CAPITULO 5SISTEMAS DE AGUA POTABLE

EN ZONAS URBANAS. 5.2.5 TANQUE REGULADOR

GENERALIDADES Debido a que el consumo de agua de la poblacin no es

constante sino que, por el contrario, vara segn la hora del da, y dado que el suministro es un caudal tericamente constante (caudal mximo diario), es necesaria la construccin de un tanque regulador que amortigue las demandas horarias.

GENERALIDADES La funcin bsica del tanque es almacenar agua en los

periodos en los cuales la demanda es menor que el suministro de tal forma que en los periodos en los que la demanda sea mayor que el suministro se complete el dficit con el agua almacenada inicialmente. En general, se puede establecer que las dimensiones de un tanque regulador se determinan para cumplir las siguientes funciones:

GENERALIDADES Compensar las variaciones en el consumo de agua

durante el da. Tener una reserva de agua para atender los casos de incendios. Disponer de un volumen adicional para casos de emergencia, accidentes, reparaciones o cortes de energa elctrica (cuando haya un sistema de bombeo). Dar una presin adecuada a la red de distribucin en la poblacin.

GENERALIDADES Los tanques pueden ser construidos sobre el terreno

(superficiales, semi enterrados o enterrados) si se dispone de un desnivel topogrfico adecuado que permita el funcionamiento de la red de distribucin bajos las nomas requeridas de presin. En el caso de no disponer de la condicin topogrfica anterior, se debe proyectar un tanque elevado. El material de construccin del tanque puede ser de hormign o metal; su forma puede ser circular o rectangular.

GENERALIDADES

GENERALIDADES En teora la red de distribucin resulta ms econmica

si el tanque se localiza en el centro de gravedad de la poblacin; sin embargo, por razones de especio, esttica y seguridad, lo anterior casi nunca es posible.

TIPO DE TANQUES Cuando el tanque no ocupe el centro de gravedad,

puede tener varias funciones segn su localizacin.

TIPO DE TANQUES

TIPO DE TANQUES TANQUE DE DISTRIBUCIN Se tendr un tanque de distribucin cuando el agua

llegue a ste antes de llegar a la poblacin. TANQUE DE COMPENSACIN Este tipo de tanque se sita en el extremo opuesto de la

entrada de agua a la red de distribucin, como se aprecia en la figura siguiente.

TIPO DE TANQUES

TIPO DE TANQUES Como se observa en la figura, cuando el consumo es

nulo 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 la lnea directa como por el tanque de compensacin.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS TANQUE SUPERFICIAL La siguiente es la disposicin de las tuberas, vlvulas y

otros accesorios en los tanques reguladores de compartimiento simple y doble.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS

DISPOSICIN DE ACCESORIOS Bajo condiciones normales de operacin, las vlvulas 1

y 3 estarn abiertas y las vlvulas 2 y 4 se encontrarn cerradas. Cuando haya que limpiar el tanque, se debern abrir las vlvulas 2 y 4 y cerrar las vlvulas 1 y 3, dando paso al agua a travs de la tubera de paso directo.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS

DISPOSICIN DE ACCESORIOS La salida del agua del tanque se hace por medio de una

coladera localizada a 20cm del fondo del tanque. El desague se proyecta por el fondo y las pendientes del fondo debern ser del 2% como mnimo.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS Compartimiento doble. En el caso anterior, durante las labores de lavado del

tanque no se puede dar regulacin del volumen de agua, por lo que es conveniente disear dos unidades en paralelo de manera que se obtenga la regulacin mientras se hace el mantenimiento de uno de los tanques. La lnea de paso directo deber existir siempre para prever casos fortuitos o de reparacin general de todo el sistema.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS

DISPOSICIN DE ACCESORIOS En funcionamiento normal, las vlvulas 1, 2, 3 y 6

estarn abiertas y las vlvulas 4, 5 y 7 estarn cerradas. En el caso de tener que sacar de servicio el tanque de la izquierda, se abrirn las vlvulas 1, 6 y 4 y se cerrarn las vlvulas 2, 3, 5 y 7. En el caso de lavado del tanque de la derecha, se abrirn las vlvulas 2, 3 y 5 y se cerrarn las vlvulas 1, 6, 4 y 7.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS TANQUE ELEVADO Con el fin de obtener una relativa economa, algunos

ingenieros utilizan una sola tubera que sirve de entrada y salida del tanque elevado. En estos casos, cuando el suministro excede el consumo, el agua sobrante subir por la tubera para llenar el tanque elevado y cuando el suministro sea inferior al consumo, el agua bajar por la tubera para compensar el dficit.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS El caso de una sola tubera se ilustra en la siguiente

figura, en la cual se observa que para las condiciones de operacin normal, la vlvula 1 estar abierta y la vlvula 2 estar cerrada. En el caso de mantenimiento del tanque elevado, se deber invertir la operacin de estas dos vlvulas.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS

