DISEÑO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

1.INTRODUCCIÓN.

La importancia que presenta este trabajo radica, debido que al diseñar un proyecto

determinado para poder abastecer a una población, se deberá analizar si existe la

necesidad de colocar un tanque de regularización o almacenamiento, o en otros

casos se conectara directo la fuente de abastecimiento con la red de distribución y

al mismo momento se deberá purificar, esto no es muy factible de realizar.

Se entiende por sistemas de abastecimiento el conjunto intercomunicado de

fuente, construcciones, instalaciones y equipos de las obras de captación, plantas

cloradoras, plantas potabilizadoras, tanques de almacenamiento y regulación,

cárcamos de bombeo, líneas de conducción, redes de distribución y tomas

domiciliarias.

Antes que nada, es importante poder definir en que consiste en tanque de

almacenamiento, como su nombre lo indica es el que almacena el agua que a

futuro será destinada para abastecer a una población.

Un apartado que también es importante de considerar son los planos constructivos

tipos, los cuales dan información acerca de las especificaciones que deben de

contener los tanques de almacenamiento, como es el caso de su diseño. Un plano

constructivo tipo se define como…

En este trabajo se abordaran los dos siguientes temas, con sus subtemas específicos:

Tipos de tanques. Planos constructivos tipos.

2.TIPOS DE TANQUES.

ABASTECIMIENTO DE AGUA Página 1

2.1. TANQUES DE ALACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento son un elemento esencial en todo sistema de abastecimiento de agua de una población. El propósito fundamental de estos tanques es proveer una cantidad adecuada en las demandas máximas observando el aspecto económico y de capacidad suficiente.

La localización y construcción de estos depósitos, se requiere cierta experiencia de este campo, en especial cuando se trata de determinar la capacidad y la localización de embalses (presas). Por otro lado en sistemas de abastecimiento de agua donde se bobea contra la red es necesario compensar las fluctuaciones de las demandas construyéndose depósitos de almacenamiento antes o después de la planta de tratamiento. Estos depósitos en general se construyen de concreto reforzado sobre el suelo y bajo este, la capacidad recomendable es el equivalente a 4 o 6 horas de abastecimiento. En cualquier forma deberá contar con capacidad que permita proporcionar suficiente agua para permitir un abastecimiento seguro en las 24 horas del día.

2.2. OBRAS DE REGULACIÓN.

El tanque de regulación (almacenamiento en algunos casos) es la parte del sistema de abastecimiento de agua potable que recibe un gasto desde la fuente de abastecimiento para satisfacer las demandas variables de la población a lo largo del día; permite el almacenamiento de un volumen de agua cuando la demanda en la población es menor que el gasto de llegada y el agua almacenada se utiliza cuando la demanda es mayor.

La regulación tiene por objeto lograr la transformación de un régimen de aportaciones (de la conducción) que normalmente es constante, en un régimen de consumos o demandas (de la red de distribución) que siempre es variable. El tanque de regulación puede ser superficial o elevado, y debe proporcionar un servicio eficiente bajo normas estrictas de higiene y seguridad.

En los sistemas de agua potable es recomendable la conducción directa a los tanques y a través de éstos alimentar a la red. Cuando la fuente de abastecimiento tenga la capacidad suficiente para proporcionar el gasto máximo horario, existe la alternativa de eliminar el tanque regulador, diseñando la conducción para este gasto; sin embargo, debe hacerse un análisis económico que permita seleccionar la mejor alternativa.

La capacidad de un tanque de regulación se obtiene en función del gasto máximo diario de proyecto y de la ley de demanda de la localidad.En general el suministro de agua al tanque es continuo durante las 24 horas, tanto en conducciones por gravedad como por bombeo, ya que no se justifica


económicamente el diseño de una conducción con bombeo de menos de 24 horas, salvo en casos excepcionales.

La elección del sitio y del tipo de tanque (superficial o elevado), se basa en las características físicas de la localidad, considerando las líneas de conducción y redes de distribución, tanto existentes como de proyecto.

La selección del tipo de estructura para el tanque depende de los materiales existentes en la región, de la disponibilidad de terreno y de las condiciones topográficas y geotécnicas.

El diseño de la fontanería de entrada y salida del tanque se realiza con el gasto máximo diario y horario, respectivamente. Se debe realizar un análisis técnico-económico de las alternativas necesarias para definir el número de tanques adecuado, su capacidad, estructuración y localización; considerando que su operación y mantenimiento sean accesibles.

2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES.

La selección del tipo de tanque depende del material disponible en la región de las condiciones topográficas y de la disponibilidad de terreno.

2.3.1. Tanque superficial

Es el más común que se construye para todo tipo de localidad siempre y cuando se cuente con una topografía adecuada, esto es, que existe el desnivel adecuado entre el sitio donde se construye el tanque y la población que es abastecida.

