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Disponibilidad, almacenamiento, equipos y conducción para suministrar agua a una ciudad (I)

Sobre el blog

Javier Navarro
Ingeniero civil, dedicado a Asesoría, proyecto, construcción e inspección de agua potable, agua servida y drenaje tanto de ciudades, urbanismo y todo lo relacionado con estos servicios desde 1980 en Venezuela.
  • Disponibilidad, almacenamiento, equipos y conducción suministrar agua ciudad (I)

En este trabajo trataré sobre recomendaciones y mantenimiento del sistema de agua potable en forma resumida desde el río, embalse, aducciones (tanto por bombeo como por gravedad) y los equipos. En trabajos posteriores se tocarán los temas sobre mantenimiento, corrosión, distribución, almacenamiento, agua subterránea y laboratorios, y en la parte final se mostrarán 4 vídeos sobre estos temas.

En el estudio de necesidades de una población en primer lugar debemos saber la población que tiene esa ciudad. Para ello se debe tener información sobre los censos anteriores para ver qué porcentaje de crecimiento ha tenido esta ciudad, y poder proyectarlo a futuro. En el caso de que no tenga censo se tiene que ver qué cantidad de medidores están conectados a la red pública, en varios años, y sacar un porcentaje interanual y así proyectarlo. De igual forma si la ciudad tiene un plano regulador de la ciudad, se podrá sacar la cantidad de vivienda y hacer un estimado de población para el año que está proyectado hasta la saturación del plano regulador. Otra forma es que el gobierno nacional o estatal tenga proyecciones de población para varios años.

Es posible que en algunos casos tengamos un porcentaje de incremento poblacional dado por los distintos censos realizados a la población (10 años) (5.6%) y otro el porcentaje que estima el gobierno (3.2%) que puede aumentar en un futuro, para estos casos se tiene que calcular la población y el gasto para las dos alternativas, aquí voy a presentar un ejemplo.

La dotación estimada por persona puede variar entre zona fría y zona caliente y la cantidad de población que tengamos, en otras naciones se estima una dotación fija para todo tipo de clima y cantidad de población,

Normalmente se estima que la vida útil de las instalaciones pueden variar como es:

  1. Planta de bombeo de 10 a 15 años.
  2. Planta de tratamiento 20 a 30 años con espacio para ampliación.
  3. Embalse 50 a 100 años dependiendo las condiciones.
  4. Aducciones 50 años.

Con las normas que tenga el país podemos tener el consumo de agua de la población, a este volumen hay que sumarle colegios, centros comerciales, centros hospitalarios, por incendios, áreas verdes e industriales que dependiendo el tipo de industria tendrán un consumo distinto. Así tenemos azucareras entre 8.000 y 12.000 litros tonelada, leche de 3.500 a 4.000 litros por cada 1.000 litros de leche, frijoles 100 litros por caja cada 24 tareas, tenería de 2.000 a 14.000 litros por cada 100 Kg de material, papel 100.000 litros por tonelada de pulpa y de igual forma se debe agregar un porcentaje por fugas y malas conexiones se puede estimar en un 30%, sumando todas estas variables tenemos el consumos total del acueducto, y si lo dividimos entre la población de diseño tendremos el consumo por persona (CP) para un cálculo estimado.

Para una ciudad industrial el consumo total será, el gasto por persona (CP) por el número de habitantes multiplicado por el valor entre 2.3 a 2.4 y para población (CP) con poca industria el valor del acueducto se multiplicará el consumo por persona por el valor entre 1.7 a 1.90, estos valores son aproximados, y nos dará el consumo de agua de esta población, este cálculo es solo para ciudades y no para sectores

Para nuestro ejemplo tenemos que la dotación por persona es 250 L/D/P y suponemos que es una zona semiindustrial el valor que tomaremos es 1.8 lo que da un valor total gasto por persona (CP) de 450 L/P/D

Suponemos que en el 1980 la población fue 580.000 habitantes y un consumo de 450 L/D/P, vamos a calcular cual será el año para un gasto de diseño del proyecto de 15.000 L/S, en primer lugar, se calculó la población con un incremento del 3.2% y otro del 5.6%, con un intervalo de 5 años y 10 años, posteriormente calculamos el gasto para la población calculada de ese año.

Con valor de diseño de población y el volumen de agua requerido, podremos diseñar nuestro sistema de abastecimiento para la población a estudiar.

Si queremos estudiar el año para un gasto determinado, pero variando el consumo por persona tendremos en el cuadro los resultados, si estudiamos el gasto menor a las normas tendremos deficiencia y posible contaminación de la red de acueducto.

