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Sistema de distribución de agua

Un ejemplo de un sistema de distribución de agua: una estación de bombeo, una torre de agua, tuberías principales de agua, hidrantes contra incendios y líneas de servicio [ 1 ] ...

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Un ejemplo de un sistema de distribución de agua: una estación de bombeo, una torre de agua, tuberías principales de agua, hidrantes contra incendios y líneas de servicio [ 1 ] [ 2 ]

Un sistema de distribución de agua es parte de una red de suministro de agua con componentes que transportan agua potable desde una planta de tratamiento centralizada o pozos hasta los consumidores para satisfacer las necesidades residenciales, comerciales, industriales y de extinción de incendios. [ 3 ] [ 4 ]

Definiciones

Red de distribución de agua es el término que se utiliza para referirse a la parte de un sistema de distribución de agua que llega hasta los puntos de servicio de los grandes consumidores de agua o nodos de demanda donde se agrupan muchos consumidores. [ 5 ] La Organización Mundial de la Salud (OMS) utiliza el término sistema de transmisión de agua para una red de tuberías, generalmente con una estructura ramificada, que se utiliza para transportar agua desde las plantas de tratamiento de agua hasta los depósitos de servicio , y utiliza el término sistema de distribución de agua para una red de tuberías que generalmente tiene una estructura en bucle para suministrar agua desde los depósitos de servicio y los depósitos de equilibrio a los consumidores. [ 6 ]

Componentes

Grifo principal de agua

Un sistema de distribución de agua consta de tuberías, instalaciones de almacenamiento, bombas y otros accesorios. [ 7 ]

Las tuberías tendidas en la vía pública , denominadas tuberías principales de agua, se utilizan para transportar agua dentro de un sistema de distribución. Las tuberías principales de gran diámetro, llamadas alimentadores primarios, se utilizan para conectar las plantas de tratamiento de agua con las áreas de servicio. Los alimentadores secundarios conectan los alimentadores primarios con los distribuidores . Los distribuidores son tuberías principales de agua ubicadas cerca de los usuarios, que también suministran agua a las bocas de incendio individuales . [ 8 ] Una línea de servicio es una tubería de pequeño diámetro que conecta una tubería principal de agua, a través de una pequeña toma , con un contador de agua en la ubicación del usuario. Hay una válvula de servicio (también conocida como llave de paso ) en la línea de servicio ubicada cerca de la acera para cortar el suministro de agua a la ubicación del usuario. [ 9 ]

Las instalaciones de almacenamiento, o depósitos de distribución, proporcionan agua potable limpia (tras el proceso de tratamiento necesario) para garantizar que el sistema disponga de suficiente agua para atender las fluctuaciones de la demanda ( depósitos de servicio ) o para estabilizar la presión de funcionamiento ( depósitos de equilibrio ). También pueden utilizarse temporalmente para abastecer las necesidades de extinción de incendios durante un apagón. A continuación se describen los tipos de depósitos de distribución:

