Un sistema de distribución de agua es una parte de la red de suministro de agua con componentes que llevan agua potable desde una planta de tratamiento centralizada o pozos a los consumidores de agua con el fin de suministrar agua de manera adecuada para satisfacer los requisitos residenciales, comerciales, industriales y de extinción de incendios. [3] [4]
Definiciones [ editar ]
Una definición utiliza el término red de distribución de agua para una parte de un sistema de distribución de agua hasta los puntos de servicio de los consumidores de agua a granel o los nodos de demanda que muchos consumidores agrupan. [5] La Organización Mundial de la Salud (OMS) usa el término sistema de transmisión de agua para una red de tuberías, generalmente en una estructura en forma de árbol que se usa para transportar agua desde las plantas de tratamiento de agua a los reservorios de servicio , y usa el término sistema de distribución de agua para un Red de tuberías que generalmente tiene una estructura de bucle para abastecer de agua de los reservorios de servicio y reservorios de equilibrio a los consumidores de agua. [6]
Componentes [ editar ]
Un sistema de distribución de agua consta de tuberías, instalaciones de almacenamiento, bombas y otros accesorios. [7]
Las tuberías colocadas dentro de los derechos de vía pública, llamadas tuberías principales de agua, se utilizan para transportar agua dentro de un sistema de distribución. Las tuberías principales de agua de gran diámetro llamadas alimentadores primarios se utilizan para conectar las plantas de tratamiento de agua y las áreas de servicio. Los alimentadores secundarios están conectados entre los alimentadores primarios y los distribuidores . Los distribuidores son tuberías principales de agua que se encuentran cerca de los usuarios del agua, que también suministran agua a los hidrantes individuales . [8] Una línea de servicio es una tubería de pequeño diámetro que se utiliza para conectarse desde una tubería principal de agua a través de un pequeño grifo a un medidor de agua en la ubicación del usuario. Hay unválvula de servicio (también conocida como parada de acera ) en la línea de servicio ubicada cerca de la acera de la calle para cerrar el agua al edificio del usuario. [9]
Las instalaciones de almacenamiento, o depósitos de distribución, proporcionan almacenamiento de agua potable limpia (después del proceso de tratamiento de agua requerido) para garantizar que el sistema tenga suficiente agua para atender las demandas fluctuantes ( depósitos de servicio ) o para igualar la presión de funcionamiento ( depósitos de equilibrio ). También se pueden usar temporalmente para atender las demandas de extinción de incendios durante un corte de energía. Los siguientes son tipos de depósitos de distribución:
- Depósito de almacenamiento subterráneo o depósito de agua terminada cubierto : Instalación de almacenamiento subterráneo o depósito de gran tamaño excavado en el suelo que está completamente cubierto. Las paredes y el fondo de estos depósitos se pueden revestir con materiales impermeables para evitar la intrusión de agua subterránea. [10]
- Depósito de agua terminada descubierto : depósito grande excavado en el suelo que tiene las medidas adecuadas o revestimiento para evitar la escorrentía de agua superficial y la intrusión de agua subterránea, pero no tiene una cubierta superior. Este tipo de reservorios son menos deseables ya que el agua no se tratará más antes de la distribución, pero es susceptible a contaminantes como desechos de aves, actividades animales y humanas, floración de algas y deposición en el aire. [10]
- Depósito de superficie (también conocido como tanque de almacenamiento en el suelo y depósito de almacenamiento en el suelo ): instalación de almacenamiento construida en el suelo con la pared revestida con hormigón, hormigón proyectado , asfalto o membrana. El depósito de superficie suele estar cubierto para evitar la contaminación. Por lo general, se ubican en áreas de gran elevación que tienen suficiente carga hidráulica para la distribución. Cuando un depósito de superficie a nivel del suelo no puede proporcionar una carga hidráulica suficiente al sistema de distribución, se requerirán bombas de refuerzo. [4] [11]
- Torre de agua (también conocida como depósito de superficie elevada ): tanque de agua elevado. Algunos tipos comunes son el tanque de almacenamiento elevado con esferoides, un tanque esferoide de acero en la parte superior de una columna de acero de pequeño diámetro; tanque de almacenamiento elevado compuesto, un tanque de acero sobre una columna de hormigón de gran diámetro; y tanques de almacenamiento elevados hidropilares, un tanque de acero sobre una columna de acero de gran diámetro. El espacio dentro de la gran columna debajo del tanque de agua se puede usar para otros propósitos, como espacio de oficina de varios pisos y espacio de almacenamiento. Una de las principales preocupaciones del uso de torres de agua en el sistema de distribución de agua es la estética del área. [11] [12]