DISPOSICIN DE ACCESORIOS Las dificultades operativas que se puedan presentar

para el caso visto se solucionan colocando una tubera independiente para la entrada y otra para la salida, tal como se aprecia en la figura. Como la entrada al tanque se hace para la parte superior, descargando a la presin atmosfrica, la altura dinmica de las bombas ser constante y no habr variacin de caudal bombeado por este concepto.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS En funcionamiento normal, las vlvulas 1 y 3 estarn

abiertas, y las vlvulas 2 y 4 se encontrarn cerradas. Para el lavado del tanque se abrirn las vlvulas 2 y 4 y se cerrarn las vlvulas 1 y 3.

DISPOSICIN DE ACCESORIOS

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN El volumen de almacenamiento del tanque debe ser

calculado con base en los datos de consumo de la poblacin y su distribucin horaria. Por lo general esta informacin no se conoce y habr necesidad de estimar estos valores a partir de la extrapolacin de datos conocidos en poblaciones semejantes.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN La distribucin horaria del consumo de una poblacin

depende en gran parte de las costumbres de sus habitantes, pero en general se puede establecer que siempre se presentarn unas horas de mxima demanda que coinciden con las horas de las comidas. Estos valores mximos de demanda sern ms extremados en poblaciones pequeas donde las costumbres son ms uniformes; ocurre lo contrario en poblaciones grandes debido a la heterogeneidad de las costumbres.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN En cualquier caso, la curva de distribucin horaria

tendr la siguiente forma: las unidades de las ordenadas pueden definirse en trminos del porcentaje del caudal medio diario, mximo diario, o pueden darse directamente en unidades de caudal o volumen. Mtodo de la curva integral. A partir de la curva de distribucin horaria se define la curva integral, teniendo en cuenta los valores del consumo acumulado en un periodo de 24 horas.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN La curva integral tiene las siguientes caractersticas: La curva es siempre ascendente. La ordenada en cualquier punto representa el consumo

el consumo total hasta ese momento. La pendiente en cualquier punto representa el consumo instantneo.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN Una vez determinada la curva integral del consumo se

debe establecer la curva del suministro, la cual depende del tipo de tanque que se tenga, de si es un tanque alimentado por gravedad o por bombeo. Una de las caractersticas de la curva integral del suministro es que tiene pendiente uniforme, es decir que el suministro es constante entre intervalos de tiempo caractersticos.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN Clculo de la capacidad del tanque alimentado

por gravedad. La figura siguiente ilustra el caso de un tanque superficial alimentado por gravedad. La lnea ABCDE representa la curva integral del consumo y la recta AE representa en este caso la curva integral del suministro, lo cual indica que para un suministro constante, al final del periodo de 24 horas se habr entregado un volumen correspondiente al caudal mximo diario.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN Inicialmente la pendiente de la curva de suministro es

menor que la del consumo; se presenta, pues, un dficit de agua entre los puntos A y B de la figura.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN A partir del punto B y hasta el punto D, la pendiente de

la curva de suministro es mayor, con lo que se obtiene un sobrante de agua en este periodo. Nuevamente, a partir del punto D, la pendiente de la curva de suministro es menor que la del consumo, y esto representa un dficit que continua hasta el punto B del da siguiente.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN El volumen del mximo dficit es sealado por el

segmento BB, el cual se puede obtener grficamente desplazando (curva de suministro) hacia arriba, hasta que sta sea tangente de la curva de consumo. El volumen correspondiente al mximo sobrante es DD y se encuentra de manera similar al punto de mximo dficit, desplazando paralelamente la recta AE hacia abajo. El volumen total del tanque ser, entonces, la suma del mximo dficit y del mximo exceso (BB+ DD).