  • Depósito subterráneo o depósito de agua tratada cubierto : Instalación de almacenamiento subterráneo o gran depósito excavado en el suelo que está completamente cubierto. Las paredes y el fondo de estos depósitos pueden estar revestidos con materiales impermeables para evitar la intrusión de agua subterránea. [ 10 ]
  • Depósito de agua terminado sin cubierta : Un gran depósito excavado en el suelo que cuenta con medidas o revestimiento adecuados para prevenir la escorrentía superficial y la intrusión de agua subterránea, pero que carece de una cubierta superior. Este tipo de depósito es menos deseable, ya que el agua no se tratará antes de su distribución y es susceptible a contaminantes como excrementos de aves, actividades animales y humanas, proliferación de algas y deposición atmosférica. [ 10 ]
  • Depósito superficial (también conocido como tanque de almacenamiento en tierra o depósito de almacenamiento en tierra ): Instalación de almacenamiento construida sobre el suelo con paredes revestidas de hormigón, hormigón proyectado , asfalto o membrana. Un depósito superficial suele estar cubierto para evitar la contaminación. Generalmente se ubican en zonas de gran altitud con suficiente presión hidrostática para la distribución. Cuando un depósito superficial a nivel del suelo no puede proporcionar suficiente presión hidrostática al sistema de distribución, se requieren bombas de refuerzo. [ 4 ] [ 11 ]
  • Torre de agua (también conocida como depósito de superficie elevado ): Un tanque de agua elevado. Algunos tipos comunes son el tanque de almacenamiento elevado esférico , un tanque esférico de acero sobre una columna de acero de pequeño diámetro; el tanque de almacenamiento elevado compuesto, un tanque de acero sobre una columna de hormigón de gran diámetro; y los tanques de almacenamiento elevados hidropilares, un tanque de acero sobre una columna de acero de gran diámetro. El espacio dentro de la columna grande debajo del tanque de agua se puede utilizar para otros fines, como espacio de oficinas de varios pisos y espacio de almacenamiento. Una preocupación principal al usar torres de agua en el sistema de distribución de agua es la estética del área. [ 11 ] [ 12 ]
  • Depósito vertical : Un tanque de agua que combina las características de un tanque de almacenamiento en tierra y una torre de agua. Se diferencia ligeramente de una torre de agua elevada en que el depósito vertical permite almacenar agua desde el nivel del suelo hasta la parte superior del tanque. La zona de almacenamiento inferior se denomina almacenamiento de apoyo, y la parte superior, que estaría a una altura similar a la de una torre de agua elevada, se denomina almacenamiento útil. [ 4 ]
  • Depósito subterráneo : Se trata de una instalación de almacenamiento de agua de emergencia que no se utiliza para la distribución directa de agua. Generalmente se construye bajo tierra, con forma circular y una cúpula sobre el nivel del suelo. El agua del depósito subterráneo se bombea a un depósito de servicio cuando se necesita. [ 12 ]

Las instalaciones de almacenamiento suelen ubicarse en el centro de las zonas de servicio. Estar en una ubicación central reduce la longitud de las tuberías principales de agua hasta dichas zonas. Esto reduce la pérdida por fricción durante el transporte del agua a través de la tubería principal. [ 4 ]

Topologías

En general, un sistema de distribución de agua puede clasificarse como de cuadrícula, anillo, radial o de extremo ciego. [ 13 ]

Un sistema de cuadrícula sigue la disposición general de la red vial, con tuberías principales y ramales de agua conectados en rectángulos. Con esta topología, el agua puede suministrarse desde varias direcciones, lo que permite la circulación y la redundancia en caso de que una sección de la red falle. Entre las desventajas de esta topología se encuentra la dificultad para dimensionar el sistema. [ 13 ]

Un sistema de anillo cuenta con una tubería principal de agua para cada calle, y una tubería secundaria que se ramifica desde la principal para proporcionar circulación a los clientes. Esta topología tiene algunas de las ventajas de un sistema de cuadrícula, pero es más fácil determinar el dimensionamiento. [ 13 ]

Un sistema radial distribuye agua a múltiples zonas. En el centro de cada zona, el agua se distribuye radialmente a los clientes. [ 13 ]

Un sistema de callejón sin salida tiene tuberías principales de agua a lo largo de las carreteras sin un patrón rectangular. Se utiliza en comunidades cuyas redes viales no son regulares. Como no hay interconexiones entre las tuberías principales, el agua puede circular menos y, por lo tanto, el estancamiento puede ser un problema. [ 13 ]

Integridad del sistema

La integridad de los sistemas se divide en física, hidráulica y calidad del agua. [ 3 ]

La integridad física incluye preocupaciones sobre la capacidad de las barreras para prevenir la contaminación de fuentes externas en el sistema de distribución de agua. El deterioro puede ser causado por factores físicos o químicos. [ 3 ]

La integridad hidráulica es la capacidad de mantener una presión de agua adecuada dentro de las tuberías a lo largo del sistema de distribución. También incluye la circulación y el tiempo que el agua recorre dentro del sistema de distribución, lo que afecta la eficacia de los desinfectantes . [ 3 ]

La integridad de la calidad del agua consiste en controlar su degradación a medida que el agua circula por un sistema de distribución. El impacto en la calidad del agua puede deberse a factores físicos o hidráulicos. La degradación de la calidad del agua también puede ocurrir dentro del sistema de distribución, como el crecimiento de microorganismos , la nitrificación y la corrosión interna de las tuberías. [ 3 ]