Los datos de 450, 200 y 100 L/D/P es la dotación diaria corregida por un factor explicado posteriormente ,el valor de 200 L/P/D equivale a una dotación por persona de 105 L/d/p y el valor de 100 L/D/P equivale a una dotación de 45 L/d/p estos valores dependerá si la población es industrial o no, con estos valores seguramente hay razonamiento en la ciudad y obstrucción de las cloacas y con posibilidades de que las aguas servida contaminen el sistema de acueducto por filtración en el acueducto y aguas negras por la calle.

Envenenamiento de los ríos

Desde hace ya casi una década el mundo asiste indiferente a las catástrofes de los ríos, por la contaminación de productos como el arsénico o cadmio. Efectos en la salud del PFOA, el PFOS, y plomo, entre otros, los cuales son liberados a los ríos, algunos por las explotaciones mineras. Estos metales causan lesiones en la piel, caída del cabello, hipertensión, convulsiones, pérdida de la visión y de la memoria, dependiendo de la cantidad absorbida por la persona. Igual tenemos los productos de la agricultura como son los insecticidas o herbicidas, entre otros, lo que trae distintos tipos de enfermedades, y para completar, el costo del tratamiento para purificar este tipo de agua es muy costoso, sobre estos temas algunas naciones tienen reglamentos, pero el problema que se tiene es hacerlo cumplir.

Aunque en la mayoría de ciudades de Venezuela no tenemos el problema de contaminación por minería, si lo tenemos en el Estado Bolívar, Venezuela por la extracción de minerales como el oro, se están contaminando los ríos por los químicos y materiales en suspensión dañando los distintos equipos que hay aguas abajo de la extracción de minerales, y enfermedades en las poblaciones a la orilla de los ríos, e igual sucede con la contaminación de los productos agrícolas más preocupantes para la salud humana. Son los patógenos del ganado, plaguicidas, nitratos en las aguas subterráneas, oligoelementos metálicos y los contaminantes emergentes, incluidos los antibióticos y los genes resistentes a los antibióticos excretados por el ganado.

De igual manera tenemos en la mayoría de los ríos del planeta por la contaminación de la libre descarga de las aguas domésticas e industriales sin ningún tipo de tratamiento.

Otro tipo de contaminantes del agua incluyen bacterias, virus, parásitos, fertilizantes, pesticidas, fármacos, nitratos, fosfatos, plásticos, desechos fecales y hasta sustancias radiactivas, plásticos, aceites, producto químico del hogar, vertidos industriales sin tratar, almacenamiento de lodos, entre otros. Muchos de estos elementos no siempre tiñen el agua, haciendo que la contaminación hídrica resulte invisible en muchas ocasiones.

Según ONU-Hábitat internacional, tenemos muchas regiones del mundo se encuentran en lo que se denomina “estrés hídrico” debido al crecimiento demográfico-económico y al cambio climático. El 36 por ciento de la población mundial (2 mil 500 millones de personas) viven en zonas bajo “estrés hídrico” y más del 20 por ciento del PIB global ya se produce en zonas de riesgo de escasez de agua.

En este enlace tenemos los ríos más contaminados del mundo por ahora.

Caudal en los ríos

En cuanto al volumen de agua de estos ríos, debemos estudiar la avenida que se puede esperar de las cuencas tributaria del vaso, y la máxima avenida probable que se puede esperar razonablemente para una corriente determinada. La máxima avenida se basa en las condiciones racional de las prevalidas desde la ocurrencia simulténea de los diferentes elementos o condiciones que contribuyen a la formación de la avenida, y al estudio meteorológico, los datos más utilizados son los registros directos de los aforos durante un largo tiempo en el lugar donde se va a construir el embalse.

Para el gasto de la avenida de un río existen programas especializados, cada uno de ellos solicita una cantidad de datos relacionada con las lluvias, topografía de la zona, vegetación, entre otros valores, y dan gráficos y valores de precipitaciones para avenidas de 5, 10, 100 años. De igual manera tendremos hidrogramas unitarios, análisis del hidrograma triangular y tiempo de concentración, y con todos estos datos podremos estimar el volumen de agua que llega al embalse por cada río.

Condiciones del agua en embalses

Combatir la contaminación de las fuentes de agua es de vital importancia, no sólo para la protección del medio ambiente, sino de la fauna y de la vegetación que vive en ellos. El agua no es un bien ilimitado, por lo tanto, al contaminarla nos estamos perjudicando a nosotros mismos. Por esta razón controlar la contaminación de las aguas es uno de los factores más importantes para la continuidad del equilibrio entre el hombre y el medio en el cual vive y la prevención, reducción y eliminación de los contaminantes de esta agua es una necesidad prioritaria en la actualidad. (Fernando A.A., 2014).

El agua embalsada permanece almacenada durante un tiempo (tiempo de residencia) que puede ser más o menos largo, durante el cual intercambia materia con el fondo o sustrato, principalmente por depósito de materiales sólidos arrastrados por los ríos (depósito de sedimentos).

