Capitulo IV "Almacenamiento"

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO

CAPITULO IV

ALMACENAMIENTO

4.1 DOTACION MEDIA DIARIA

La dotación media diaria por habitante es la media de los consumos registrados durante

un año. Para el caso de ampliación, incorporación o cambio de los componentes de un

sistema, la dotación media diaria deberá ser fijada en base al análisis y resultados de los

datos de producción y consumo del sistema. Dicho análisis debe considerar los efectos de

consumo restringido cuando la disponibilidad de agua no llegue a cubrir las demandas de

la población.

La dotación media diaria recomendada para el diseño de sistemas de agua potable se indica

en la Tabla 4.1 Adicionalmente se tomarán en cuenta, para el ajuste de las dotaciones, los

estudios socio económicos realizados y el costo marginal de los servicios. En ningún caso

estos ajustes podrán disminuir en más del 20% los valores indicados en la Tabla 4.1

En base a estudios socio-económicos, deberá compatibilizarse un incremento en la

dotación, el mismo que se justifica por el mayor hábito en el uso de agua por la

disponibilidad de la misma. La dotación futura se puede estimar con un incremento anual

entre el 0.5 % y el 2 %, aplicando la fórmula de crecimiento geométrico:

Df = Di (1 + d/100)n

donde:

Df = Dotación futura [hab]

Di = Dotación inicial [hab]

d = Variación anual de la dotación

n = Número de años en estudio

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

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Tabla 4.1 Dotación media referencial

ZonaHasta De 500 De 2000 De 5000 De 20000 Más de500 a 2000 a 5000 a 20000 a 100000 100000

Altipláno 30-50 30-70 50-80 80-100 100-150 150-250De los Valles 50-70 50-90 70-100 100-140 150-200 200-300De los Llanos 70-90 70-110 90-120 120-180 200-250 250-350NOTAS: * / 1 * / 2( 1 ) Justificar a través de un estudio social( 2 ) La dotación se deberá justificar mediante un estudio socio-economico

Población ( hab ) Dotacion media ( L/hab/d )

Fuente: Norma Boliviana NB 689 pag. 26

4.2 VARIACION DE CAUDALES

En general la finalidad de un sistema de abastecimiento de agua es la de suministrar agua a

una comunidad en forma continua y con presión suficiente a fin de satisfacer razones

sanitarias, sociales, económicas y de confort, propiciando así su desarrollo.

Para lograr tales objetivos, es necesario que cada una de las partes que constituyen el

acueducto esté satisfactoriamente diseñada y funcionalmente adaptada al conjunto. Esto

implica el conocimiento cabal del funcionamiento del sistema de acuerdo a las variaciones

en los consumos de agua que ocurrirán para diferentes momentos durante el período de

diseño previsto.

Los consumos de agua de una localidad muestran variaciones estaciónales, mensuales,

diarias y horarias. Estas pueden expresarse en función (%) del Consumo Medio (Qm).

Consumo medio diario promedio anual

Ello nos permite definir el Consumo Medio Diario como el promedio de los consumos

diarios durante un año de registros expresado en [lts/seg]. Así mismo, definimos Consumo

Máximo Diario, como el día de máximo consumo de una serie de registros observados

durante un año y se define también el Consumo Máximo Horario, como la hora de máximo

consumo del día de máximo consumo.


123


4.3 VARIACIONES DIARIAS

La Figura 4.1 se muestra la curva de registro de los consumos de agua, para un

determinado mes con un promedio en el consumo de 921 [lts/viv/día.]

FIG. 4.1 CURVA DE VARIACIONES DIARIAS DE CONSUMO REGISTRADA DURANTE UN MES [Ref. 10]

Consumo Máximo Diario

Al extender estas variaciones a todo un año, podemos determinar el día más crítico

(máxima demanda) que debe necesariamente ser satisfecho, ya que de lo contrario

originaria situaciones deficitarias para el sistema;

La Norma Boliviana NB 689, establece lo siguiente:

El consumo medio diario (Qmed_d expresado en lts/seg) será determinado en base a la

población calculada y a la dotación media adoptada.

Es decir: Qmed_d = Población x Dotación

segdíahabltsdotaciónhabpoblaciónsegltsQ dmed 86400

]//[][]/[_⋅

=

El consumo máximo diario (Qmax_d) se determinará multiplicando el consumo medio diario

por un coeficiente k1 que varía entre 1.2 a 1.5 (Norma Boliviana NB 689 pag. 26) según las

características de la población. Otros valores de K1 se muestran en la tabla 4.2

Qmax_d = K1 x Qmed_d


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Tabla 4.2 Valores del factor k1, para diversos países

Pais Autor K1Alemania Hutler 1.6 - 2.0Brasil Azevedo-Neto 1.2 - 1.5España Lázaro Urra 1.5Estados Unidos Fair & Geyer 1.5 - 2.0Francia Devaube-lmbeaux 1.5Inglaterra Gourlex 1.2 - 1 .4Italia Galizio 1.5 - 1.6Venezuela Rivas Mijares (13) 1.2 - 1.5

Fuente: Abastecimientos de Agua, Simón Arocha R. Pag. 16

4.4 VARIACIONES HORARIAS

Durante un día cualquiera, los consumos de agua de una comunidad presentarán

variaciones hora a hora dependiendo de los hábitos y actividades de la población. Si

observamos uno cualquiera de los discos con las variaciones horarias del consumo Fig. 4.2

esta muestra valores mínimos en las horas de la madrugada y máximos al mediodía.

