estn acompaadas por cmaras de llaves, en las cuales se renen todas las tuberas de alimentacin y toma, desage y desborde y donde se hallan las llaves y las piezas especiales que se necesitan para su enlace recproco. Caeras Las conducciones presentes son:

Caera de acceso (alimentacin a la cisterna)

Caera de impulsin a tanque elevado (aspiracin)

Caera de limpieza

Caera de desborde Accesorios

Ventilacin

Iluminacin

Regla graduada (nivel de agua en la cisterna)

Escalera de acceso

1%

1% 1% 1%

1%1%

1%1%

Capacidades de reservas

El volumen total de las reservas resulta de sumar el volumen de compensacin, el volumen para incendio y el volumen para reparaciones o mantenimiento.

VrViVcVt

Volumen de Compensacin (Vc) : es aquel con el cual se satisface la demanda en una jornada Volumen de incendio (Vi) : es aquel necesario para extinguir incendios cuya duracin se considera de 3 a 6 horas. Para ciudades con menos de 200.000 habitantes las Normas indican que se puede suponer un solo incendio, mientras que para poblaciones mayores, se debe suponer que ocurre otro incendio simultneamente exigiendo una demanda adicional de 32 lts/seg. Volumen para reparaciones (Vr) : a los volmenes anteriores hay que adicionarle el necesario para almacenar agua en caso de tener que realizar reparaciones u operaciones de mantenimiento en la planta cuya duracin se adopta de 4 a 10 horas. El volumen total se distribuir en las cisternas y torres tanques que haya en la poblacin.

Clculo de la Cisterna 1.- Se utiliza el Caudal mximo diario a 20 aos (Qm20 (m3/d)) para el dimensionado de la misma. 2.- Se fijan los turnos de bombeo 3.- Determinamos el volumen aportado a la cisterna por da (aporte continuo de los filtros) que es igual al caudal mximo diario (m3/d) 4.- Obtenemos el caudal de bombeo como:

24

bombeohsN

QQ 20mb

5.- Calculamos el volumen de la cisterna teniendo en cuenta:

Aporte : constante (desde filtros)

Demanda : intermitente (bombeo hacia el tanque elevado) Con ello confeccionamos la siguiente tabla:

Hora

Aporte [m3] Aporte acum. [m3]

Demanda [m3]

Demanda acum. [m3]

Diferencia [m3]

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 Donde el aporte viene dado por:

hs24

Q)m(Aporte 20m3

El aporte acumulado por la suma del aporte anterior y el aporte actual

La demanda por:

bombeodehsN

Q)m(Demanda 20m3

Estos valores se ubican en la franja o franjas correspondientes a las horas de bombeo. La demanda acumulada por la suma de la demanda anterior y la demanda actual La diferencia se obtiene de restar al Aporte Acumulado, la Demanda Acumulada de dicha fila. As tenderemos valores positivos y negativos. 6.- De estos ltimos se extraern el Mximo Valor Positivo y el Mximo Valor Negativo, obteniendo de su suma (de sus valores absolutos) el Volumen necesario de la Cisterna Clculo del Tanque Elevado El procedimiento descripto para cisternas se realiza para el Tanque elevado teniendo en cuenta lo siguiente:

Aporte : intermitente (bombeo hacia el tanque elevado)

Demanda : constante (abastecimiento a la red de distribucin) Con ello confeccionamos la siguiente tabla:

Hora

Aporte [m3] Aporte acum. [m3]

Coef oscilac horaria (kh)

Demanda [m3] Demanda acum. [m3]

Diferencia [m3]

