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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
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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.
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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]
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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
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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
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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)
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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).
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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
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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)
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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]
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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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ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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]
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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]
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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.
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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.
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138
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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]
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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
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140
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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]
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141
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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.
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142
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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.
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143
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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. −
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144
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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
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145
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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)
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146
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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.
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147
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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
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148
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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]
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149
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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]
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150
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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
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ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE CAP IV.- ALMACENAMIENTO
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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