Análisis y optimización de redes

Se realizan análisis para ayudar en el diseño, operación, mantenimiento y optimización de los sistemas de distribución de agua. Existen dos tipos principales de análisis: el comportamiento hidráulico y el de la calidad del agua a medida que fluye a través de un sistema de distribución. [ 14 ] Optimizar el diseño de las redes de distribución de agua es una tarea compleja. Sin embargo, ya se han propuesto numerosos 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. [ 16 ]

Peligros

Los peligros en los sistemas de distribución de agua pueden ser de naturaleza microbiana, química y física. [ 6 ]

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 riesgos microbianos para los usuarios. Las biopelículas generalmente se forman cerca del final de la distribución, donde la circulación del agua es baja. Esto favorece su crecimiento y reduce la eficacia de los agentes desinfectantes. Los riesgos microbianos comunes en los sistemas de distribución provienen de la contaminación por patógenos y parásitos fecales humanos que ingresan a los sistemas a través de conexiones cruzadas , roturas, obras en la red principal de agua y tanques de almacenamiento abiertos. [ 6 ]

Los riesgos químicos son los de los subproductos de la desinfección , la lixiviación de materiales y accesorios de tuberías y productos químicos para el tratamiento del agua. [ 6 ]

Los peligros físicos incluyen turbidez del agua, olores, colores, incrustaciones que son acumulaciones de materiales dentro de las tuberías debido a la corrosión y resuspensión de sedimentos. [ 6 ]

Existen varios organismos en todo el mundo que crean normas para limitar los riesgos en los sistemas de distribución: NSF International en Norteamérica; el Comité Europeo de Normalización , la British Standards Institution y la Umweltbundesamt en Europa; la Asociación Japonesa de Normas en Asia; Standards Australia en Australia; y la Organización Nacional de Normas de Brasil en Brasil. [ 6 ]

Líneas de servicio principales

La contaminación por plomo en el agua potable puede deberse a la lixiviación del plomo utilizado en antiguas tuberías principales, acometidas, juntas de tuberías, accesorios y grifería. Según la OMS, la principal fuente de plomo en el agua en muchos países son las tuberías de acometidas. [ 6 ]

Mantenimiento

Control de la corrosión interna

La calidad del agua puede deteriorarse debido a la corrosión de las superficies y conexiones de las tuberías metálicas en los sistemas de distribución. La corrosión de las tuberías se manifiesta en el agua como cambios de color, sabor y olor, cualquiera de los cuales puede causar problemas de salud. [ 17 ]

Los problemas de salud están relacionados con la liberación de metales traza como plomo, cobre o cadmio en el agua. La exposición al plomo puede causar retrasos en el desarrollo físico y mental de los niños. La exposición prolongada al cobre puede causar daño hepático y renal. La exposición elevada o prolongada al cadmio puede dañar diversos órganos. La corrosión de las tuberías de hierro produce agua rojiza o con aspecto de óxido. La corrosión de las tuberías de zinc y hierro puede causar sabor metálico. [ 17 ]

Se pueden utilizar diversas técnicas para controlar la corrosión interna, por ejemplo, el ajuste del nivel de pH , el ajuste de carbonato y calcio para crear carbonato de calcio como recubrimiento de la superficie de la tubería y la aplicación de un inhibidor de corrosión . Por ejemplo, los productos de fosfato que forman películas sobre las superficies de las tuberías son un tipo de inhibidor de corrosión. Esto reduce la probabilidad de lixiviación de metales traza de los materiales de la tubería hacia el agua. [ 18 ]