Los tanques a base de muros de mampostería, con piso y techo de concreto reforzado, se recomiendan para tirantes que van desde 1.0 hasta 3.5 m y capacidades hasta de 10,000 m3.Los tanques de concreto reforzado se recomiendan generalmente para tirantes entre 2.0 y 5.5 m.

Para capacidades que varían de 5 000 a 50,000 m3, se pueden construir tanques de concreto presforzado, con tirantes de 5.0 a 9.0 m. Este tipo de tanques puede ser la solución más adecuada por tiempo de construcción, ya que gran parte de sus elementos son prefabricados.

En cualquier caso, el tanque superficial debe quedar desplantado en su totalidad en terreno firme, evitando que alguna porción del mismo se apoye en rellenos.

En casos especiales puede desplantarse en terreno uniforme con una compactación adecuada.


Si el fondo del tanque se encuentra a un nivel más bajo que el alcantarillado, drenes, letrinas, depósitos de agua estancada u otra fuente de polución, el tanque debe alejarse de la misma 15.0 m como mínimo.

En general se deben programar las inversiones, considerando construir el tanque en varias cámaras o módulos, dejando las preparaciones de fontanería y el área de terreno suficiente para construir estas cámaras.

Para evitar el deterioro de la calidad del agua se debe tomar en cuenta que el volumen almacenado no sea estanco y se dé movilidad a la misma.

El diseño de la fontanería se debe realizar procurando que el flujo del agua tenga el menor número de cambios de dirección, con un mínimo de piezas especiales, pero cubriendo todas las posibilidades de operación.

En la entrada, el diámetro de la tubería corresponde al de la conducción. La descarga puede ubicarse por encima del espejo de agua, por un lado del tanque o por el fondo.

Se debe analizar el conjunto línea de conducción-tanque de almacenamiento, considerando los fenómenos transitorios, la topografía y los aspectos estructurales, para definir la ubicación de la entrada. En el diseño se debe asegurar que con cualquier falla de la línea de conducción el tanque funcione adecuadamente, evitando que se vacíe por la línea. Con estos accesorios se permitirá realizar trabajos de mantenimiento en la conducción.

En cualquier caso se debe llevar a cabo una revisión, para tener en cuenta la necesidad de proteger la losa de fondo, del efecto por el impacto de la caída o velocidades altas del flujo de entrada para niveles mínimos en el tanque.

En tanques presforzados, la entrada debe localizarse en el fondo del mismo.

El diseño de la fontanería de entrada y salida debe prever todas las etapas de proyecto de esas instalaciones.

En la salida, la tubería puede quedar alojada en una de las paredes del tanque o en la losa de fondo. En tanques que tienen una superficie proporcionalmente grande o tuberías de gran diámetro, es conveniente que la salida quede ubicada en el fondo, ya que para niveles bajos, el volumen almacenado puede aprovecharse en forma más eficiente que en una salida lateral. En especial para tanques de concreto presforzado es conveniente que la salida quede ubicada en la losa de fondo.

Por lo que se refiere a la macromedición, los medidores de gasto se instalarán preferentemente en la salida.


Para dar mantenimiento o hacer alguna reparación a los tanques de regulación, se debe considerar un paso lateral (by pass), entre las tuberías de entrada y salida, con sus correspondientes válvulas de seccionamiento, siempre y cuando no se pueda aislar modularmente un tanque que cuente con cámaras.Se debe analizar la necesidad de diseñar una caja rompedora de presión o caja de transición, dentro de las instalaciones del paso lateral (by pass), en función de las características de la conducción, con la finalidad de mantener la presión adecuada a la salida.

La caja rompedora debe contar con una obra de excedencias y válvulas para controlar el flujo de entrada.

Generalmente en caso de una: fuga o reparación, los tanques se vacían a través de las líneas de salida que son las tuberías de mayor diámetro. El volumen remanente se extrae a través del desagüe de fondo, dimensionado en función del tiempo requerido para vaciar el tanque, se recomienda de 2 a 4 hrs, aunque se puede variar este lapso en función de las condiciones particulares de cada caso.

El vertedor de demasías es, en general, una tubería que se instala verticalmente en el interior del depósito, adosada a las paredes del mismo. Con el propósito de impedir la entrada de roedores y animales el tubo vertedor debe estar preparado, en su parte inferior, con una trampa hidráulica que además proporciona un colchón amortiguador para efecto de caída del flujo de excedencias.

Para la determinación del diámetro del orificio con descarga al tubo de demasías, se utiliza la siguiente fórmula:

Q = CA 2g H

Dónde:

Q: Gasto de la conducción, en m3/s.C: Coeficiente de descarga = 0.6, para orificios circulares con aristas vivas.A: Área de la tubería de demasías, en m2.h: Carga sobre el orificio, en m. Su valor puede variar de 8 a 12 cm, de acuerdo con la situación de las ventilas y el valor del bordo libre.g: Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).