De forma natural los embalses tienden a acumular sedimento (pueden colmatarse) y a que sus aguas contengan cada vez concentraciones más elevadas de sales nutritivas para las plantas (nutrientes). Según la concentración de nutrientes en el agua en su nacimiento suelen ser oligotróficos (de oligo, poco, pobre, y trofos, comida) y con el tiempo acaban siendo eutróficos (de eu, pleno, y trofos, comida), pasando por el estado mesotrófico intermedio.

Desde una perspectiva hidráulica los embalses constituyen vasos receptores que recogen y sedimentan todas aquellas materias que aportan los ríos y arroyos que en él confluyen. Por eso, resulta de gran interés tener una visión general tanto de dichos vasos, como de la cuenca hidráulica de la que se nutren los embalses, lo que nos puede permitir conocer qué tipo de aportes van a ir recibiendo a lo largo de los años y en qué medida pueden influir en la evolución de los embalses a lo largo del tiempo.

Otro de los puntos importantes es obtener el volumen de sedimentos acumulados en un periodo de tiempo, para ello vemos diferencia entre el volumen del embalse al inicio del periodo y el volumen al final del mismo.

El volumen de embalse se puede calcular combinando trabajos de fotogrametría y de batimetría que permiten obtener un plano de curvas de nivel del vaso del embalse y a partir del mismo, para así saber la cantidad de agua que tenemos disponible para abastecimiento de la población.

Si queremos calcular el volumen de agua que tenemos para una fecha determinada tendremos que deducir las perdidas por evaporación, transpiración e infiltración y le agregamos la cantidad de lluvia posible y el volumen de agua existen de acuerdo al estudio batimétrico realizado fechas atrás, así podemos obtener el volumen de almacenamiento para esa fecha, y nos sirve para estudiar las condiciones del embalse y tomar las medidas necesarias para que el abastecimiento para la población sea el menor posible en el caso de ser necesario.

Otra forma de cálculo a aparte de los programas electrónicos, tenemos la que usa ARS agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de promover la seguridad alimentaria internacional igual forma tenemos la Ecuación Universal de Pérdidas de Suelo (USLE)

La deforestación en las laderas de los montes provoca que el agua de lluvia no sea retenida por los suelos, y que por escorrentía se produzca un arrastre de la capa vegetal, descarnando el suelo. Este proceso da lugar a mayores aportes de sedimentos y sustancias minerales, principalmente aluminio y hierro, a los arroyos y ríos de la cuenca.

Las explotaciones intensivas más próximas a los embalses y cauces, cuando carecen de unas instalaciones adecuadas para la eliminación de residuos de origen orgánico, estiércol, constituyen también un elemento contaminante digno de consideración. Tampoco hay que olvidar el efecto degradante que pueden causar las explotaciones extensivas en las que el ganado, ovino y bovino mayoritariamente, abreva directamente en los cauces de los ríos y arroyos, o incluso de los propios embalses. Otros efectos contaminantes derivados de la actividad ganadera, que en ocasiones pueden ser muy peligrosos, son los producidos por vertidos de productos utilizados para la desparasitación o el tratamiento farmacológico de los animales.

Es urgente realizar plan de actuación que elimine o al menos aminore todas estas perturbaciones, y que debería contemplar al menos los siguientes aspectos:

  1. Respecto a los embalses habría que proteger la calidad del agua al máximo, y para ello restringir y controlar las zonas de acceso.
  2. Crear un cinturón de vegetación de ribera natural y suficientemente ancho.
  3. Regular las actividades perturbadoras, en particular el uso de embarcaciones a motor.
  4. Evitar vertidos desde las orillas, tanto procedentes de instalaciones urbanas o deportivas como agrícolas, mediante depuradoras y filtros verdes suficientes.
  5. Delimitar zonas de uso y fomentar actividades de extracción de como pesca intensiva, por ejemplo. Los asentamientos naturales de las aves acuáticas son un elemento interesante y positivo en la actuación, aparte de su valor naturalísimo.

Respecto a los ríos afluentes, las acciones más importantes y urgentes son:

  • Controlar la calidad del agua aportada.
  • Reducir los aportes de sedimentos al máximo (mediante decantadores que puedan controlarse y limpiarse).
  • Respecto a las zonas de captación de aguas que llegan al sistema, lo que debe abarcar a la totalidad de la cuenca afluente:
  • Reforestación de cuencas, en especial en cabeceras y en las zonas de pendiente importante.
  • Defensa, protección y restauración de riberas de los cursos de agua, con bandas de vegetación (bosques-galería) suficientemente anchas.
  • Ordenación del territorio, definiendo usos deseables, aceptables y no aceptables.
  • Control en posibles focos puntuales o difusos de contaminación (núcleos urbanos, industrias, agricultura y ganadería), evaluación de riesgos.