FIG. 4.2 REGISTRO GRAFICO DEL VENTURIMETRO.

VARIACIONES HORARIAS DEL CONSUMO DE AGUA [Ref. 10]


125


Para visualizar mejor esta distribución, transferimos los datos del disco a un sistema de

coordenadas cartesianas Figura 4.3, observándose una curva de variaciones de consumo,

con 2 picos bien definidos al comienzo de las actividades matinales y al mediodía.

FIG. 4.3 ESQUEMA DE UNA CURVA DE VARIACIONES HORARIAS [Ref. 10]

4.4.1 CONSUMO MÁXIMO HORARIO

El valor máximo tomado hora a hora representara la hora de máximo consumo de ese día.

Si por definición, tomamos la curva correspondiente al día de máximo consumo, esta hora

representará el Consumo Máximo Horario.

El consumo máximo horario (Qmax_h)se determinará multiplicando el consumo máximo

diario por un coeficiente K2 que varia entre 1.5 y 2.2 según el número de habitantes.

siendo:

Qmax_h = K2 x Qmax_d

Los valores de k2 se hallan indicados a continuación:

Tamaño de la población Coeficiente k2Hasta 2.000 hab. 2.20 - 2.00de 2.000 hab. a 10.000 hab. 2.00 - 1.80de 10.000 hab. a 100.000 hab. 1.80 - 1.50de 100.000 hab. adelante 1.5

Fuente: Norma Boliviana NB 689 pag. 27


126


4.4.2 CONSUMO INDUSTRIAL

Se analizará especialmente las necesidades y requisitos de cada caso, así como su

incidencia en los consumos máximos horarios. Estos consumos deben ser diferenciados

según zonas, ya que por lo general los mismos son característicos del tipo de asentamiento

predominante en dichas zonas.

4.5 TANQUES DE REGULACION

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.

Un estanque de almacenamiento cumple tres propósitos fundamentales:

1) Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día.

2) Mantener las presiones adecuadas en la red de distribución.

3) Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de

emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías de aduc-

ción 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

4.5.1 CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO

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 regulación.

- Volumen de lucha contra incendios

- Volumen de reserva


127


4.5.1.1 Volumen de regulación

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 máximo

diario si el sistema es por gravedad; si el sistema es por bombeo se considerarán los límites

del 15 al 25% de acuerdo al número y duración de los periodos de bombeo así como los

horarios en los que se hallan previstos dichos bombeos.

4.5.1.2 Volumen contra incendios [Ref. 10]

Para poblaciones menores a 10000 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 10000 habitantes se asume un tiempo

de duración del incendio entre 2 y 4 horas, para caudales de incendio de 10, 16 o 32

[lts/seg] de acuerdo a la importancia y densidad poblacional dela zona.

Con lo cual se tiene una de las siguientes alternativas:

a) 10 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 140000 [lts]

b) 16 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 230400 [lts]

c) 32 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 460800 [lts]

4.5.1.3 Volumen de reserva

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 un volumen

equivalente a 4 horas de consumo correspondiente al consumo máximo diario (Qmax_d)


128


4.5.1.4 Volumen total

Resultará como el mayor valor de la suma de cualquiera de las siguientes cantidades:

Vreg + Vinc

> VTANQUE Vreg + Vres

4.5.2 DISEÑO DEL VOLUMEN DEL TANQUE DE REGULARIZACION

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 máximo diario (Qmax_d) 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 4.4

FIG. 4.4 HIDROGRAMA DE CONSUMO DE UNA POBLACIÓN PEQUEÑA [Ref. 11]

4.5.2.1 Calculo Analítico

El cálculo se hace mediante una tabla como la que se presenta en la tabla 4.3, considerando

la figura 4.4, la ley de demanda o salida (consumo) la conocemos en función de

porcentajes horarios del caudal máximo diario (Qmax_d), en esta misma forma se expresa la

ley de entrada (suministro).