Dependiendo de las características geotécnicas del sitio donde se desplante el tanque, se define la necesidad de diseñar un drenaje de fondo, que puede ser a base de filtros corridos o de una red de drenes.

Adicionalmente se debe analizar el drenaje pluvial de la zona de influencia del tanque, definiendo las obras necesarias para su desalojo.

Es recomendable que la fontanería de entrada y salida de tanques de regulación quede alojada en una sola trinchera, salvo limitaciones de espacio o topográficas.


Esta trinchera tendrá la suficiente profundidad para que las líneas de entrada y salida al tanque queden totalmente visibles, sobre apoyos de concreto o metálicos. Sus dimensiones deben ser tales que permitan la instalación, operación y mantenimiento del equipamiento alojado en ella y su ampliación a futuro si es el caso.

Es conveniente unir la descarga de demasías, desagüe de fondo, drenaje pluvial y drenaje de la trinchera, con la finalidad de proyectar una sola descarga general a las instalaciones de alcantarillado cercanas, revisando previamente su capacidad hidráulica, o bien, descargar en un sitio conveniente para su incorporación a alguna corriente natural.

La ventilación de los tanques se proporciona con tubos verticales u horizontales, provistos de codos, que atraviesan el techo o la pared, y terminan con un tubo colador o malla.

El registro de acceso debe sobresalir cuando menos 10 cm por encima del techo, se construirá con una cubierta impermeable que sobresalga alrededor del mismo, considerando un dispositivo de cierre.

Deben colocarse escaleras de acceso para la inspección, limpieza o para efectuar reparaciones en los tanques.

2.3.2. Tanques semienterrados

Los tanques semienterrados tienen parte de su estructura bajo el nivel del terreno y parte sobre el nivel del terreno. Se emplean generalmente cuando la altura topográfica respecto al punto de alimentación es suficiente y el terreno presenta dificultad de excavación.

Permite un fácil acceso a las instalaciones del propio tanque.

2.3.3. Tanques elevados

Se utilizan en localidades con topografía plana, donde no se dispone en su proximidad de elevaciones naturales con altimetría apropiada, considerando su localización de acuerdo con la operación del sistema, para que proporcione las presiones requeridas en la red de distribución. Se pueden construir de concreto y metálicos, en torres de 10, 15 y 20 m y con capacidades desde 10 hasta 1000 m3, para zonas rurales se recomiendan tanques con una capacidad mínima del 0 m3.

La determinación de la capacidad de un tanque elevado se efectúa, como se mencionó para los tanques superficiales, en función del gasto máximo diario. En ocasiones puede justificarse construir tanques de menor capacidad (previo análisis técnico-económico), difiriendo la inversión a lo largo del periodo de diseño.


En la tubería de entrada se debe considerar la instalación de una válvula de seccionamiento que permita acciones de mantenimiento y una válvula de flotador o de altitud, localizando su entrada al tanque por la parte superior.

La tubería de salida siempre debe instalarse en la parte inferior del depósito y deben diseñarse las piezas especiales y válvulas de seccionamiento necesarias para que sea posible efectuar la limpieza del depósito.

En climas fríos debe preverse una adecuada protección para evitar el congelamiento del agua en la tubería.

Debe asegurarse que en los tanques elevados no se tengan demasías, dado que representa un desperdicio inadmisible, se evita por medio de válvulas de flotador, electroniveles o de preferencia con válvulas de altitud, sin embargo, como un requisito de seguridad es conveniente instalar un vertedor de demasías que esté constituido por tubería situada en el interior del depósito la que sé continua en la torre unida a una de las columnas. Su diámetro se determina con la fórmula indicada para los tanques superficiales.

La ventilación de los tanques se proporciona con tubos verticales, provistos de codos, que atraviesan el techo, y terminan con un tubo colador o malla.

El registro de acceso debe sobresalir cuando menos 10 cm por encima del techo, para que no penetren las aguas pluviales, se construirá con una cubierta impermeable que sobresalga alrededor del mismo, considerando un dispositivo de cierre.

Deben colocarse escaleras de acceso tipo "marino" para la inspección, limpieza o para efectuar reparaciones.

2.4. MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOS TANQUES.

Los materiales que se utilizan con más frecuencia en la construcción de los tanques de regulación son: mampostería de piedra braza, concreto reforzado, concreto presforzado y acero.Los materiales usados para la construcción de los tanques deberán cumplir con lo mencionado en la última revisión de 1996, de las normas de la Dirección General de Normas de la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial (Norma Oficial Mexicana, NOM) y (Norma Mexicana, NMX) y/o las de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials, ASTM); en la obra se deberán efectuar las pruebas de los materiales utilizados, para garantizar que cumplan con la calidad especificada en el proyecto.