- Tubo vertical : un tanque de agua que es una combinación de tanque de almacenamiento de tierra y agua de la torre de agua. Es ligeramente diferente de una torre de agua elevada en que el tubo vertical permite el almacenamiento de agua desde el nivel del suelo hasta la parte superior del tanque. El área de almacenamiento inferior se denomina almacenamiento de soporte, y la parte superior, que estaría a la altura similar de una torre de agua elevada, se denomina almacenamiento útil. [4]
- Sumidero : esta es una instalación de almacenamiento de agua de contingencia que no se utiliza para distribuir agua directamente. Por lo general, se construye bajo tierra en forma circular con una cúpula sobre el suelo. El agua de un sumidero se bombeará a un depósito de servicio cuando sea necesario. [12]
Las instalaciones de almacenamiento suelen estar ubicadas en el centro de las ubicaciones de servicio. Estar en la ubicación central reduce la longitud de la red de agua hasta las ubicaciones de los servicios. Esto reduce la pérdida por fricción cuando el agua se transporta por una tubería principal. [4]
- Instalaciones de almacenamiento
Depósito de almacenamiento subterráneo
Depósito de agua terminada descubierto
Tanque de almacenamiento de tierra
Tanque de almacenamiento elevado esferoide
Tanque de almacenamiento elevado compuesto
Tanque de almacenamiento elevado hidropilar
Tubo vertical
Topologías [ editar ]
En general, un diseño de un sistema de distribución de agua se puede clasificar como sistema de rejilla, anillo, radial o sin salida. [13]
Un sistema de cuadrícula sigue el diseño general de la infraestructura vial de la cuadrícula con tuberías de agua y ramas conectadas en rectángulos. Con esta topología, el agua se puede suministrar desde muchas direcciones, lo que permite una buena circulación de agua y redundancia si una sección de la red está averiada. Los inconvenientes de esta topología incluyen dificultades para dimensionar el sistema.
Un sistema de anillo es una topología con cada tubería principal de agua que va a cada camino, y hay una principal secundaria que se ramifica fuera de la tubería principal de agua para proporcionar una circulación en dos direcciones. Este sistema tiene algunas ventajas del sistema de rejilla, pero es más fácil determinar el tamaño.
Un sistema radial lleva agua a múltiples zonas. En el centro de cada zona, el agua se entrega radialmente hacia los clientes.
Un sistema de callejón sin salida tiene tuberías principales de agua a lo largo de las carreteras sin un patrón particular para las ciudades que no tienen patrones de red de carreteras. Como no hay conectividades entre las redes, el agua puede tener menos circulación y puede tener estancamiento.
Integridad de los sistemas [ editar ]
La integridad de los sistemas se divide en calidad física, hidráulica y de agua. [3]
La integridad física incluye preocupaciones sobre la capacidad de las barreras para evitar que la contaminación de fuentes externas ingrese a los sistemas de distribución de agua. El deterioro puede deberse a factores físicos o químicos.
La integridad hidráulica es la capacidad de mantener una presión de agua adecuada dentro de las tuberías en todos los sistemas de distribución. También incluye la circulación y el tiempo que viaja el agua dentro de un sistema de distribución que tiene impactos en la efectividad de los desinfectantes .
La integridad de la calidad del agua es un control de las degradaciones a medida que el agua viaja a través de los sistemas de distribución. Los impactos de la calidad del agua pueden deberse a factores de integridad física o hidráulica. Las degradaciones de la calidad del agua también pueden tener lugar dentro de los sistemas de distribución, como el crecimiento de microorganismos, la nitrificación y la corrosión interna de las tuberías.
Análisis y optimización de redes [ editar ]
Los análisis se realizan para ayudar en el diseño, operación, mantenimiento y optimización de los sistemas de distribución de agua. Hay dos tipos principales de análisis: hidráulico y comportamiento de la calidad del agua a medida que fluye a través de un sistema de distribución de agua. [14] Optimizar el diseño de las redes de distribución de agua es una tarea compleja. Sin embargo, ya se han propuesto una gran cantidad de métodos, principalmente basados en metaheurísticas. [15] El empleo de técnicas de optimización matemática puede generar ahorros sustanciales en la construcción de este tipo de infraestructuras. [dieciséis]
Peligros [ editar ]
Los peligros en los sistemas de distribución de agua pueden ser microbianos, químicos y físicos.