129


Tabla 4.3 volumen de regulación para el caso de suministro las 24 horas [Ref. 11] Suministro(Entrada) Demanda

Q Bombeo (%) Horaria en % (1)0 - 1 100 45 + 55 + 55 + 1351 - 2 100 45 + 55 + 110 + 1902 - 3 100 45 + 55 + 165 + 2453 - 4 100 45 + 55 + 220 + 3004 - 5 100 45 + 55 + 275 + 3555 - 6 100 60 + 40 + 315 + 3956 - 7 100 90 + 10 + 325* + 4057 - 8 100 135 - 35 + 290 + 3708 - 9 100 150 - 50 + 240 + 3209 - 10 100 150 - 50 + 190 + 27010 - 11 100 150 - 50 + 140 + 22011 - 12 100 140 - 40 + 100 + 18012 - 13 100 120 - 20 + 80 + 16013 - 14 100 140 - 40 + 40 + 12014 - 15 100 140 - 40 0 + 8015 - 16 100 130 - 30 - 30 + 5016 - 17 100 130 - 30 - 60 + 2017 - 18 100 120 - 20 - 80* 018 - 19 100 100 0 - 80 019 - 20 100 100 0 - 80 020 - 21 100 90 + 10 - 70 + 1021 - 22 100 90 + 10 - 60 + 2022 - 23 100 80 + 20 - 40 + 4023 - 24 100 60 + 40 0 + 80

2400 2400(2) (3) (4) (5) (6)

TOTAL(1)

HorasDemandas (Salidas)

Diferencias DiferenciaDiferenciasAcumuladas

+ (80 max. Deficit)Acumuladas

(1): Tiempo en horas

(2): Entrada o suministro al tanque al 100% del caudal de bombeo (Qmax_d), 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


130


acumulada, situación que prevalece hasta las 15 horas en donde el tanque se encuentra

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 esta manera se puede calcular el volumen del tanque:

(%)1001

][1][3600

][1000][1 3

max_ ⋅⋅⋅=h

sl

mQC d [| máximo porcentaje excedente | + | máximo porcentaje faltante |]

(%)1001

][1][3600

][1000][1 3

max_ ⋅⋅⋅=h

sl

mQC d [| +325(%) | + | -80(%) |]

dQC max_58.14 ⋅=

Donde:

C = Capacidad del tanque en [m3]

Qmax_d = Caudal máximo diario en [l/s]

Si la alimentación se efectúa sólo durante unas horas, se tendrá que aumentar los caudales

de entrada para compensar las horas en que no haya alimentación y tener al final del día un

total que corresponda al 2400 por ciento horario (100 por ciento durante las 24 horas).En la

tabla 4.4 se observa que bombeando de la fuente al tanque durante 8 horas, de 7:00 a 15:00

el porcentaje de suministro es:

%300)(8

(%)2400=

horas (Ver tabla 4.4)


131


Tabla 4.4 Volumen de regulación para un suministro de 8 horas al tanque [Ref. 11] Suministro(Entrada) Demanda

Q Bombeo (%) Horaria en % (1)0 - 1 0 45 - 45 - 451 - 2 0 45 - 45 - 902 - 3 0 45 - 45 - 1353 - 4 0 45 - 45 - 1804 - 5 0 45 - 45 - 2255 - 6 0 60 - 60 - 2856 - 7 0 90 - 90 - 375*7 - 8 300 135 + 165 - 2108 - 9 300 150 + 150 - 609 - 10 300 150 + 150 + 9010 - 11 300 150 + 150 + 24011 - 12 300 140 + 160 + 40012 - 13 300 120 + 180 + 58013 - 14 300 140 + 160 + 74014 - 15 300 140 + 160 + 900*15 - 16 0 130 - 130 + 77016 - 17 0 130 - 130 + 64017 - 18 0 120 - 120 + 52018 - 19 0 100 - 120 + 42019 - 20 0 100 - 100 + 32020 - 21 0 90 - 90 + 23021 - 22 0 90 - 90 + 14022 - 23 0 80 - 80 + 6023 - 24 0 60 - 60 0

2400 2400

Acumuladas

TOTAL

HorasDemandas (Salidas)

Diferencias Diferencia

De esta manera se puede calcular el volumen del tanque:

(%)1001

][1][3600

][1000][1 3

max_ ⋅⋅⋅=h

sl

mQC d [| máximo porcentaje excedente | + | máximo porcentaje faltante |]

(%)1001

][1][3600

][1000][1 3

max_ ⋅⋅⋅=h

sl

mQC d [| +900(%) | + | -375(%) |]

dQC max_90.45 ⋅=

Donde:

C = Capacidad del tanque en [m3]

Qmax_d = Caudal máximo diario en [l/s]


132


4.5.2.2 Cálculo Gráfico

El cálculo gráfico del volumen de un tanque de regularización está basado en la combina-

ción de la “curva masa” de la entrada al tanque (suministro) con la “curva masa de salida”

(consumo o demanda) para los mismos intervalos de tiempo. La curva masa o diagrama de

Rippl consiste en una gráfica que representa volúmenes acumulados escurridos en una

sección con relación al tiempo. (Fig 4.5).

FIG. 4.5 DIAGRAMA DE RIPPL O CURVA MASA [Ref. 11]

Características del diagrama de RIPPL:

1. La diferencia de ordenadas para dos tiempos dados mide el volumen escurrido en

ese intervalo. Figura 4.6.