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

Donde los valores correspondientes al aporte son los mismos que los de la columna demanda de la tabla de la cisterna. Los valores de la columna de coeficiente de oscilacin horaria se extraen de la tabla adjunta del prctico en funcin del valor del mismo para cada hora. La diferencia se obtiene de igual forma que para cisternas. De estos ltimos valores se extraern el Mximo Positivo y el Mximo Negativo, obteniendo de su suma (de sus valores absolutos) el Volumen necesario del Tanque Elevado. Una vez determinados los volmenes de la Cisterna y del Tanque podemos disear los mismos (definimos las dimensiones). Como prximo paso realizamos el Clculo de las conducciones correspondientes a ambos edificios. Clculo de las conducciones

Cisterna 1. Caera de desborde

a- Embudo o boca trompeta

Se analiza como un orificio en donde la seccin del mismo se calcula con la siguiente expresin: Siendo: Q: es el caudal mximo diario a 20 aos (Qm20)

: coeficiente de contraccin (0.50 a 0.60) g: aceleracin de la gravedad (9.81 m3/s) h: carga o altura de agua sobre el embudo (0.20-0.25 m)

Luego determinamos el dimetro:

A4

4

A

2

b- Caera

Se parte de proponer una perdida de carga (Hf) entre la entrada de la caera hasta el desage en una cuneta cercana a la planta.

g2

V

LfH

2

f

Que reemplazando la velocidad en funcin de caudal nos queda

Siendo: Hf: la prdida de carga adoptada entre la entrada del conducto y el desage en

la cuneta f: factor de friccin L: longitud de la tubera : dimetro del conducto Q: caudal mximo diario a 20 aos (Qm20) g: aceleracin de la gravedad

hg2

QAhg2AQ

g

Q8

LfH

2

2

5f

Como se conoce el lquido que va a conducir, de tabla se extrae el valor de la viscosidad

cinemtica del mismo ( agua 1x 10-6 m2/s) y respecto al material del conducto se obtiene su rugosidad absoluta (k H G 0,000152m). El clculo se realiza de la siguiente forma:

Adopto un valor del factor de friccin (fadopt)

Se calcula el dimetro correspondiente con la siguiente expresin:

52

2

f g

Q8

H

Lf

Se determina el valor del Nmero de Reynolds

4

Q

AQ

VRe

2

De la expresin de Colebrook y White para conductos comerciales, despejamos el factor de friccin.

Este ltimo valor se lo compara con el valor adoptado al inicio del clculo (fadopt). Si la diferencia entre dichos valores es pequea entonces el dimetro de la conduccin es el obtenido en los pasos anteriores, de no ser as se parte con el ltimo valor del factor de friccin calculado y se realizan nuevamente los clculos.

2. Caera de alimentacin desde planta potabilizadora

Contando con un aporte constante desde la planta potabilizadora a la cisterna (Qm20), la

longitud (L) de la conduccin entre estas, una prdida de carga adoptada (H), la rugosidad del material del conducto (k) y la viscosidad cinemtica del fluido, procedemos al clculo de la misma forma que el clculo realizado para la conduccin de desborde.

3. Caera de impulsin desde la Cisterna al Tanque elevado

Se procede a la determinacin del dimetro econmico aplicando la frmula de Bresse ya que esta se utiliza para pequeas longitudes de conduccin.

Qbx3.1 4/1

siendo: Qb: caudal de bombeo x: relacin entre las horas de bombeo totales del da y las 24 hs.

4. Tanque elevado

2

eD71,3

k

fR

51,2log2

1f

1. Caera de bajada o alimentacin a la red

Tanto el clculo del embudo como la conduccin del tanque elevado, se efecta de la misma manera que para la cisterna.

2. Caera de desborde

dem caera de desborde en cisterna (embudo y conduccin)

3. Caera de limpieza

dem caera de desborde en cisterna (embudo y conduccin) BIBLIOGRAFIA CONSULTADA - Apuntes de la Ctedra de Ingeniera Sanitaria de la Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales de la Provincia de Crdoba - Diseo de Acueductos y Alcantarillado del Ingeniero Ricardo Alfredo Lpez Cualla - Hidrulica y Mquinas Hidrulicas de Stevenazzi