La mayoría de los microorganismos son inofensivos dentro de los sistemas de distribución de agua. Sin embargo, cuando los microorganismos infecciosos ingresan a los sistemas, forman biopelículas y crean peligros microbianos para los usuarios. Las biopelículas se forman generalmente cerca del final de la distribución donde la circulación del agua es baja. Esto apoya su crecimiento y hace que los agentes desinfectantes sean menos efectivos. Los peligros microbianos comunes en los sistemas de distribución provienen de la contaminación de patógenos y parásitos fecales humanos que ingresan a los sistemas a través de conexiones cruzadas , roturas, tuberías principales de agua y tanques de almacenamiento abiertos.
Los peligros químicos son los derivados de la desinfección , la lixiviación de los materiales de las tuberías y los accesorios y los productos químicos para el tratamiento del agua.
Los peligros físicos incluyen turbidez del agua, olores, colores, escamas que son acumulaciones de materiales dentro de las tuberías debido a la corrosión y resuspensión de sedimentos.
Hay varios organismos en todo el mundo que crean estándares para limitar los peligros en los sistemas de distribución: NSF International en Norteamérica; Comité Europeo de Normalización , Institución Británica de Normalización y Umweltbundesamt en Europa; Asociación Japonesa de Normas en Asia; Estándares Australia en Australia; y la Organización Nacional de Normalización de Brasil en Brasil. [6]
Líneas de servicio de plomo [ editar ]
La contaminación por plomo en el agua potable puede deberse a la lixiviación de plomo que se usó en tuberías de agua viejas, líneas de servicio, juntas de tuberías, accesorios de plomería y accesorios. Según la OMS, el contribuyente más importante de plomo en el agua en muchos países es la línea de servicio de plomo. [6]
Mantenimiento [ editar ]
Control de corrosión interna [ editar ]
La calidad del agua puede deteriorarse por la corrosión interna de las tuberías en los sistemas de distribución. Esto incluye la corrosión de las superficies y conexiones de las tuberías metálicas. Los problemas crean problemas de salud, colores, sabor y olor en el agua.
Los problemas de salud están relacionados con las liberaciones de metales traza como plomo, cobre o cadmio al agua. La exposición al plomo puede provocar retrasos en el desarrollo físico y mental de los niños. La exposición prolongada al cobre puede causar daño hepático y renal. La exposición alta o prolongada al cadmio puede dañar varios órganos. La corrosión de los materiales de hierro provoca la decoloración del agua que se muestra como agua de color óxido o agua roja. La corrosión del zinc y el hierro puede provocar un sabor metálico. [17]
Se pueden usar varias técnicas para controlar las corrosiones internas, por ejemplo, ajuste del nivel de pH , ajuste de carbonato y calcio para crear carbonato de calcio como revestimiento de la superficie de la tubería y aplicación de un inhibidor de corrosión . Un ejemplo de inhibidor de la corrosión es el uso de productos de fosfato para formar películas sobre las tuberías. Esto reduce la posibilidad de lixiviación de trazas de metal de los materiales de la tubería al agua. [18]
Lavado de hidrantes [ editar ]
La descarga de hidrantes es la liberación programada de agua de las bocas de incendio o de las bocas de riego especiales para liberar hierro y otros depósitos minerales de la tubería principal de agua. Otro beneficio de usar bocas de incendio para el lavado principal de agua es garantizar que el agua se suministre adecuadamente a las bocas de incendio para la extinción de incendios. Durante el lavado del hidrante, los consumidores pueden notar un color óxido en el agua a medida que los depósitos de hierro y minerales se agitan en el proceso. [19]
Renovaciones de tuberías de agua [ editar ]
Después de que las tuberías principales de agua se pongan en servicio durante mucho tiempo, habrá deterioros en la estructura, la calidad del agua y el rendimiento hidráulico. El deterioro estructural puede deberse a muchas razones. Las tuberías a base de metal desarrollan corrosión interna y externa, lo que hace que las paredes de la tubería se adelgacen o se degraden. Eventualmente pueden tener fugas o reventar. Las tuberías a base de cemento están sujetas a la matriz de cemento y al deterioro del acero reforzado. Todas las tuberías están sujetas a fallas en las juntas. El deterioro de la calidad del agua incluye descamación o tuberculación, sedimentación y formación de biopelículas. La