Diseño del sistema de distribución de agua  

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07/02/2023
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El diseño de un sistema de distribución de agua es un plan para construir y explotar un sistema de distribución de agua que suministre agua potable a una comunidad. En el diseño se incluye la disposición de tuberías, bombas y otras infraestructuras necesarias para transportar el agua desde una fuente, como una planta de tratamiento, hasta los clientes finales.

El diseño incluye factores clave como la estimación de la demanda de agua, la selección de tuberías y materiales adecuados y la construcción de sistemas de bombeo y almacenamiento. El diseño también contiene disposiciones para futuras ampliaciones y mejoras del sistema.

Además, el agua se utiliza en la mayoría de las actividades cotidianas, como lavar, cocinar, beber, trabajar en el jardín, bañarse y otras operaciones comerciales. Las tuberías y otros componentes del suministro de agua están ocultos bajo las calles. El trazado de las tuberías es comparable al trazado vial del sistema de distribución, lo que ayuda a cubrir la mayor parte de la región.

En este artículo se tratarán las características esenciales del diseño de sistemas de distribución de agua, como los tipos de sistemas, las técnicas, los equipos utilizados y los problemas de diseño. Este artículo también examinará los procedimientos reglamentarios y las aprobaciones que deben obtenerse antes de construir un sistema.

Podemos apreciar mejor el esfuerzo y los conocimientos necesarios para suministrar agua limpia y segura a las comunidades si comprendemos los numerosos componentes y factores que intervienen en el diseño de los sistemas de distribución de agua.

Tipos de los sistemas de distribución de agua

A continuación se describen los cuatro tipos principales de sistemas de distribución de agua:

Sistema de callejón sin salida

El nombre "sistema sin salida" hace referencia al hecho de que está formado por puntos muertos en el sistema de tuberías. Como resultado, el agua no fluye continuamente a través del sistema cerrado. En este enfoque, toda la red de tuberías se divide en varias subredes. 

La línea principal, las líneas secundarias, los ramales y las conexiones de servicio son ejemplos de ello. En primer lugar, se construye una línea importante a través del corazón de la ciudad o región. 

A ambos lados de la línea principal se crean subcolectores que luego se dividen en ramales a partir de los cuales se realizan las conexiones de servicio. Se instala una válvula de cierre al principio de cada línea secundaria para regular el caudal en caso de mantenimiento, etc. 

Este diagrama de red se parecerá a un árbol en general; de ahí que también se conozca como sistema arbóreo. Este tipo de sistema se utiliza habitualmente en ciudades históricas que se construyeron sin una buena planificación. En la actualidad, este sistema es insatisfactorio.

Ventajas 

  • Este sistema es rentable.
  • El tendido de tuberías no requiere el uso de mano de obra experta.
  • Como hay menos válvulas, determinar la cantidad de descarga y presión es sencillo.

Desventajas

  • En las zonas rurales, la presión es errática y muy baja.
  • Los callejones sin salida provocan el estancamiento del agua, lo que conduce a la acumulación de sedimentos. Deben colocarse más válvulas de fondo en los callejones sin salida para eliminar estos sedimentos, lo que aumenta la eficacia.
  • Si se produce algún desperfecto en el ramal, deberá detenerse todo el tramo para que pueda ser reparado y no se causen molestias a los demás usuarios de esa línea secundaria.
  • En esta disposición, se dispone de una descarga limitada para la lucha contra incendios.

Sistema radial

El terreno se divide en zonas mediante un método radial. La tubería primaria de suministro de agua se conecta al depósito de distribución o tanque de almacenamiento, que está situado en el centro. Luego, desde el depósito de distribución hasta las casas, las tuberías de suministro se tienden radialmente. 

Ventajas

  • Esta tecnología de distribución de agua es ideal para proyectos de gran altura.
  • Los cortes de suministro de agua son poco frecuentes durante las operaciones de mantenimiento o reparación.
  • El sistema radial suministra agua a un caudal elevado con menos pérdidas de carga.
  • Este sistema ofrece un servicio rápido.

Desventajas

  • El proyecto es más caro debido al creciente número de embalses de distribución individuales.

Sistema de distribución en anillo

En este sistema de distribución de agua, todo el sistema está rodeado por una tubería principal radial o rectangular, como se ilustra en la figura anterior. La tubería subprincipal cubre las partes más pequeñas. En caso de fallo del sistema, sólo se verá afectada una pequeña zona.

El agua puede suministrarse a la región situada frente a la zona dañada desde otros puntos del sistema. Para el sistema de distribución en anillo se requiere un número más significativo de válvulas. En esta configuración se puede acceder al agua desde dos direcciones.

Ventajas

  • En comparación con otros sistemas de distribución, la tasa de descarga es considerable.
  • Puede realizar tareas de mantenimiento y reparaciones sin interferir en el flujo de agua.
  • La pérdida de carga es modesta porque hay menos enlaces.
  • El estancamiento de agua es escaso o inexistente porque no hay extremos.

Desventajas

  • Se necesitan tuberías de mayor longitud y diámetro. Se necesitan más válvulas de cierre. En el tendido de tuberías es esencial contar con obreros cualificados.

Sistema Grid Iron

La tubería principal, la tubería submarina y las tuberías secundarias están interconectadas en un sistema de retícula. Los sistemas entrelazados y de reticulación son otros nombres que reciben los sistemas de suministro de agua en retícula.

Para mantener una presión de agua uniforme, la longitud total de la tubería debe ampliarse debido al mayor número de conexiones.

Un sistema de distribución de agua en rejilla es ideal para municipios modernos y bien planificados, ya que la tubería principal y los ramales son rectangulares.