2.4.1. Mampostería.


Se refiere a la mampostería de piedra braza (del tipo conocido como de tercera), que está formada con piedras naturales sin labrar, ligadas con mortero cemento-arena.

2.4.2. Concreto.

El concreto es un material compuesto, que consiste esencialmente de un medio aglutinante en el que se encuentran partículas o fragmentos de agregado. En el concreto hidráulico, el aglutinante es una mezcla de cemento Portland y agua. Resistencia a la compresión: los concretos clase 1 tendrán una resistencia especificada, f’c, igual o mayor que 250 kg/cm2. Módulo de elasticidad: para concretos clase 1 se supondrá igual a:

Ec=14,000 √ f ´ c

2.4.2.1. Cemento.

Dependiendo de la obra por construir, deberá elegirse entre los diferentes tipos de cemento portland según sea el caso:

Tipo I, para utilizarse cuando no se requieran propiedades especiales.Tipo II para uso general, cuando se requiera una resistencia moderada a los sulfatos o un moderado calor de hidratación. Este cemento tiene uso generalizado en las estructuras que conforman las plantas de tratamiento de aguas residuales.Tipo III, cemento de alta resistencia rápida.Tipo IV, cuando se requiera una alta resistencia a los sulfatos, que cumpla con la norma NMX C 1-80 O ASTM C 150-91.

2.4.2.2. Agregados.

Es todo material granular, tal como la arena, grava o piedra triturada, empleado con algún medio cementante, para producir ya sea un concreto o un mortero.

Los agregados para el concreto, deberán cumplir con las especificaciones NMX C30-1986, NMX C 111-1988 y/o ASTM C 33-90.

En general, los agregados también deberán cumplir con la sección 1.4 del informe del Comité ACI 301 (Especificaciones para el Concreto Estructural para Edificios). Se puede obtener una mayor información en relación a los agregados en la Guía para la Utilización de Agregados de Peso Normal en el Concreto (ACI 221 R).

2.4.2.3. Agua.


El agua empleada en el mezclado del concreto deberá ser limpia y estar libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, sales, material orgánico y otras sustancias que puedan ser nocivas al concreto o al acero de refuerzo, y deberá cumplir con la norma NMX C 283-1981.

2.4.2.4. Aditivos.

Se define como aditivo a aquel material que no sea agua, agregados o cemento hidráulico, que se utiliza como ingrediente del concreto el cual se agrega inmediatamente antes o durante el mezclado para modificar las propiedades del concreto en forma tal, que lo hagan más manejable, más económico o para otros propósitos, en beneficio de la calidad y la trabajabilidad del concreto (ASTM C 49492).

2.4.3. Aceros de refuerzo.

La mayoría de los miembros de concreto se refuerzan con acero, en forma de varillas, malla de alambre o torones. El acero de refuerzo le imparte gran resistencia y tenacidad al concreto.

Los tipos más comunes de refuerzo para miembros no presforzados son barras corrugadas laminadas en caliente y malla de alambre.

Para refuerzo del concreto deberán usarse varillas corrugadas de acero que cumplan con las normas NMX B 6, B 18, B 32 y B 294 y/o ASTM A 615, A 616, A 617 y A706.También podrá utilizarse como refuerzo, la malla de acero electrosoldada que cumpla con las especificaciones ASTM A 497.

2.4.4. Acero estructural.

Es el material estructural más usado para construcción de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1% y otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, así como fósforo, azufre, sílice y vanadio, para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión, y el costo razonable.

El acero estructural que se utilice en los tanques, sus aditamentos o partes de ellos, cumplirá con las especificaciones ASTM A 36.

2.4.5. Materiales para sello de juntas.


Los materiales para rellenar las juntas en los tanques de regulación de concreto, deberán reunir los siguientes requisitos:

a. Hermetismo al paso del agua.b. Compresibilidad.c. Evitar que se expandan al contacto con el agua.

2.5. LOCALIZACIÓN DE LOS TANQUES.

La selección del sitio más adecuado para ubicar un tanque de regulación se obtiene tras la consideración de un conjunto de factores que muy a menudo son contrapuestos entre sí, lo que exige un esfuerzo por parte del proyectista para conciliar los detalles contrapuestos del proyecto. Estos factores son, entre otros, los siguientes:

Es preferible que la alimentación del tanque se efectúe por gravedad, dada su mayor economía, esta condición puede cumplirse sólo en ocasiones y en terrenos accidentados, pues en terrenos planos es necesario recurrir al bombeo.