Y2 – Y1 = Volumen escurrido entre t1 yt2

Fig. 4.6 Volumen escurrido en un intervalo de tiempo [Ref. 11] Fig. 4.7 La pendiente de la tangente en un instante de la

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curva masa representa el caudal en ese instante [Ref. 11]

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2. La pendiente de la tangente en un punto de la curva mide el caudal en ese punto.

Figura 4.7

dtdvQ =

En una curva masa no puede haber pendientes negativas, sino a lo sumo iguales a cero

3. Si se unen dos puntos (dos instantes) de la curva masa mediante una recta, su

pendiente representa el caudal medio entre esos dos puntos o instantes. Figura 4.8.

urridoVolumenEsc

FIG. 4.8 LA PENDIENTE DE LA RECTA AB REPRESENTA EL CAUDAL

Diagramas Múltiples

En el caso de un tanque de almacenamiento que cue

agua, se hacen combinaciones de las curvas masa c

entrada y salida, sumando por un lado la curva masa

salidas. Figura 4.9

La suma de varias curvas masa, ya sea para la entrada

las ordenadas correspondientes a cada una de las curva

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12 ttQMEDIO −

=

MEDIO ENTRE LOS INSTANTES t1 y t2 [Ref. 11]

nta con varias entradas y salidas de

orrespondientes a cada conducto de

de las entradas y por el otro la de las

o para la salida, se efectúa sumando

s para la misma abscisa de tiempo.

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FIG. 4.9 SUMA DE CURVAS MASA [Ref. 11]

Calculo del volumen de regularización

El cálculo del volumen de almacenamiento en forma gráfica se hace combinando la curva

masa de entrada y de salida (volúmenes de entrada y salida que deberán ser iguales para

satisfacer adecuadamente las necesidades de la población) para los mismos intervalos de

tiempo. Esta combinación se hace trazando las dos curvas en un mismo sistema de ejes

coordenados haciendo coincidir las escalas de tiempo. Figura 4.10

FIG. 4.10 COMBINACION DE CURVAS MASA DE ENTRADAS Y SALIDAS [Ref. 11]


135


Una vez trazadas las dos curvas masa, la diferencia de ordenadas entre las curvas para un

tiempo dado representan el excedente o el faltante de volumen de almacenamiento para el

tiempo considerado. Si la curva masa de entrada está por arriba de la salida, la diferencia

de ordenada representará un excedente; en caso contrario, equivaldrá a un faltante.

4.5.3 UBICACIÓN DEL ESTANQUE

La ubicación del estanque está determinada principalmente por la necesidad y

conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio, con lo que

se logra una distribución con menores pérdidas de carga. Estas presiones en la red están

limitadas por Normas, según la NB 689 se tiene:

- En poblaciones rurales menores, a 5000 hab.: 5 m.c.a.

- En poblaciones de 5000 a 15000hab: 10 m.c.a.

- En poblaciones de áreas urbanas: 20 m.c.a.

- La presión estática no será en ningún caso mayor a: 70 m.c.a.

De preferencia los tanques elevados conviene situarlos en una zona opuesta al punto de

alimentación de la red, consiguiéndose de este modo una mejor disponibilidad de

presiones.

FIG. 4.11 UBICACIÓN DE UN ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO Y LINEAS DE PRESION [Ref. Elaboración Propia]


136


En la figura 4.11 se muestra las líneas de carga estática y dinámica para dos alternativas de

ubicación del estanque, la ubicación de este en “C” permitirá aprovechar la mayor

elevación del terreno para lograr con menor elevación de torre y/o menores diámetros,

presiones residuales dentro los límites de servicio.

4.5.4 TIPOS DE ESTANQUES

Los estanques de almacenamiento pueden ser construidos directamente sobre la superficie

del suelo (tanques superficiales) o sobre torres ( tanques elevados)

4.5.4.1 Tanques superficiales

Se recomienda este tipo de tanques cuando lo permita la topografía del terreno, asegurando

las presiones adecuadas en todos los puntos de la red. Estos tanques podrán ser de

mampostería, hormigón simple o armado. Los estanques de concreto armado se construyen

preferiblemente de dos o más celdas (de una sola celda para capacidades pequeñas).

Puede hacerse el prediseño seleccionando una relación h/L = 0.50 a 0.75, siendo “h” la

altura y “L” el lado del cuadrado En caso de diseñarse más de una celda, la capacidad total

del estanque será dividida en celdas de capacidades iguales.

Cuando los requisitos de capacidad sean grandes, en el diseño de los tanques superficiales

debe tomarse en cuenta las siguientes recomendaciones:

a) En tanques unitarios es recomendable colocar un paso directo (by-pass) que

permita mantener el servicio mientras se efectúa el lavado o la reparación del

tanque, con la debida consideración a la sobrepresión que pueda presentarse.

b) Las tuberías de rebose descargarán mediante una interconexión a la tubería de

desagüe la cual se conducirá a una descarga final lejos del tanque para no

comprometer la estructura.