Purga de hidrantes

Hidrante contra incendios que expulsa agua oxidada

El lavado de hidrantes consiste en la liberación programada de agua desde hidrantes contra incendios o hidrantes especiales para purgar el hierro y otros depósitos minerales de la tubería principal de agua. Otra ventaja de usar hidrantes contra incendios para el lavado de la tubería principal es comprobar si el agua suministrada a los hidrantes contra incendios tiene la presión adecuada para la extinción de incendios. Durante el lavado de hidrantes, los consumidores pueden notar un color rojizo en el agua, ya que el hierro y los depósitos minerales se remueven durante el proceso. [ 19 ]

renovación de tuberías principales de agua

Tras un largo periodo de servicio, las tuberías de agua potable sufren un deterioro estructural, de la calidad del agua y del rendimiento hidráulico. El deterioro estructural puede deberse a diversos factores. Las tuberías metálicas desarrollan corrosión interna y externa, lo que provoca el adelgazamiento o la degradación de sus paredes. Con el tiempo, pueden presentar fugas o incluso reventar. Las tuberías de cemento están sujetas al deterioro de la matriz de cemento y del acero de refuerzo. Todas las tuberías son susceptibles a fallos en las juntas. El deterioro de la calidad del agua incluye la formación de incrustaciones, sedimentación y biopelículas. Las incrustaciones consisten en la formación de depósitos duros en la pared interior de las tuberías. Esto puede ser un subproducto de la corrosión de las tuberías combinada con el calcio presente en el agua, fenómeno conocido como tuberculación. La sedimentación se produce cuando los sólidos se depositan dentro de las tuberías, generalmente en los huecos entre las acumulaciones de incrustaciones. Cuando se produce un cambio en la velocidad del flujo de agua (como el uso repentino de una boca de incendios), los sólidos depositados se remueven, provocando la decoloración del agua. En tuberías con mucha incrustación y, por lo tanto, con superficies rugosas, pueden desarrollarse biopelículas donde las bacterias proliferan, ya que cuanto mayor sea la rugosidad de la pared interior, más difícil será para el desinfectante eliminar las bacterias de la superficie de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta a las presiones y los caudales puede ser consecuencia de otros deterioros que obstruyen el flujo de agua. [ 20 ]

Cuando llega el momento de renovar la tubería principal de agua, hay muchas consideraciones al elegir el método de renovación. Este puede ser el reemplazo mediante zanja abierta o uno de los métodos de rehabilitación de tuberías. Algunos métodos de rehabilitación de tuberías son la rotura de tuberías , el revestimiento deslizante y el revestimiento de tuberías . [ 20 ]

Cuando se utiliza un método de rehabilitación in situ, una ventaja es el menor costo, ya que no es necesario excavar a lo largo de toda la tubería principal de agua. Solo se excavan pequeños pozos para acceder a la tubería principal existente. Sin embargo, la indisponibilidad de la tubería principal durante la rehabilitación requiere la construcción de un sistema de derivación de agua temporal que funcione como tubería principal en el área afectada. [ 21 ] Un sistema de derivación de agua temporal (conocido como tubería de derivación temporal [ 22 ] ) debe diseñarse cuidadosamente para garantizar un suministro de agua adecuado a los clientes en el área del proyecto. El agua se toma de una boca de incendios de alimentación a una tubería temporal. Cuando la tubería cruza una entrada de vehículos 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 las viviendas a la tubería temporal. Entre las muchas formas de hacer una conexión temporal, una común es conectar la conexión de servicio temporal a una manguera de jardín. La tubería temporal también debe agregar bocas de incendios temporales para protección contra incendios. [ 23 ]