Transporte de sólidos en corriente fluviales

En un río y una sección, el transporte de fondo depende directamente del caudal. Se calcula teóricamente por fórmulas donde se solicita segun el programa distintos valores, Los lechos de arena están en movimiento la mayor parte del tiempo. Para que un lecho de grava se mueva los granos de la superficie (acorazamiento) deben moverse, lo cual ocurre pocas veces al año, la forma más frecuente de lechos de arena son las dunas mientras que en lechos de grava lo más frecuente son los lechos planos, esto va asociado a que en lechos de arena la resistencia al transporte se da principalmente por el lecho mismo mientras que en lechos de grava la resistencia al transporte se da principalmente por las partículas

La sedimentación de un embalse, se puede pensar y evaluar y si las condiciones lo permite la construcción de barreras hidráulicas que precipiten parte de los sedimentos aguas arriba en un determinado sitio estudiado para que no lleguen a la represa. Porque es mucho menos costoso extraer el material del cauce de un río de la fosas de detención de sedimentos que del embalse. La idea es reducir sus tasas de sedimentación y alargar su vida útil. Antes de pensar en el dragado de una represa se tiene que estudiar de un principio la forma de reducir la llega de sedimento a la represa a parte de las recomendaciones normales para ello podemos estudiar alternativas

Esta práctica es antigua y se lleva a cabo en las cuencas que nutren cientos de embalses de todos tamaños en E.U. y varios países europeos. El US Forest Service construye en las cuencas que maneja pequeñas represas diseñadas para interceptar los sedimentos acarreados de los bosques hacia las quebradas y ríos. La barrera hidráulica reduce la velocidad del agua durante las crecientes, precipitando los sedimentos de mayor tamaño Esto debido a que se puede utilizar equipo motorizado directamente en el cauce (excavadoras y dragas móviles), mientras que el dragado en el embalse requiere equipo especializado montado en una barcaza. Además, la remoción de sedimentos de un río no requiere permisos rigurosos como en el caso del dragado de un embalse.

Dragado de la represas

Si el sedimento llega a la represa y está por colapsar o está cerca y se quiere recuperar esta situación, debemos dragar la represa que tiene como finalidad almacenar agua para su distribución. Podemos decir que normalmente tiene una vida útil de 100 años dependiendo de la cantidad de sedimento que le lleguen, por eso es necesario tener una forestación en la zona de influencia del embalse, y se tiene que prever hacer un dragado, lo que puede ser que el embalse se haya colapsado. De esta forma es fácil la limpieza para recuperar el embalse con el problema de donde depositar el sedimento si la topografía de la zona lo permite pudiera descargar este material entre dos cerros y formar una planicie para siembra, y otra solución es el dragado teniendo funcionamiento el embalse y por supuesto las instalaciones de bombeo si existen. Si se realiza esta operación en estas condiciones hay que prevenir que los sedimentos más finos no lleguen a las bombas ya que las dañaría, o a los sedimentadores, y el tratamiento se haría más complejo. Para ello hay empresas que usan varios métodos para solucionar esta situación, en este momento ya hay poblaciones que lo están haciendo (2018) pero en un futuro puede haber otra alternativa.

Una de las naciones que tiene problema con la sedimentación son las presas en México.

Debido a la degradación de las cuencas a causa de la intervención, la producción de sedimentos casi siempre tiende aumentar con el transcurso de los años. La idea es reducir sus tasas de sedimentación y alargar su vida útil.

Alguna de las medidas para aumentar la vida útil de este tipo de almacenamiento:

1. Revisar el cambio de uso en la hoya.

2. Reforestar la hoya del embalse de ser necesario.

3. Tratamiento de las aguas negras que descargan en el embalse.

4. Reducir los sedimentos que llegan al embalse con pequeñas presas en los afluentes y tener un programa de limpieza de sedimentos de estas.

5. Tomar muestra de los tipos de sedimentos que hay en el embalse.

6. Controlar la producción de algas y otras plantas.

7. Revisar periódicamente la composición del agua, para hacer más efectivo el tratamiento de la planta de agua potable.

8. Cerca el embalse para disminuir animales que se podrían morir y basura.

9. Aliviar el embalse por la salida de fondo si la tuviera, para reducir sedimentos, esta operación se debe de realizar cuando esté lleno el embalse y se pueda recuperar.

10. Controlar periódicamente el volumen de agua existente para mantener una programación del volumen de agua que se puede sacar.

Formación de algas en un embalse

Otro problema de los embalses es la formación de algas verdes-azuladas debido al exceso de nutriente y altas temperaturas, ya que estas se han convertido un desafío en todas las naciones. En un embalse la acumulación de nutrientes puede deberse a las descargas agrícolas, residuos industriales, y a la acumulación general de material orgánico en el fondo del embalse.