137


c) Se instalarán válvulas de compuerta en todas las tuberías. El número mínimo será

de cuatro, cada una de ellas irá ubicada en:

- la tubería de entrada al tanque (prever el golpe de ariete)

- la tubería del by-pass

- la tubería de salida del tanque

- la tubería de desagüe (se deberá tener en cuenta la pendiente del fondo del

tanque).

d) Este tipo de tanques deberá ser construido con una cubierta protectora, con tapa de

acceso sanitario e incluir accesorios tales como: escaleras ventiladores, aberturas de

acceso, cámara de válvulas, etc.

4.5.4.2 Tanques elevados

Se recomienda este tipo de tanques cuando por razones de servicio se requiera elevarlos.

Los estanques elevados se construyen de acuerdo a los requerimientos y características del

proyecto, podrán ser de acero; hormigón armado, pretensado o postensado, o fibra de

vidrio, sus diseños en muchos casos atienden también a razones ornamentales.

En el diseño de tanques elevados, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

a) Que el nivel mínimo del agua en el tanque sea suficiente para conseguir las

presiones adecuadas en la red de distribución.

b) Las tuberías de rebose y desagüe se interconectarán a un nivel accesible y por una

sola tubería se descargará en un punto alejado del tanque.

c) Se instalarán válvulas en las tuberías conforme a lo indicado anteriormente

d) En tanques unitarios se recomienda disponer un paso directo (by-pass) que permita

mantener el servicio mientras se efectué el lavado o la reparación del tanque.


138


e) Deben ser construidos con una cubierta protectora y deben contar con los siguientes

accesorios: escaleras, dispositivos de ventilación, abertura de acceso, cámaras de

válvulas, pararrayos y otros dispositivos necesarios.

f) En los tanques de regulación se diseñarán dispositivos que permitan controlar el

nivel máximo del agua.

4.5.5 ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS

4.5.5.1 Tubería de llegada

El diámetro de la tubería de llegada o alimentación estará definido por la línea de aducción.

Deberá estar provisto de llave de igual diámetro antes de la entrada al estanque y proveerse

de By-pass para atender situaciones de emergencia. Cuando se trate de estanque de dos

celdas, la bifurcación se hará manteniendo el diámetro para ambas derivaciones y

proveyendo llaves a cada una. Fig. 4.13

FIG. 4.13 TUBERÍA DE LLEGADA AL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO SECCIÓN Y PLANTA [Ref. 10]


139


4.5.5.2 Tubería de salida

El diámetro de la tubería de salida será el correspondiente al diámetro de la matriz de

distribución, debiendo estar provista de llave. Similarmente cuando existen dos celdas, el

diámetro de cada una de ellas será correspondiente a la matriz de distribución y se proveerá

de llaves antes de la unión hacia una sola línea de distribución. Fig. 4.14

FIG. 4.14 TUBERÍA DE SALIDA DEL ESTANQUE. MATRIZ DE DISTRIBUCIÓN SECCION Y PLANTA [Ref. 10]

4.5.5.3 Tubería de limpieza (lavado)

La tubería de limpieza deberá ser de un diámetro tal que facilite el vaciado del estanque en

un periodo que no exceda de 2 a 4 horas. La limpieza estará provista de llave y el fondo del

tanque deberá contar con una pendiente no menor al 1%, hacia la salida. No es aconsejable

que las tuberías de limpieza descarguen directamente en colectores cloacales, por lo cual

deben tomarse las previsiones para evitar cualquier riesgo de contaminación posible. Fig.

4.15


140


FIG. 4.15 TUBERÍA DE LIMPIEZA Y DE REBOSE DEL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO [Ref. 10]

4.5.5.4 Tubería de rebose

El tanque de almacenamiento deberá contar con una tubería de rebose, la misma que se

conectará con descarga libre a la tubería de limpieza o lavado y no se proveerá de llave,

permitiéndose la descarga en cualquier momento. En todo caso, es aconsejable que el

diámetro de la tubería de rebose no sea menor que el de llegada.

4.5.5.5 Ventilación

Los tanques de almacenamiento deben proveerse de un sistema de ventilación, dotado de

protección para evitar el ingreso de insectos y otros animales. Para ello es aconsejable la

utilización de tubos en “U” invertida, protegidos a la entrada con rejillas o mallas metálicas

y separadas del techo del estanque a no menos de 30cm. Fig. 4.16

FIG. 4.16 TUBERÍA DE VENTILACIÓN DEL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO [Ref. 10]


141


4.5.5.6 Medidor

Es recomendable colocar un medidor registrador a la salida del tanque, que permita

determinar los volúmenes suministrados en forma diaria, así como las variaciones de los

caudales. Ello permitirá durante la fase de operación determinar las fallas del servicio,

desperdicios y usos no controlados, pudiendo tomarse medidas correctivas para el mejor

funcionamiento del sistema.