La alimentación de los tanques a la red de distribución se debe efectuar por gravedad, por lo que el tanque debe tener la suficiente altura para asegurar en cualquier instante y en todos los puntos de la red una presión suficiente. Es conveniente elevar el tanque algunos centímetros (según proyecto) sobre la cota estrictamente necesaria, para prever tanto incrementos de consumo como disminución del diámetro, por incrustación de las tuberías.

La evaluación del impacto ambiental que originará el proyecto.

La Norma Oficial Mexicana NOM-007-CNA-1997 denominada "Sector Agua Requisitos de seguridad para la construcción y operación de tanques"; establece los requisitos de seguridad que deben cumplir los tanques con capacidad de 3 000 m3 o mayores.

Entre otros puntos, en esta norma se establece que en el lugar donde se localizará el tanque se debe determinar la zona de afectación por el súbito vertido de agua, en el caso de una posible falla total o parcial del tanque. Evaluando daños a zonas urbanas, industriales, vías de comunicación y al ambiente.

Asimismo, se especifica que el tanque debe estar constituido por varias celdas independientes, esta acción es tendiente a reducir los riesgos por falla del tanque y para facilitar las maniobras de mantenimiento.


Para su construcción, en ningún caso es aceptable la utilización de proyectos tipo o adecuaciones de éstos.

Por otro lado, la norma establece que los tanques deben ser provistos de un muro perimetral adicional para contener el agua vertida en caso de una falla del tanque.

2.5.1. DATOS TOPOGRÁFICOS

Al elegir el sitio donde debe ubicarse un tanque es conveniente considerar que la red de distribución sea lo más económica posible y la máxima uniformidad de presiones en toda la zona abastecida, lo que se conseguirá si se sitúa el tanque en el baricentro (centroide) de la misma. En el caso de que las condiciones locales impidan que se cumpla este requisito, se seleccionará la elevación del terreno más próxima a dicho punto de los que rodean la población.

En los tanques alimentadores se debe señalar para su operación un límite mínimo y otro máximo, en función de las presiones.

El límite mínimo se fija considerando que con diámetros pequeños de tubería a emplear en la red se consignan cargas mínimas en la población del orden de 0.1 Mpa* (10 m.c.a.), según sea el tipo de las construcciones.

Cuando se tengan desniveles mayores a 50 m.c.a., es conveniente ubicar varios tanques, para servir zonas determinadas, los cuales se interconectan entre sí, ya sea por gravedad si así es el abastecimiento, o por tuberías de impulsión si el desnivel no lo permite. Otra posibilidad es la colocación de válvulas reductoras de presión para servir por zonas, aunque no es aconsejable dentro de la red, pero sí, si son redes independientes sobre la misma conducción general.

2.6. CAPACIDAD DE RESERVA.

En los sistemas de agua potable para comunidades rurales, pequeñas y medianas, los tanques se diseñan exclusivamente para regular, salvo en casos excepcionales.

En sistemas grandes o con importante actividad industrial, comercial o turística, se debe analizar la capacidad adicional de los tanques tomando en cuenta los requerimientos para atender imprevistos como son, demandas contra incendio, falla de energía eléctrica (en sistemas de bombeo) y fallas en las líneas de conducción.

El análisis anterior debe realizarse para cada caso en particular, considerando las necesidades y experiencia del cuerpo de bomberos, además de investigar la


vulnerabilidad de las líneas de transmisión eléctrica y la frecuencia en los cortes del suministro de energía.

Para el caso de localidades turísticas se debe considerar la población flotante para dimensionar el volumen de reserva que se requerirá en las temporadas de máxima demanda.

Es importante tener en cuenta que la capacidad de reserva sólo funcionará como tal cuando se cuente con un sistema de agua potable que satisfaga plenamente las demandas de la población, en caso contrario, el sobredimensionamiento de la capacidad de almacenamiento, en localidades que no cumplen con la condición anterior, no representa beneficio alguno ya que la demanda de la localidad no permite en ningún caso utilizar el volumen de reserva. Por esta razón, la programación de estas obras se llevará a cabo una vez cubierto el déficit de las fuentes de abastecimiento y el de infraestructura hidráulica, además de considerar la factibilidad económica y financiera y la disponibilidad de recursos económicos para su ejecución.

En este análisis se debe considerar que la capacidad de regulación de proyecto será aprovechada en su totalidad a partir de que se presente la población calculada como futura. Mientras esto sucede, se contará con una capacidad adicional que puede funcionar como de reserva para los casos mencionados.

De experiencias en otros países, se recomienda un incremento del 10 % de la capacidad de regulación para demanda contra incendio en comunidades grandes, y un incremento del 25 %, como máximo, para condiciones de emergencia y de acuerdo con los resultados del análisis que se realice. En cualquier caso, el incremento de la capacidad del tanque no debe exceder de un 25 %.


3.PLANOS CONSTRUCTIVOS TIPOS.3.1. CAPACIDAD DE LOS TANQUES DE REGULACIÓN.