Es interesante uno de los procedimientos para eliminar las algas en los embalses y represas donde el agua esté sin movimiento por el método de ultrasonido. Aunque existen otros métodos como son: Químicos. Aireación, mezclado. Cada uno tiene ventajas y desventajas y depende de la temperatura ambiental del sector.

Equipos de bombeo de agua

A continuación hablaremos sobre bombeo, aducciones y sus sistemas. Varios de estos temas fueron tratados por mí en iAgua con el título “Manual de organización, funcionamiento y administración de acueducto (III)”. De forma resumida:

  • Son aparatos accionado por un motor eléctrico y podemos dividirlo en bombas centrifugas con eje horizontal y bombas con eje vertical, estos equipos está determinado por razones técnicas y económicas.
  • Las bombas verticales ocupan menor espacios se usa normalmente para extraer agua de pozos profundos o superficiales.
  • Las bombas para pozos son centrifugas de eje vertical y pueden lubricada por aceite o lubricada por agua.

La bomba centrífuga

El objetivo principal de las bombas centrífugas es mover gran volumen de líquido por dos niveles diferentes, transforman algo mecánico en algo hidráulico. Los principales componentes de una bomba son: una tubería de aspiración, la voluta y un rodete.

Los sistemas de bombeo se equipan con: válvulas de retención cada bomba debe tener una válvula de retención en los sistemas de bomba centrífuga. Durante la inspección realizada, mientras se observa la operación de cada unidad de bombeo, se debe prestar atención a la válvula de retención, al volante brida, cuerpo anillo del asiento disco.

Cavitación

Si la bomba trabaja con una aspiración excesiva, la presión a la entrada de la boca de aspiración de la bomba puede disminuir hasta llegar a alcanzar la tensión de vapor del agua. Se desprenderían entonces burbujas de vapor que, una vez recuperada la presión en el rodete, producirían violentas implosiones y ocasionarían graves daños en los mecanismos.

Este aumento de la velocidad trae consigo una disminución de la presión. Si en esta bajada de presión se alcanza la presión de vapor del fluido (en nuestro caso la presión de vapor del agua) se crean unas burbujas de vapor y aparece entonces el fenómeno de la cavitación. Estas burbujas de vapor viajan con la corriente hacia zonas donde la presión se incrementa de nuevo debido a que la sección se hace mayor esto ocurre realmente en un espacio muy pequeño- ocasionando la violenta implosión de las mismas. Si las burbujas explotan en las proximidades del diafragma o de las paredes de la válvula o de la tubería llegan a causar importantes daños, generando además ruidos y vibraciones en la instalación.

Además de comprobar los gráficos sobre riesgos de cavitación que suministre el fabricante, se recomienda no instalar una válvula reguladora de menor tamaño que el considerado adecuado para las condiciones de trabajo de la instalación. Existen no obstante dispositivos anticavitación que se acoplan al obturador de la válvula para reducir los efectos.

Siguiendo con las recomendaciones, no se deben de utilizar válvulas de compuerta para trabajar en posiciones intermedias, ya que son dispositivos que están diseñadas para abrir completamente o para cerrar completamente una conducción, no para regular.

Si en una conducción a presión van a existir grandes diferencias entre los caudales circulantes, normalmente se coloca en paralelo con la válvula reductora de presión principal una segunda válvula de menor tamaño que trabajará cuando los caudales sean bajos, tal y como se muestra en la figura.

La cavitación también aparece en los bombeos. Si una bomba centrífuga opera con una aspiración excesiva, la presión a la entrada puede disminuir hasta llegar a alcanzar la tensión de vapor del agua. Se desprenderían entonces burbujas de vapor que, cuando la presión se recupera, explotarían violentamente ocasionando graves daños en los mecanismos de la bomba.

La zona de la bomba con menor presión es la sección de entrada, la boca de aspiración, justo antes de los álabes del impulsor o rodete. Una vez que el fluido llega a los álabes empieza a aumentar su presión a medida que recorre el impulsor hasta el difusor de salida. Es por ello que la erosión producida por la cavitación se localiza justo en el inicio de los álabes, cuando se empieza a recuperar la presión y las burbujas de vapor explotan.

El manómetro digital LEO1 de Keller AG für Druckmesstechnik entre otros, registra el valor de los picos de presión en procesos en los que se mide este valor hasta 5.000 veces por segundo. El resultado es que los manómetros digitales LEO1 permiten la detección muy fiable de los temidos picos de presión incluso los de muy corta duración, debidos a conmutaciones rápidas de válvulas hidráulicas, a unidades de bombeo o a otras causas. En consecuencia, los manómetros digitales LEO1 pueden reaccionar muy rápidamente para prevenir posibles daños causados por cavitación.