4.5.5.7 Otros accesorios

Todo tanque de almacenamiento deberá estar provisto de: control de niveles, flotantes,

cámaras de visita con tapas sanitarias y escaleras de acceso interior y exterior.

Deberá preverse una altura de revancha, o altura libre por encima del nivel máximo de

aguas, no menor a 0.20m, a fin de contar con un espacio de aire ventilado.


142


4.6 EJEMPLOS RESUELTOS Y PROPUESTOS

Ejemplo 4.1

El tanque de la Figura 1 es alimentado por dos fuentes de abastecimiento con los caudales

de bombeo y los tiempos de bombeo indicados. Se pide calcular el volumen del tanque por

medio del método analítico, procedimiento con volúmenes.

FIG. 1 ILUSTRACION DEL EJEMPLO [Ref. 11]

Datos:

Caudal del manantial Qman = 4 l/s Horas de bombeo manantial es de 4 a 16 horas

Caudal de la galería filtrante Qgal-fil = 12 l/s Horas de bombeo galería filtrante es de 24 horas

Tanque horas de bombeo 6 a 14 horas

Solución:

facilitar y sistematizar los cálculos, se acostumbra realizarlos mediante una tabla como la

mostrada en la Tabla 1 como se explica a continuación:

(1): Tiempo en horas

(2): Volumen horario de entrada de la galería filtrante y manantial en [m3/hora] de 0 a 24 hrs. y de

4 a 16 hrs. respectivamente

(3): Volumen horario de salida del tanque en [m3/hora] de las 6 a las 14 horas

(4): (3) – (2)

(5): Diferencias acumuladas resultantes de la suma algebraica de las diferencias de la columna 4.


143


Tabla 1 Método analítico para el cálculo del volumen de almacenamiento

a base de volúmenes calculados [Ref. 11] (2) (3) (4) (5)

ENTRADA SALIDAS DIFERENCIAS Diferencias M3 M3 M3 Acumulada M3

0 - 1 + 43.20 0 + 43.20 + 43.201 - 2 + 43.20 0 + 43.20 + 86.402 - 3 + 43.20 0 + 43.20 + 129.603 - 4 + 43.20 0 + 43.20 + 172.804 - 5 + 72.00 0 + 72.00 + 244.805 - 6 + 72.00 0 + 72.00 + 316.806 - 7 + 72.00 -172.80 -100.80 + 216.807 - 8 + 72.00 -172.80 -100.80 + 115.208 - 9 + 72.00 -172.80 -100.80 + 14.409 - 10 + 72.00 -172.80 -100.80 - 86.40

10 - 11 + 72.00 -172.80 -100.80 - 187.2011 - 12 + 72.00 -172.80 -100.80 - 288.0012 - 13 + 72.00 -172.80 -100.80 - 388.8013 - 14 + 72.00 -172.80 -100.80 - 489.6014 - 15 + 72.00 0 + 72.00 - 417.6015 - 16 + 72.00 0 + 72.00 - 345.6016 - 17 + 43.20 0 + 43.20 - 302.4017 - 18 + 43.20 0 + 43.20 - 259.2018 - 19 + 43.20 0 + 43.20 - 216.0019 - 20 + 43.20 0 + 43.20 - 172.8020 - 21 + 43.20 0 + 43.20 - 129.6021 - 22 + 43.20 0 + 43.20 - 86.4022 - 23 + 43.20 0 + 43.20 - 43.2023 - 24 + 43.20 0 + 43.20 0

HORAS (1)

1382.40 1382.40 ∑

Para los datos del ejemplo se tiene:

Vol. horario Galería filtrante = ]/[20.43][1

][3600][1000

][1][][12 3

3

horamh

sl

msl

=⋅⋅

suministrado durante las 24 horas. −

Vol. horario Manantial = ]/[80.28][1

][3600][1000

][1][][8 3

3

horamh

sl

msl

=⋅⋅

suministrado sólo de las 4 a las 16 horas. −


144


Por lo tanto el volumen horario alimentado al tanque de las 4 a las 16 horas será de:

Volumen horario de 4 a 16 horas = 43.20 m3 + 28.80 m3 = 72.00 m3

Además: como el caudal de salida del tanque es de 48 [l/s] entonces:

Vol. horario de salida del Tanque = ]/[80.172][1

][3600][1000

][1][][48 3

3

horamh

sl

ms

l=⋅⋅

bombeado sólo de las 6 a las 14 horas. −

Los cálculos quedan entonces como se muestra en la Tabla 1

Al revisar la columna de diferencias acumuladas se observa que el máximo volumen

acumulado faltante es de 489.60 m3 y el máximo volumen excedente es de 316.80 m3.