La capacidad de los tanques de regulación queda definida por las necesidades de consumo de las localidades por servir. En localidades urbanas grandes y principalmente las ciudades de gran importancia comercial, industrial y turística, se deberá hacer un estudio adecuado que tome en cuenta, además de la capacidad de regulación, un volumen de reserva para cubrir demandas contra incendio, interrupciones frecuentes de energía eléctrica o demandas extraordinarias que se presenten durante la época de máxima concentración de población flotante.

3.1.1. COEFICIENTE DE REGULACIÓN.

La capacidad del tanque está en función del gasto máximo diario y la ley de demandas de la localidad, calculándose ya sea por métodos analíticos o gráficos.El coeficiente de regulación está en función del tiempo (número de horas por día) de alimentación de las fuentes de abastecimiento al tanque, requiriéndose almacenar el agua en las horas de baja demanda, para distribuirla en las de alta demanda.

La Comisión Nacional del Agua y el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua analizaron demandas para diferentes ciudades del país. Asimismo, el Banco Nacional Hipotecario Urbano y de Obras Públicas, actualmente Banco Nacional deObras y Servicios Públicos (BANOBRAS), elaboró un estudio en la Ciudad de México.

Con la información obtenida, se realizó el cálculo para determinar los coeficientes de regulación, en donde se consideró abastecimiento durante las 24 horas del día, en dichos estudios se varió el tiempo de abastecimiento, analizando 20 y 16 horas por día. Tomando en cuenta la variación horaria de la demanda, resulta que los más convenientes para estos casos de bombeo son:

Para 20 horas de bombeo: de las 4 a las 24 horas.Para 16 horas de bombeo: de las 5 a las 21 horas.

Cuando se modifican los horarios de bombeo a un periodo menor de 24 horas/día, se debe cambiar el gasto de diseño de la fuente de abastecimiento y conducción incrementándolo proporcionalmente a la reducción del tiempo de bombeo; el gasto de diseño se obtiene con la expresión:


Dónde:Qd: es el gasto de diseño, en L/s.Qmd: es el gasto máximo diario, en L/s.tb: es el tiempo de bombeo, en horas/día.

Para cualquier alternativa de reducción del tiempo de bombeo, se debe considerar que habrá un incremento en los costos de la infraestructura de la conducción y fuente de abastecimiento, y esta última deberá satisfacer el incremento de gasto.

Para el cálculo de los coeficientes de regulación se recomienda utilizar el siguiente método:El cálculo de los coeficientes de regulación, se basa en el método de porcentajes de gastos horarios respecto del gasto medio diario.

El procedimiento de cálculo se presenta a continuación:

1 2 3 4 5Horas Entrada %

Q. BombeoSalida %Q. Salida

DiferenciaEnt-Sal

Diferenciaacumulada

a) En la columna 1 se enlista el tiempo en horas.b) En la columna 2 se anota la ley de entrada (está en función del volumen de

agua que se deposita en los tanques en la unidad de tiempo considerada, por él o los diferentes conductos de entrada).

Se pueden considerar diferentes intervalos de bombeo dependiendo del gasto medio de producción de las diferentes fuentes de captación.

c) En la columna 3 se anota la ley de salida en forma similar a la anterior (porcentajes de gastos horarios respecto del gasto medio horario).

d) En la columna 4 se anota la diferencia algebraica entre la entrada y la salida.

e) Finalmente en la columna 5 se anotan las diferencias acumuladas resultantes de la suma algebraica de las diferencias de la columna 4.

De los valores de la columna de diferencias acumuladas, se deduce el máximo porcentaje excedente y el máximo porcentaje faltante, por lo que:

Dónde:


R: es el coeficiente de regulación.Máx. % Excedente: es el valor máximo positivo de las diferencias acumuladas.Máx. % Faltante: es el valor máximo negativo de las diferencias acumuladas.

3.1.2. DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE DE REGULACIÓN.

Para determinar la capacidad del tanque de regulación se utiliza la siguiente ecuación, más el volumen considerado para situaciones de emergencia.

Dónde:C: es la capacidad del tanque, en m3.

R: es el coeficiente de regulación.Qmd: es el gasto máximo diario, en I/s.

3.1.3. ALTERNATIVAS DE DIMENSIONAMIENTO.

Cuando no se conozca la ley de demandas de una localidad en particular, se recomienda aplicar los siguientes valores (ver Tabla 1.3).

De la misma manera, en la Tabla 1.4 se muestran los valores de coeficientes de regulación para la Ciudad de México, para diferentes tiempos de bombeo.