Bombas conectadas en paralelo y en serie

En las estaciones de podemos tener varios tipos de bombeo dependiendo del volumen a bombear este puede ser bomba conectada directamente a la aducción, estación de bombeo con bombas en paralelo o en serie, esto dependerá del cauda o presión delo sistema

Las bombas conectadas en paralelo se utilizan frecuentemente cuando:

  • El caudal requerido es superior al que puede suministrar una bomba simple.
  • El sistema tiene exigencias de caudal variable que se consiguen activando y desactivando las bombas conectadas en paralelo.

Normalmente las bombas conectadas en paralelo son del mismo tamaño y tipo. Para evitar la circulación derivada por las bombas que no están funcionando

Dos o mas Bombas están conectadas en serie cuando el caudal resultante de una es entregado a la siguiente. Esta situación permite obtener alturas de bombeo mayores a las que lograría cada bomba individualmente pero se mantiene el caudal

Uno de los sistemas más complejos en el mundo es el de Venezuela, que da agua a Caracas, el cual tiene que vencer grandes distancias y alturas para un volumen de agua bastante alto. Para mayor información se puede dirigir a esta y esta página donde se explica el sistema:

Variador de velocidad

Un variador de frecuencia o de velocidad es un dispositivo electrónico que, a través de la modificación de la frecuencia de alimentación eléctrica, varía la velocidad de giro de los motores eléctricos. El variador de velocidad modifica la curva característica de la bomba adaptándola a los requerimientos del sistema y proporcionando un ahorro de energía. Es una de las formas de regulación de equipos de bombeo más adoptada en la práctica, pues el rendimiento apenas sufre modificación al variar la velocidad de funcionamiento, consiguiéndose un significativo ahorro de energía.

El variador de velocidad se conecta al motor de la bomba y se comanda desde el cuadro de control del equipo de bombeo.

Mantener un sistema de bombeo

Mantenimiento significa conservar en óptimas condiciones cada uno de los elementos que lo integran, terreno, edificaciones. Carreteras, camino de acceso, equipos e instalaciones

Para elaborar un plan de mantenimiento práctico se requiere el inventario de los elementos del sistema con sus características, planos de conjunto y detalle, instrucciones de instalación, servicios y mantenimiento de los equipos.

El mantenimiento de los equipos es el plan de trabajo destinado a conservar en óptimas condiciones tanto de operación como de funcionamiento cada uno de los equipos con sus accesorios, el mantenimiento de equipos se basa en inspección periódica en las recomendaciones de los fabricantes.

Para que el mantenimiento sea efectivo y ajustable a un programa deberá cumplir las siguientes condiciones:

  1. Los equipos deberán ser de calidad y debidamente instalado y disponer de personal de mantenimiento idóneo y debe de conocer a fondo los equipos tanto en su estructuración como en la operación y funcionamiento.
  2. Mantenimiento preventivo.
  3. Informar a la colectividad que fecha se va hacer un mantenimiento y su duración en el caso que se programe.
  4. Informad a la colectividad la reparación de un equipo y el tiempo que dura su arreglo en el caso de una falla no prevista.
  5. Planificar el suministro de agua en los lugares críticos mientras se arregla la falla.

Con el plan de trabajo de vigilancia e inspección sistemática de los equipos de acuerdos a los requerimientos del fabricante, en este punto se tiene que tener el registro de la vida de los equipos con sus mantenimientos y reparaciones, de igual forma tener cuando se debe de realizar los mantenimientos de acuerdo al fabricante

Los trabajos de mantenimientos a realizarse con interrupción del servicio o sin ello, hay trabajo que se tienen que hacer semanalmente otros mensuales y otros anuales dependiendo el equipo esto se realizaran según un plan predeterminado, los transformadores, cambio de aceite de los motores, revisión y ajuste de las esteperas de las bombas, verificar las temperaturas de los cojinetes se puede realizar mensualmente, y en cambio, limpiar los bushing, cambiar el aceite cambiar la grasa lubricante de los cojinetes, revisión general de las bombas y otros anualmente.

De igual manera debemos de hacer revisiones periódicas a los instrumentos de medición, calibrarlo de ser necesario y de igual manera tenemos que hacer revisión a las válvulas.

De igual forma debemos revisar las protecciones de cortocircuito, sobrecarga y contra el golpe ariete.

Recomendaciones para estaciones de bombeo

En este tema tocaremos en forma resumida las recomendaciones para el manejo de una estación de bombeo

El operador de estación de bombeo de aguas claras realiza las siguientes funciones: operar, vigilar y controlar los equipos de bombeo.

1. Vigilar los manómetros de la presión de entrada y salida.

2. Vigilar en el tablero la lectura de voltaje y amperaje consumido por los motores

3. Registrar en un sistema electrónico o en una planilla las anotaciones de lectura de los distintos manómetros y en indicadores de los tableros por motor.