Por lo tanto, y procediendo de acuerdo como se explicó antes, el volumen requerido de

almacenamiento será la suma de estos dos volúmenes, o sea:

Volumen del Tanque = [ ] 333 40.80660.48980.316 mmm =−++∑

⇒ Volumen de regulación del Tanque = 806.40 m3

Este método analítico puede también aplicarse considerando únicamente los volúmenes de

almacenamiento que se requieren para cubrir la demanda que se tenga, o sea que, dicho

volumen debe ser suficiente para satisfacer los volúmenes de salida durante el o los

intervalos de tiempo en que la salida es mayor que la entrada. Lo anterior, está basado en el

hecho de que al término del ciclo considerado, generalmente un día, el volumen total de

salida debe necesariamente ser igual al volumen total de entrada. Esta forma de realizar el

cálculo se muestra en la Tabla 2


145


Puede observarse que la suma de la columna de volúmenes requeridos para cubrir la de-

manda da un resultado exactamente igual al caso anterior, o sea:

⇒ Volumen de regulación del Tanque = 806.40 m3

Tabla 2 método analítico para el cálculo de almacenamiento

a base del volumen requerido para cubrir la demanda [Ref. 11] (2) (3) (4)

ENTRADAS SALIDAS Volumen requerido paraM3 M3 cubrir la demanda M3

0 - 1 43.20 0 01 - 2 43.20 0 02 - 3 43.20 0 03 - 4 43.20 0 04 - 5 72.00 0 05 - 6 72.00 0 06 - 7 72.00 172.80 100.807 - 8 72.00 172.80 100.808 - 9 72.00 172.80 100.809 - 10 72.00 172.80 100.80

10 - 11 72.00 172.80 100.8011 - 12 72.00 172.80 100.8012 - 13 72.00 172.80 100.8013 - 14 72.00 172.80 100.8014 - 15 72.00 0 015 - 16 72.00 0 016 - 17 43.20 0 017 - 18 43.20 0 018 - 19 43.20 0 019 - 20 43.20 0 020 - 21 43.20 0 021 - 22 43.20 0 022 - 23 43.20 0 023 - 24 43.20 0 0

HORAS (1)

∑ 1382.40 1382.40 806.40

(2): Volumen horario de entrada de la galería filtrante y manantial en [m3/hora] de 0 a 24 hrs. y de

4 a 16 hrs. respectivamente

(3): Volumen horario de salida del tanque en [m3/hora] de las 6 a las 14 horas

(4): (3) – (2)


146


Ejemplo 4.2

Del ejemplo anterior el tanque de la figura 2 es alimentado por dos fuentes de

abastecimiento con los caudales de bombeo y los tiempos de bombeo indicados. Calcular

el volumen del tanque por medio del método gráfico, curvas masa con volúmenes; y se

pide calcular el volumen de reserva y el volumen de lucha contra incendios, suponiendo

que tiene una población de 10000 habitantes.

FIG. 2 ILUSTRACION DEL EJEMPLO ANTERIOR 4.1 [Ref. 11]

Solución:

Cálculo del volumen y caudal producido por el Manantial

El volumen diario que proporciona el manantial en forma continua es de:

Vol. Producido por el manantial = ][3451

][24][1

][3600][1000

][1][][4 3

3

mdía

hh

sl

msl

=⋅⋅⋅

Pero este volumen se bombea solo durante 12 hrs. al día por lo que habría que calcular un

cierto volumen de almacenamiento para la caja del manantial con una entrada constante y

una salida intermitente.


147


La curva masa correspondiente al manantial es la gráfica M de la Figura 3 y se dibuja a

partir del punto de inicio de bombeo con volumen acumulado igual a cero, hasta el punto

que representa la terminación del bombeo y el volumen total acumulado. La pendiente de

esta gráfica representa el caudal medio en el intervalo de tiempo considerado y es igual a:

Q bombeo del manantial = ]/[8][3600

][1][12

1][1][1000][6.345

3

3

segltss

hh

díam

ldía

m=⋅⋅⋅

Lo que equivale a bombear de las 4 a las 16 horas: ]/[8.28][1

][3600][1000

][1][][8 3

3

horamh

sl

msl

=⋅⋅

Cálculo del volumen y caudal producido por la Galería filtrante

El volumen diario total que proporciona la galería filtrante es:

Vol. producido por la galería = ][80.10361

][24][1

][3600][1000

][1][][12 3

3

mdía

hh

sl

msl

=⋅⋅⋅

La curva masa correspondiente a la galería filtrante es la gráfica G de la Figura 3 se traza

de forma similar a la gráfica M. La pendiente de la curva G representa el caudal medio

para el intervalo de tiempo considerado, o sea:

Q bombeo galería filtrante = ]/[12][3600

][1][24

1][1][1000][80.1036

3

3

segltss

hh

díam

ldía

m=⋅⋅⋅

Lo que equivale a bombear de 0 a las 24 horas ]/[2.43][1

][3600][1000

][1][][12 3

3

horamh

sl

msl

=⋅⋅

La suma de las dos curvas masa de entrada al tanque es la gráfica de la Figura 3(la línea S),

siendo el volumen diario total acumulado de entrada:

Volumen Total diario de entrada = 345.60 m3 + 1036.80 m3 = 1382.40 m3


148


FIG. 3 [Ref. 11]

La curva masa que representa la ley de salida del tanque es la gráfica T de la Figura 4 y se

traza desde el punto de inicio del bombeo con volumen cero hasta el punto que representa

la terminación del bombeo y el volumen total acumulado que debe bombearse diariamente.