Tabla 1.3 Coeficientes de regulaciónTIEMPO DE SUMINISTRO AL TANQUE (hr)

COEFICIENTE DEREGULACIÓN

24 11.020 (De las 4 a las 24 horas) 9.016 (De las 5 a las 21 horas) 1.9.0

Tabla 1.4 Coeficientes de regulación para la Ciudad de MéxicoTIEMPO DE SUMINISTRO AL TANQUE (hr)

COEFICIENTE DEREGULACIÓN

24 14. 320 (De las 4 a las 24 horas) 9.616 (De las 5 a las 21 horas) 17.3

Es importante tomar en consideración para el cálculo de la capacidad de los tanques, el número de horas de alimentación o bombeo, así como su horario, el cual estará en función de las políticas de operación y los costos de energía eléctrica, los cuales son mayores en las horas de máxima demanda (horas pico).


3.2. ACCESORIOS DE LOS TANQUES

Para el diseño hidráulico de los accesorios de los tanques como la entrada, la salida a la red, desagüe y vertedor de demasías, se recomienda lo siguiente:

3.2.1. TANQUES SUPERFICIALES.

El arreglo típico general se muestra en la siguiente Figura.

Figura 1.3 Tanque superficial. Arreglo general de fontanería.

Figura 1.4 Tanque superficial. Fontanería de llegada.

3.2.1.1. Entrada.

El diámetro de la tubería de entrada corresponde en general al de la conducción. La descarga podrá ser por encima del espejo de agua (para tirantes pequeños), por un lado del tanque o por el fondo (para tirantes grandes). En cualquier caso el proyectista debe tener especial cuidado en revisar y tomar las providencias necesarias para protección de la losa de fondo por efecto del impacto de la caída


o velocidades altas de flujo de entrada para niveles mínimos en el tanque.

Es conveniente analizar la colocación de una válvula de control de niveles máximos, en la tubería de entrada al tanque, que puede ser de tipo flotador o de altitud.

El gasto de diseño para la fontanería de entrada debe ser el gasto máximo diario, el máximo que proporcione la fuente de abastecimiento o el que indique la planeación general de las obras.

Dependiendo del arreglo funcional del tanque existen varias opciones para la llegada al tanque superficial:

a) Por la parte superior.- Este arreglo se presenta en la figura 1.4, que indica su llegada con válvula de flotador, pero en algunos casos se utiliza únicamente la tubería (cuello de ganso).

b) Por la parte inferior.- Este diseño se utiliza por lo general cuando es la misma línea tanto de llegada como de distribución, pero también se puede utilizar como llegada únicamente.

3.2.1.2. Salida.

La tubería de salida se puede alojar en una de las paredes del tanque o en la losa de fondo. En tanques que tienen una superficie suficientemente grande o tuberías de salida de gran diámetro, resulta más conveniente que ésta quede ubicada en el fondo del tanque, ya que para niveles bajos en el tanque, el gasto de extracción puede manejarse en forma más eficiente que en una salida lateral. (Ver figura 1.5).

Tabla. Fontanería de salida de tanque Lista de materiales.


Figura 1.5 Tanque superficial.-Fontanería salida de tanque.

Para dar mantenimiento o hacer alguna reparación a los tanques de regulación, es indispensable dotar a estas estructuras de un by-pass, entre las tuberías de entrada y salida, con sus correspondientes válvulas de seccionamiento.

Los medidores de gasto se instalarán preferentemente en las líneas de salida o en la línea de entrada. Deberá ponerse especial cuidado en las recomendaciones de los fabricantes, respecto a las distancias aguas arriba y aguas abajo de los medidores, en que no haya interferencia o cambios de dirección de flujo.

El gasto de diseño de las tuberías de salida, será el gasto máximo horario, o el que se indique en la planeación general de las obras.

3.2.1.3. Cajas rompedoras de presión.

Dentro de las instalaciones del by-pass y cuando la alimentación al tanque sea por gravedad, se instalará una caja rompedora de presión, con el objeto de mantener la presión estática en las líneas de salida, a la misma cota que la generada con los niveles dentro del tanque.

Esta caja puede eliminarse, si al revisar las condiciones de las tuberías de salida y redes de distribución abastecidas por el tanque, se determina que éstas pueden absorber el incremento de presión estática.

La caja rompedora debe incluir una obra de excedencias y de válvulas para controlar el flujo de entrada. Se recomienda instalar por lo menos una válvula de mariposa en la línea de entrada a la caja.

3.2.1.4. Desagüe de fondo.

En caso de una fuga o reparación, los tanques se vaciarán a través de las líneas de salida que son las tuberías de mayor diámetro. El volumen último remanente,


se extraerá en función del tiempo requerido para la reparación del tanque. Generalmente se puede adoptar un tiempo de 2 a 4 horas para el vaciado de este remanente, aunque se puede variar este lapso en función de las condiciones particulares de cada caso (ver Figura 1.6).

Tabla. Fontanería de desagüe de fondo Lista de materiales.

Figura 1.6 Tanque superficial. Fontanería de desagüe de fondo.