4. Informar al supervisor cualquier anomalía que se observara por pequeña que sea.

5. Dejar información escrita de las mediciones en cuanto volumen de agua, voltaje y amperaje de cada equipo.

6. Reportar al supervisor con Urgencia si un equipo se paraliza.

7. Operador: es la persona calificada y responsable de la operación y mantenimiento de las instalaciones del sistema de agua potable.

  • Puesta en marcha
  • Cerrar la válvula de salida al reservorio y abrir la válvula de desagüe.
  • Poner en marcha la bomba – motor.
  • Abrir lentamente la válvula de compuerta de salida al reservorio y cerrar lentamente la válvula de la compuerta de desagüe.

Recepción de turno de guardia

Recibir el trabajo y recibir de forma oral del operador saliente lo ocurrido en la estación. Revisar los equipos junto con el operador saliente, mantener las instalaciones de trabajo ordenado y limpio.

Un tablero de control está compuesto normalmente de interruptor general, amperímetro, voltímetro, interruptor de arranque y parada de los motores, bombillas que indican el funcionamiento de las bombas, tablero de mando de las luces, manómetros, registro de caudal de bombeo, alarma. Estas instalaciones pueden estar conectadas a través de telemetría a un control central.

Las estructuras, equipos y sistema eléctrico dependerán del tipo de sismo el cual puede ocasionar grandes daños.

Aducción por bombeo

Cuando hablo de aducción también incluye todas las estructuras complementaria que necesitamos para poner a funcionar este tipo de sistema, llamaremos aducción al sistema a través del cual se transporta agua cruda. para diferenciarlo del agua tratada que llamaremos “conducción”, de acuerdo con lo establecido por el RAS.

Últimamente ha cobrado importancia la aplicación de técnicas de optimización al diseño de sistemas de abastecimiento de la aducción, debido a que los costos de la tubería representan el 20% de los costos del sistemas, para lo cual se requiere la optimizado de esta tubería

En el caso de la conducción con funcionamiento por bombeo, se debe de calcular la energía necesaria para transportar el agua de un lugar otro y esto depende del diámetro, longitud de la tubería y desnivel a vencer. Este valor lo multiplicaremos por las horas de trabajo y el precio del energía eléctrica en esa nación, por eso es tan importante del estudio de la aducción en un principio puede ser más económico pero al cabo de un tiempo se reduce el costo que hay que pagar por uso de la energía, este tipo de tubería puede ser de acero, concreto, polietileno, entre otros, y la selección de esta tubería dependerá de la rugosidad, costo de la tubería, construcción, costo de energía...

Mantenimiento de la aducción por bombeo

Establecer procedimientos para la operación y mantenimiento de las líneas de impulsión de sistemas de abastecimiento de agua.

Definiciones de mantenimiento

Es el conjunto de acciones que se realizan con la finalidad de prevenir o corregir daños que se producen en las instalaciones de un sistema de abastecimiento de agua.

1. Mantenimiento correctivo: trabajos que se realizan para reparar daños que no se han podido evitar con el mantenimiento preventivo.

2. Mantenimiento de emergencia: es aquel que se realiza cuando los sistemas o equipos han sufrido daños por causa imprevista y requieren solución rápida para poner parcialmente operativo el sistema.

3. Mantenimiento preventivo: consiste en una serie de acciones de conservación que se realiza con una frecuencia determinada en las instalaciones y equipos para evitar, en lo posible, que se produzcan daños que pueden ser de difícil y costosa

4. Operación: es el conjunto de acciones adecuadas y oportunas que se efectúan para que todas las partes del sistema funcionen en forma continua y eficiente según las especificaciones de diseño.

Supervisión de la aducción agua dulce

El personal de esta actividad debe estar siempre disponible para atender consultas y dar orientación sobre los puntos críticos de la línea de conducción.

Realizar mensualmente un recorrido de la línea, verificar el estado general de las mismas, de los accesorios e informar sobre situaciones anormales, tales como construcciones, inconvenientes, derivaciones clandestinas, etc. y hacer las la supervisión de los siguientes puntos:

1. Juntas de expansión / dilatación / anclajes / puentes / cruce de quebrada

2. Verificar el estado general.

3. Comprobar la existencia de fugas (corrosión, juntas, llaves, descarga)

4. Todos los meses recorrer y revisar la línea de conducción con ayuda del plano de replanteo.

5. Verificar si hay zonas húmedas porque allí puede haber una tubería rota por reparar.

6. Si hay fugas en los tubos debe reemplazarse inmediatamente la parte dañada. Cambiar válvulas y accesorios dañados.

7. Abrir y cerrar las válvulas de purga y aire en los recorridos mensuales.

8. En caso de existir grietas o partes dañadas en las estructuras, éstas deben repararse.

9. Revisar si tomas no autorizadas para proceder a eliminarla si estamos en aducción de aguas no tratada y darle una explicación a las personas y si es de una aducción de agua tratada estudiar la manera de hacer una pequeña red y regular la presión