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN Por regla general, se puede establecer que el volumen

del tanque ser la suma de las mximas diferencias por encima y por debajo del suministro con respecto al consumo. A partir del mximo dficit, comenzar una recuperacin del nivel del tanque (se presenta un sobrante entre los puntos B y D), lo que significa que el tanque estar vaco en el punto de mximo dficit. De igual manera se deduce que el tanque estar lleno al presentarse el punto de mximo sobrante.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN Clculo de la capacidad del tanque elevado

(alimentacin por bombeo). Cuando se tiene un tanque elevado, la forma de alimentacin usualmente ser por bombeo con empleo de 2 tanques: el tanque de succin y el tanque elevado. La forma de operacin del bombeo tiene implicaciones econmicas, ya que entre mayor sea el nmero de horas de bombeo menor ser la capacidad del tanque, pero mayores sern los costos de operacin del sistema de bombeo.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN En el caso de que el bombeo sea continuo durante el

da, la determinacin del volumen del tanque elevado ser idntica a la del caso del tanque superficial alimentado por gravedad.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN En la figura se muestra el caso del bombeo durante las

16 primeras horas. La cuerva de suministro est representada por los segmentos AC (durante el bombeo) y CD (no hay bombeo). Al igual que en el caso anterior, BB representa el mximo dficit entre el bombeo y el consumo y CC representa el mximo sobrante. Nuevamente, el volumen total del tanque ser la suma del mximo dficit y el mximo sobrante, representado grficamente por Ve (BB+ CC).

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN El volumen del tanque de succin es determinado

invirtiendo las curvas, es decir que la demanda del tanque de succin ser ahora la curva de bombeo y el suministro a este tanque se realiza de manera continua por gravedad. En el caso particular de la figura, solo se representa un punto de mximo dficit (momento en el que se apaga la bomba) en el que el tanque estar vaco (punto C). A partir de este momento el tanque de succin recupera su volumen hasta llegar al punto D, momento en el cual estar completamente lleno. El volumen del tanque de succin est representado por Vs.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN En el caso de no disponer de la curva de consumo

horario de la poblacin, se puede obtener el volumen del tanque de almacenamiento utilizando unos porcentajes empricos dados por diferentes normas: El volumen del tanque de almacenamiento ser en estos casos el mayor valor entre: 40% del volumen medio diario. El 25% del consumo medio diario ms el volumen necesario para atender un incendio de 2 horas.

CAPACIDAD TANQUE DISTRIBUCIN La aplicacin de esta norma puede llevar a la

utilizacin de volmenes excesivos; adicionalmente, no se contempla el caso de bombeo. En todo caso, resulta ms conveniente disear el tanque de almacenamiento por el mtodo de la curva integral.

VOLUMEN ADICIONAL PARA INCENDIOS En poblaciones pequeas es innecesario y

antieconmico prever un volumen adicional en el tanque de almacenamiento para satisfacer las necesidades del volumen de agua requerido para atender satisfactoriamente un incendio. En el caso de ser necesaria la previsin de este volumen de agua, se debe tener en cuenta que la presin requerida en los hidrantes puede ser obtenida mediante bombas del cuerpo de bomberos.

Un hidrante debe descargar como mnimo 5 l/s y estar

montado sobre una tubera de dimetro mnimo de 3. Por otra parte, el volumen adicional debe corresponder a un incendio de 2 horas de duracin.

Para poblaciones entre 10.000 y 20.000 habitantes, un

incendio se considera servido por 2 hidrantes. Para poblaciones mayores de 20.000 habitantes, se debe prever la posibilidad de 2 incendios simultneos as: un incendio en zona industrial atendido por 4 hidrantes y otro incendio en zona residencial atendido por 2 hidrantes.

VOLUMEN ADICIONAL PARA EMERGENCIAS El criterio para la determinacin del volumen

adicional necesario para atender emergencias depende de las condiciones de la localidad y del criterio mismo del diseador. Si se ha de tener en cuenta este volumen, se puede tomar un 25% a 30% de la suma de los volmenes determinados anteriormente para cubrir la demanda horaria y la demanda de incendios de la poblacin.

DIMENSIONAMIENTO DE TANQUE SUPERFICIAL Luego de haber obtenido el volumen total del tanque

se debe hacer un predimensionamiento, el cual depende de consideraciones de tipo econmico: A mayor profundidad, mayor ser el costo de los muros perimetrales y menor ser el costo de las placas de fondo y de cubierta. A menor profundidad, mayor ser el costo de las placas de cubierta y fondo y menor ser el costo de los muros perimetrales.

DIMENSIONAMIENTO DE TANQUE SUPERFICIAL Como gua de predimensionamiento se puede usar la

siguiente relacin emprica: H= (V/3) + k En donde: H = profundidad (m). V = capacidad (en cientos de m3) K = constante en funcin de la capacidad

DIMENSIONAMIENTO DE TANQUE SUPERFICIAL

TABLA Constante de capacidad del tanque de almacenamiento V (cientos de m3) k 3 2.0 4-6 1.8 7-9 1.5 10-13 1.3 14-16 1.0 >17 0.7 De la relacin anterior se deduce que la profundidad mnima de un tanque de almacenamiento es de 2 m.

VOLUMEN DEL TANQUE