Dado que los trabajos en la red principal de agua pueden alterar las tuberías de servicio de plomo , lo que puede provocar niveles elevados de plomo en el agua potable, se recomienda que cuando una empresa de servicios de agua planifique un proyecto de renovación de la red principal, colabore con los propietarios para reemplazar las tuberías de servicio de plomo como parte del proyecto. [ 24 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Sistemas de distribución de agua potable" . Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . Consultado el 20 de octubre de 2019 .
  2. ↑ "La ciudad y S&WB organizan una presentación preliminar de las 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 .
  3. 1 2 3 4 5 Sistemas de distribución de agua potable : evaluación y reducción de riesgos . National Academies Press. 2006. doi : 10.17226/11728 . ISBN  978-0-309-10306-0Consultado el 6 de octubre de 2019 .
  4. 1 2 3 4 "Redes de distribución de agua CE370" (PDF) . Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
  5. ↑ Bhave, Pramod R.; Gupta, Rajesh (2006). Análisis de redes de distribución de agua . Alpha Science International. pág. 4. ISBN  9781842653593.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Organización Mundial de la Salud (2014). Seguridad del agua en los sistemas de distribución (PDF) . Organización Mundial de la Salud. ISBN 9789241548892Archivado del original (PDF) el 22 de octubre de 2015. Consultado el 7 de octubre de 2019 .
  7. ↑ "Distribución del agua" . Enciclopedia Británica . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
  8. ↑ Rowett, Anthony Jr. "De las mangueras a las bocas de incendio: Entendiendo el suministro de agua" . Firehouse . Consultado el 7 de octubre de 2019 .
  9. ↑ "Glosario" . Mueller Water Products . Consultado el 7 de octubre de 2019 .
  10. 1 2 Manual de orientación sobre depósitos de agua tratada sin cubierta . DIANE Publishing. 1999. ISBN 9781428903067Consultado el 29 de noviembre de 2020 .
  11. 1 2 Estudio de viabilidad de almacenamiento de agua Charter Township of Commerce (PDF) . Giffels-Webster Engineers, Inc. 14 de junio de 2011. págs. 6–8 . Recuperado el 29 de noviembre de 2020 . 
  12. 1 2 Módulo 1 Fundamentos del sistema de suministro de agua - Módulo de capacitación para la gestión local de agua y saneamiento (PDF) . Universidad CEPT. 2012. pp. 8–9 . Recuperado el 29 de noviembre de 2020 . 
  13. 1 2 3 4 5 Adeosun, O. Oyedele (9 de septiembre de 2014). "Desafíos y soluciones del sistema de distribución de agua" . Water Online . Recuperado el 6 de octubre de 2019 .
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  15. ↑ De Corte, Annelies; Sörensen, Kenneth (2013). "Optimización del diseño de redes de distribución de agua por gravedad: una revisión crítica" . European Journal of Operational Research . 228 (1): 1– 10. doi : 10.1016/j.ejor.2012.11.046 . ISSN 0377-2217 . 
  16. ↑ Aragones, David G.; Calvo, Gabriel F.; Galan, Alvaro (2021). "Un algoritmo heurístico para el diseño de costos óptimos de redes de distribución de agua alimentadas por gravedad. Un estudio de caso real" . Applied Mathematical Modelling . 95 : 379–395 . doi : 10.1016/j.apm.2021.02.015 . ISSN 0307-904X . S2CID 233936874 .  
  17. 1 2 Control de la corrosión interna en sistemas de distribución de agua (M37) . American Water Works Association. 12 de enero de 2011. págs. 2–9 . ISBN  9781613001172Consultado el 6 de octubre de 2019 .
  18. ↑ El uso de fosfatos en el tratamiento de agua para el control de la corrosión y el secuestro (PDF) . Carus Corporation. 13 de abril de 2017. Consultado el 7 de octubre de 2019 .
  19. ↑ "Datos sobre el lavado de hidrantes y preguntas frecuentes" . Ciudad de St. Charles . Consultado el 6 de octubre de 2019 .
  20. 1 2 Rehabilitación de tuberías principales de agua (PDF) (Tercera ed.). American Water Works Association. 2014. ISBN  9781583219706Consultado el 14 de octubre de 2019 .
  21. ↑ "Programa de Asistencia para Sistemas de Agua Locales (LWSAP) para las Comunidades Miembro de la Autoridad de Recursos Hídricos de Massachusetts" . Autoridad de Recursos Hídricos de Massachusetts . Consultado el 14 de octubre de 2019 .
  22. ↑ "ELEMENTO C660.5X: Tubería de derivación temporal" (PDF) . Condado de Monroe, Nueva York . Consultado el 14 de octubre de 2019 .
  23. ↑ Limpieza y revestimiento de tuberías principales de agua con mortero de cemento (PDF) . Construcción de terrazas. Archivado del original (PDF) el 14/10/2019 . Consultado el 14/10/2019 .
  24. ↑ Comunicación sobre las líneas de servicio de plomo: una guía para sistemas de agua que aborda la reparación y el reemplazo de líneas de servicio (PDF) . American Water Works Association. 2014. Consultado el 13 de octubre de 2019 .