incrustación es una formación de depósitos duros en la pared interior de las tuberías. Esto puede ser un subproducto de la corrosión de la tubería que se combina con el calcio en el agua, lo que se denomina tuberculación. La sedimentación ocurre cuando los sólidos se depositan dentro de las tuberías,generalmente en los huecos entre las acumulaciones de incrustaciones. Cuando hay un cambio en la velocidad del flujo de agua (como el uso repentino de una boca de incendios), los sólidos sedimentados se agitarán provocando que el agua se decolore. Las biopelículas se pueden desarrollar en tuberías con gran escala de incrustaciones donde se permite que las bacterias crezcan, ya que cuanto mayor es la rugosidad de la pared interior, más difícil es que el desinfectante sea efectivo al llegar a la superficie de la pared de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta presiones y caudales puede ser el resultado de otros deterioros que obstruyen el paso del agua.Las biopelículas se pueden desarrollar en tuberías con gran escala de incrustaciones donde se permite que las bacterias crezcan, ya que cuanto mayor es la rugosidad de la pared interior, más difícil es que el desinfectante sea efectivo al llegar a la superficie de la pared de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta presiones y caudales puede ser el resultado de otros deterioros que obstruyen el paso del agua.Las biopelículas se pueden desarrollar en tuberías con gran escala de incrustaciones donde se permite que las bacterias crezcan, ya que cuanto mayor es la rugosidad de la pared interior, más difícil es que el desinfectante sea efectivo al llegar a la superficie de la pared de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta presiones y caudales puede ser el resultado de otros deterioros que obstruyen el paso del agua.[20]
Cuando llega el momento de renovar la tubería principal de agua, hay muchas consideraciones involucradas en la elección del método de renovación. Esto puede ser el reemplazo de una zanja abierta o uno de los métodos de rehabilitación de la tubería. Algunos métodos de rehabilitación de tuberías son rotura , deslizamiento y revestimiento de tuberías . [20]
- Métodos de renovación de tuberías principales de agua
Reemplazo de tubería principal de agua de zanja abierta
El hidrante de alimentación suministra agua a una tubería de derivación temporal
Conexión de servicio de una tubería de derivación temporal
Hidrante temporal
Cuando se utiliza un método de rehabilitación in situ, un beneficio es el menor costo, ya que no es necesario realizar excavaciones a lo largo de la tubería principal de agua. Solo se excavan pequeños pozos para acceder a la tubería de agua existente. Sin embargo, la falta de disponibilidad de la tubería principal de agua durante la rehabilitación requiere la construcción de un sistema de derivación de agua temporal que sirva como tubería principal de agua en el área afectada. [21] Un sistema de derivación de agua temporal (conocido como tubería de derivación temporal [22]) deben diseñarse cuidadosamente para garantizar el suministro de agua adecuado a los clientes en el área del proyecto. El agua se toma de un hidrante de alimentación a una tubería temporal. Cuando la tubería cruza un camino de entrada o una carretera, se debe colocar una cubierta o un parche frío para permitir que los automóviles crucen la tubería temporal. Se pueden realizar conexiones de servicio temporales a la tubería temporal para conectarse a los hogares. Hay muchas formas de realizar una conexión, una de las cuales es conectar la conexión de servicio temporal a una manguera de jardín. La tubería temporal también debe agregar bocas de incendio temporales para protección contra incendios. [23]
Como el trabajo de la tubería principal de agua puede perturbar las líneas de servicio de plomo, lo que puede resultar en niveles elevados de plomo en el agua potable, se recomienda que cuando la empresa de agua planifique un proyecto de renovación de la tubería principal de agua, considere trabajar con los propietarios para reemplazar las líneas de servicio de plomo como parte del proyecto. . [24]
Ver también [ editar ]
- Red de abastecimiento de agua
Referencias [ editar ]
- ^ "Sistemas de distribución de agua potable" . Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos . Consultado el 20 de octubre de 2019 .
- ^ "Ciudad, S&WB Host Preview de nuevas torres de agua en la planta de agua de Carrollton" . Ciudad de Nueva Orleans . 25 de mayo de 2017 . Consultado el 20 de octubre de 2019 .