10. Limpieza externa: en cámaras húmedas: reunión, distribución y rompe presión.

11. Limpiar externamente las estructuras y sus alrededores retirando malezas, piedras y otros materiales extraños.

12. Limpiar el dado móvil y el extremo del tubo de limpia y rebose.

13. Limpiar y repintar las tapas metálicas.

14. Engrasar pernos, tuercas y bisagras de las tapas sanitarias y de la puerta del cerco perimétrico.

15. Revisar mensualmente el sistema corrosión si lo tuviera

16. Revisar la carretera de acceso a la aducción

Aducción en agua salada

En esta parte trataré la tubería que extraemos agua del mar desde su captación hasta las bombas, y las cuales bombea al sistema de tratamiento, de igual forma se usa para el traslado de agua de una zona a otra que tiene que pasar por agua salada, la tuberías más usadas para esta situación son la de polietileno y la de acero.

Tubería de transporte: en muchos casos puede resultar conveniente atravesar lagos y fiordos con tuberías submarinas en lugar de utilizar una ruta más larga junto a la orilla.

Éstos son algunos problemas especiales a tener en cuenta en las tuberías de transporte: presión, transporte de aire, corrientes, oleaje, equipos de pesca y anclajes.

Tubería de admisión: las tuberías de admisión se utilizan en aplicaciones tanto civiles como industriales. Las fuentes pueden ser ríos, lagos y fiordos. Las profundidades de admisión oscilan entre 2 m y 250 m.

Éstos son algunos problemas especiales que deben tenerse en cuenta: presión insuficiente, incrustaciones, escapes de aire, corrientes, oleaje.

El factor crítico es el radio de la curvatura en la superficie marina. Si este radio es inferior a 50 m aproximadamente en este caso, la tubería corre el riesgo de deformarse por pandeo (coeficiente de seguridad = 2). En este tipo de tubería se debe de tener mucho cuidado en la unión de la tubería que dependiendo el espesor debe de tener una temperatura para su unión de acuerdo con el fabricante, para el cálculo de esta tubería se debe de tomar en cuenta la profundidad a colocar, tipo de material por donde va a pasar, tipo y fuerza del oleaje, corriente marina y paso de embarcaciones.

Aducción por gravedad

Solo funcionan cuando las condiciones topográficas tienen pendiente favorable al flujo de circulación de agua y pueden darse de dos maneras: por gravedad o a presión.

Si el sistema de aducción es por gravedad está conformado por tuberías, cámaras reductoras de presión, válvulas de aire y de purga, otros accesorios y obras complementarias (AGÜERO 1997; GARCÍA 2013; GIZ 2017). Las tuberías normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el caso de que existan zonas rocosas insalvables, cruces de quebradas, terrenos erosionables, entre otros, que requieran de estructuras especiales (puente, paso de quebrada) (AGÜERO 1997). En aquellos lugares donde haya más de 50 m de desnivel del terreno, se necesitan instalar cámaras rompe carga o presión que regulan la presión que lleva el agua evitando problemas en las tuberías o estructuras. Igualmente, se pueden formar bolsas de aire que se acumulan en las tuberías en las zonas altas cuando el terreno es muy accidentado, por lo que se ha de disponer de válvulas de aire para evacuar el aire retenido. Por otro lado, en los puntos más bajos hay riesgo de acumulación de sedimentos o arenilla, por lo que se deben colocar válvulas de purga o de limpieza. Tanto el aire acumulado como el barro o arenilla traen como consecuencia una reducción de la cantidad de agua que circula en el sistema y, por lo tanto, un pobre funcionamiento del mismo.

La conducción de agua por gravedad, se clasifica en dos tipos de sistemas de flujo: libre y a presión. En el primero se característica por tener canales abiertos o, incluso, tuberías que trabajan sin estar completamente llenas (trabajan a un caudal menor al máximo) pero con permanente movimiento de agua. Es la más fácil de operar porque no necesita reguladores de presión ni infraestructuras de control, siendo un sistema sencillo y económico, requiriendo de poco mantenimiento.

Vídeos interesantes

En esta parte se expone 4 vídeos que me parecieron interesantes. Los dos primeros son sobre como una nación está usando el agua eficientemente y el otro vídeo sobre los problemas de la contaminación de un río.

Ojalá que estos vídeos sirvan para que las naciones poco a poco tomen las medidas para mejorar estos servicios, puede ser que existan situaciones como estas mejorando el sistema de agua y en otros casos tomar medidas de prevención del medio ambiente por el bien de su población.

Agua potable

Agua servidas y desechos industriales

Este trabajo continuará en la segunda parte.

Referencias