3.2.1.5. Tubería de demasías.

La tubería de demasías se instala principalmente en forma vertical en el interior del depósito y adosada a las paredes del mismo. Con el propósito de impedir la entrada de roedores y animales en general. El tubo vertedor estará dotado en su parte inferior de una trampa hidráulica, que además proporciona un colchón amortiguador para efectos del impacto de caída del flujo de excedencias. En algunos casos se proyecta la instalación con salida horizontal y bajada a 60 grados (ver Figura 1.7).


Tabla. Fontanería de demasías Lista de materiales.

Figura 1.7 Tanque superficial. Fontanería de demasías.

Es conveniente unir las líneas de descarga de excedencias, desagüe de fondo y aguas pluviales, para tener una descarga general.


3.2.2. TANQUES ELEVADOS.

El arreglo general típico se muestra en las siguientes Figuras.

Figura 1.8 Tanque elevado. Arreglo general de fontanería.

Figura 1.9 Tanque elevado. Vista en planta


Para el diseño de la entrada, salida, desagüe y demasías, se tomarán en cuenta las siguientes recomendaciones:

3.2.2.1. Entrada y salida.

Generalmente para tanques elevados (de concreto y metálicos) se utiliza para las funciones de llenado y vaciado la misma tubería, su diámetro de preferencia debe ser el de alimentación a la red. Dicho conducto se aprovecha también para efectuar la limpieza del depósito, utilizando las piezas especiales y válvulas de seccionamiento (ver Figura 1.10).

Figura 1.10 Tanque elevado. Arreglo de fontanería entrada-salida

Para facilidad de operación y mantenimiento, se recomienda que las fontanerías de entrada y salida queden alojadas en "trincheras".

La entrada en este tipo de tanque puede tener varios arreglos, en los que destacan:

a) Llegada y salida por la misma tubería.- Este tipo de arreglos representa un ahorro en tubería, la llegada es por la parte inferior del tanque, al mismo tiempo sirve como un amortiguador cuando se presenta una sobre presión (golpe de ariete), en caso de control se utilizarían electroniveles.

b) Llegada y salida por tuberías independientes.- En este arreglo se utiliza más tubería por tener líneas independientes, este tipo de arreglo, se utiliza para tener carga constante en la distribución y su control se puede hacer tanto con electroniveles, como por válvulas de flotador.

3.2.2.2. Tubería de demasías.


Deberá asegurarse que no se tengan demasías, dado que representaría un desperdicio de agua cuyo bombeo representa un costo de operación; esto se logra evitar por medio de válvulas de flotador, electroniveles o de preferencia con válvulas de altitud, como un requisito de seguridad, es conveniente instalar un vertedor de demasías, constituido por una tubería situada en el interior del depósito la que puede colocarse unida a una de las columnas de la torre del tanque.

La ventilación a los tanques se proporciona por medio de tubos verticales u horizontales, que atraviesan el techo o la pared; o por medio de aberturas con rejillas de acero instaladas en la periferia del tanque.

Para la limpieza del tanque se recomienda colocar un tubo de desagüe en el fondo, esta tubería no debe conectarse al alcantarillado, sino que debe descargar libremente en un recipiente abierto desde una altura no menor de dos diámetros del tubo sobre la corona del recipiente y de ahí por gravedad descargar a un depósito.

REFERENCIAS:

Archivos pdf:


CNA, Datos Básicos, Manual de Diseño de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento, Gerencia de Normas Técnicas, México, 1994.

CNA, Norma Oficial Mexicana NOM-007-CNA-1997 "Sector Agua – Requisitos de seguridad para la construcción y operación de tanques", México, 1997.

UNAM, Abastecimiento de Agua Potable, Facultad de Ingeniería, División de Ingeniería Civil, Topografía y Geodésica, Departamento de Ingeniería Sanitaria, México, 1991.

Recomendaciones sobre depósitos de agua, Asociación Española de Abastecimientos de Agua y Saneamiento, España, 1990.

Páginas de Internet:

http://cdigital.dgb.uanl.mx/la/1020082534/1020082534_011.pdf

ftp://ftp.conagua.gob.mx/Mapas/libros%20pdf%202007/Dise%F1o,Construccion

%20y%20Operacion%20de%20Tanques%20de%20Regulacion%20.pdf

http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS

%20TECNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/FICHA

%20TECNICA_TANQUES%20DE%20AMORTIGUAMIENTO.pdf




http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20TECNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/FICHA%20TECNICA_TANQUES%20DE%20AMORTIGUAMIENTO.pdf



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ftp://ftp.conagua.gob.mx/Mapas/libros%20pdf%202007/Dise%F1o,Construccion%20y%20Operacion%20de%20Tanques%20de%20Regulacion%20.pdf


DISEÑO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

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