- ^ a b Sistemas de distribución de agua potable: evaluación y reducción de riesgos . Prensa de Academias Nacionales. 2006. ISBN 978-0-309-10306-0. Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ a b c d "Redes de distribución de agua CE370" (PDF) . Universidad King Fahd de Petróleo y Minerales . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ Bhave, Pramod R .; Gupta, Rajesh (2006). Análisis de redes de distribución de agua . Alpha Science International. pag. 4. ISBN 9781842653593.
- ^ a b c Organización, Salud mundial (2014). Seguridad del agua en los sistemas de distribución (PDF) . ISBN 9789241548892. Consultado el 7 de octubre de 2019 .
- ^ "Distribución de agua" . Enciclopedia Británica . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ Rowett, Anthony Jr. "De mangueras a hidrantes: comprensión del suministro de agua" . Estación de Bomberos . Consultado el 7 de octubre de 2019 .
- ^ "Glosario" . Productos de agua de Mueller . Consultado el 7 de octubre de 2019 .
- ^ a b Manual de orientación sobre reservorios de agua terminados descubiertos . Editorial DIANE. 1999. ISBN 9781428903067. Consultado el 29 de noviembre de 2020 .
- ^ a b Estudio de viabilidad de almacenamiento de agua Charter Township of Commerce (PDF) . Giffels-Webster Engineers, Inc. 14 de junio de 2011. págs. 6–8 . Consultado el 29 de noviembre de 2020 .
- ^ a b Módulo 1 Conceptos básicos del sistema de suministro de agua - Módulo de capacitación para la gestión local de agua y saneamiento (PDF) . Universidad CEPT. 2012. págs. 8–9 . Consultado el 29 de noviembre de 2020 .
- ^ Adeosun, O. Oyedele (9 de septiembre de 2014). "Desafíos y soluciones del sistema de distribución de agua" . Agua en línea . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ Mala-Jetmarova, Helena; Barton, Andrew; Bagirov, Adil (abril de 2015). "Historia de los sistemas de distribución de agua y su optimización". Ciencia y Tecnología del Agua: Abastecimiento de Agua . 15 (2): 224-235. doi : 10.2166 / ws.2014.115 .
- ^ De Corte, Annelies; Sörensen, Kenneth (2013). "Optimización del diseño de la red de distribución de agua alimentada por gravedad: una revisión crítica" . Revista europea de investigación operativa . 228 (1): 1–10. doi : 10.1016 / j.ejor.2012.11.046 . ISSN 0377-2217 .
- ^ Aragonés, David G .; Calvo, Gabriel F .; Galán, Álvaro (2021). "Un algoritmo heurístico para el diseño de costes óptimos de redes de distribución de agua alimentadas por gravedad. Un caso de estudio real" . Modelado matemático aplicado . doi : 10.1016 / j.apm.2021.02.015 . ISSN 0307-904X .
- ^ Control de corrosión interna en sistemas de distribución de agua (M37) . Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. 12 de enero de 2011. págs. 2–9. ISBN 9781613001172. Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ El uso de fosfatos en el tratamiento de agua para control y secuestro de corrosión (PDF) . Carus Corporation. 13 de abril de 2017 . Consultado el 7 de octubre de 2019 .
- ^ "Hechos de enjuague de hidrantes y preguntas frecuentes" . Ciudad de St. Charles . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
- ^ a b Rehabilitación de la red de agua (PDF) (Tercera ed.). Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. 2014. ISBN 9781583219706. Consultado el 14 de octubre de 2019 .
- ^ "Programa de asistencia del sistema de agua local (LWSAP) para las comunidades miembros Autoridad de recursos hídricos de Massachusetts" . Autoridad de Recursos Hídricos de Massachusetts . Consultado el 14 de octubre de 2019 .
- ^ "ARTÍCULO C660.5X: Tubería de derivación temporal" (PDF) . Condado de Monroe, Nueva York . Consultado el 14 de octubre de 2019 .
- ^ Revestimiento y limpieza principal de agua de mortero de cemento (PDF) . Construcción de Terraza.
- ^ Comunicación sobre líneas de servicio de plomo: una guía para sistemas de agua que abordan la reparación y el reemplazo de líneas de servicio (PDF) . Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. 2014 . Consultado el 13 de octubre de 2019 .