La pendiente de esta gráfica representa el caudal de bombeo en el tanque durante el

intervalo de tiempo considerado, o sea:

Q bombeo salida Tanque = ]/[48][3600

][1][8

1][1][1000][40.1382

3

3

segltss

hh

díam

ldía

m=⋅⋅⋅

FIG. 4 [Ref. 11]


149


La combinación de las curvas masa de entrada y salida al tanque se muestra en la Figura 4

y del estudio de estas gráficas puede deducirse que:

Y6 = Máximo volumen excedente

Y14 = Máximo volumen faltante

Se requieren estos volúmenes máximos de almacenamiento para poder efectuar la

regulación de los volúmenes de entrada y salida. Por consiguiente el volumen de

almacenamiento que debe tener el tanque es:

Volumen Tanque = [ Máximo excedente + Máximo faltante] ∑

Esta condición resulta al analizar las gráficas de la Figura 4 pues puede observarse que si a

las cero horas empieza a llenarse el tanque, a las 6 horas, momento en que se inicia el

bombeo de salida en este tanque, se tendrá un volumen máximo de entrada acumulado

representado por la ordenada Y6, a partir de este punto como el caudal de salida del tanque

es mayor que el de entrada, el volumen almacenado se va reduciendo y llegará un instante

en que se vacíe dicho tanque; este instante se presenta en el punto E, donde se cruzan las

dos curvas masa. Después de este punto y hasta las 14 horas (terminación de bombeo) el

caudal de salida es mayor que el de entrada, por lo que, se tendrá un volumen máximo de

almacenamiento faltante Y14, representado por la diferencia de ordenadas en el momento

en que termina el bombeo de salida en el tanque, que es igual al volumen de entrada que se

acumularía de las 14 a las 24 horas.

Por lo tanto, para que no falte el agua, el volumen de almacenamiento tendrá que ser la

suma del máximo volumen excedente más el máximo volumen faltante.

Y6 = 316.80 [m3] – 0 [m3 ] = 31680 [m3]

Y14 = 1382.40 [m3] - 892.80 [m3] = 489.60 [m3]


150


Entonces:

Vol. tanque = Y6 + Y14

Vol. tanque = 316.8 [m3] + 489.60 [m3] = 806.40 [m3]

⇒ Volumen de regulación tanque = 806.40 m3

Calculo del volumen de reserva

En la Norma Boliviana NB 689, recomienda considerar un volumen equivalente a 4 horas

de consumo correspondiente al consumo máximo diario (Pág. 46).

Como el caudal de salida del tanque es de 48 [l/s], el cual corresponde al caudal máximo

diario entonces:

Volumen de reserva ][2.691][4][80.172][1

][3600][1000

][1][][48 3

33

mhorashora

mh

sl

ms

l=⋅=⋅⋅

⇒ Volumen de reserva = 691.2 m3

Calculo de volumen de lucha contra incendios [Ver 4.5.1.2]

Como se trata de una población de 10000 habitantes se asume un tiempo de duración del

incendio de 4 horas, para un caudal de incendio 32 [lts/seg]

Con lo cual se tiene

32 [lts/seg] * 4 [horas] * 3600 [seg] = 460800 [lts]

⇒ Volumen contra incendios = 468.8 m3

Entonces el Volumen del tanque total será:

Vreg + Vinc = 806.4 + 460.8 > VTANQUE Vreg + Vres = 606.4 + 691.2

Volumen total del tanque = 333 6.14972.69140.806 mmm =+

⇒ Volumen total del Tanque = 1497.6 m3


151


Ejemplo propuesto 1

El tanque de la Figura 5 es alimentado por una fuente de abastecimiento con el caudal de

bombeo y el tiempo de bombeo indicado. Calcular el volumen del tanque por medio del

método gráfico, curvas masa con volúmenes.

FIG. 5 ILUSTRACION DEL EJEMPLO PROPUESTO 1 [Ref. Elaboración Propia]

Ejemplo propuesto 2

En la Figura 6 es alimentado por una fuente de abastecimiento con el caudal de bombeo y

el tiempo de bombeo indicado. Se pide calcular el volumen del tanque por medio del

método analítico, procedimiento con volúmenes; y se pide calcular el volumen de lucha

contra incendios y el volumen de reserva, suponiendo que la población es de 12000

habitantes.

FIG. 6 ILUSTRACION DEL EJEMPLO PROPUESTO 2 [Ref. Elaboración Propia]


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Capitulo IV "Almacenamiento"