Ventajas

  • El agua fluye continuamente por las tuberías gracias a la ausencia de puntos muertos.
  • Puede realizar tareas de mantenimiento y reparaciones sin interferir en el flujo de agua.
  • Este sistema de distribución de agua cumple la normativa de descarga de extinción de incendios.
  • La conexión de las tuberías reduce la pérdida de carga al mínimo.

Desventajas

  • Debido a la recirculación del flujo desde todas las direcciones, las tuberías utilizadas en este sistema deben tener grandes diámetros y mayores longitudes.
  • No podemos determinar la descarga, la velocidad o la presión de la tubería. En consecuencia, el diseño podría ser más sencillo.
  • Los obreros profesionales harán el tendido de tuberías, que será más caro.
  • Es necesario instalar más válvulas de cierre en este sistema.

Métodos del sistema de distribución de agua

Volantes industriales azules de válvula
Fuente: iStock

Para que un sistema de distribución funcione, los distintos lugares deben tener una presión de agua adecuada. El agua se bombea al sistema de distribución de las siguientes maneras, dependiendo de la elevación de la fuente, la topografía y otros factores locales:

Suministro por gravedad

En este método de distribución de agua, la gravedad transporta el agua desde su fuente hasta la zona de distribución. La fuente de agua, como un embalse o un lago, debe estar a mayor altitud que la zona de distribución para que esta técnica sea eficaz. 

Al no necesitar bombas, este método es eficiente desde el punto de vista energético y requiere poco mantenimiento. Además, el sistema no sufre fluctuaciones rápidas de presión, lo que lo convierte en un método de suministro de agua constante.

Suministro por bombeo

Las bombas bombean agua al sistema cuando la fuente de agua se encuentra a una elevación inferior a la de la zona de distribución. Este método es necesario cuando la fuente no puede mantener la presión mínima para que el sistema de distribución funcione correctamente. Este método puede ser más caro porque las bombas consumen electricidad y requieren un mantenimiento periódico.

Suministro combinado

Este método combina la gravedad y la fuerza de las bombas. Utiliza una combinación de bombas y depósitos de almacenamiento para distribuir el agua a la región de distribución. 

Este método puede emplearse cuando dos fuentes suministran agua, cuando se acopla al sistema un depósito de almacenamiento elevado o cuando la fuente está más baja que la zona de consumo. Este método proporciona un suministro de agua más constante y fiable, pero es más caro y requiere más mantenimiento.

Equipos utilizados en el sistema de distribución de agua

Infraestructura

Tuberías, bombas, contadores, tanques de almacenamiento, válvulas, depósitos, acoplamientos y otros componentes hidráulicos que conectan las instalaciones de tratamiento o el suministro de los pozos a los grifos de los consumidores son ejemplos de infraestructuras de sistemas de distribución. 

A continuación se exponen brevemente las características, los requisitos de mantenimiento habituales y las cualidades deseables de los componentes infraestructurales fundamentales de un sistema de distribución de agua potable.

Válvulas industriales

válvulas industriales utilizadas en el sistema de distribución de agua
Fuente:unsplash

Los dos tipos de válvulas que se utilizan habitualmente en un sistema de distribución de agua son las válvulas de aislamiento (también conocidas como válvulas de cierre o de parada) y las válvulas de control. Las válvulas de aislamiento (normalmente válvulas de compuerta o de mariposa) se utilizan para aislar secciones con fines de mantenimiento y reparación. Se colocan de forma que causen el menor trastorno posible a las zonas de servicio adyacentes.

Una de las responsabilidades más importantes de las empresas de servicios públicos es el mantenimiento de las válvulas. Muchas empresas tienen un programa regular de apertura y cierre de válvulas.

Cada válvula del sistema debe girarse al menos una vez al año. La aplicación de este programa garantiza que el agua pueda cortarse o desviarse según sea necesario, sobre todo en caso de emergencia, y que las válvulas no se cierren accidentalmente.

Las válvulas de control se utilizan para ajustar el caudal y la presión en un sistema de distribución. Suelen dimensionarse en función de los caudales máximo y mínimo previstos, los diferenciales de presión aguas arriba y aguas abajo y las velocidades de flujo.

Las válvulas de control incluyen válvulas reductoras, mantenedoras y limitadoras de presión, válvulas reguladoras de caudal, válvulas estranguladoras, válvulas de flotador y válvulas antirretorno. La mayoría de las válvulas industriales son de acero o hierro fundido, excepto las que se encuentran en las instalaciones de fontanería para permitir un cierre rápido en caso de reparación, que suelen ser de latón.

A diferencia de las tuberías de menor diámetro, las de transmisión están más separadas en el sistema de distribución. Las válvulas de purga y de liberación de aire/vacío para lavar las tuberías principales de agua y liberar el aire arrastrado también son componentes de un sistema de agua.

Tuberías

Las redes de tuberías utilizadas para transportar el agua desde la fuente (por ejemplo, una instalación de tratamiento) hasta el cliente se suelen clasificar como tuberías principales de transmisión o troncales, tuberías principales de distribución, líneas de servicio y tuberías de las instalaciones. Por lo general, las tuberías troncales transportan grandes cantidades de agua a través de largas distancias, desde una instalación de tratamiento de agua hasta un depósito de almacenamiento del sistema de distribución.

Las tuberías de transporte suelen tener un diámetro mayor que las de distribución, que suelen seguir las calles de la ciudad. Las tuberías de servicio transportan el agua desde la red de distribución hasta el edificio o propiedad abastecida.

Las líneas de servicio se dimensionan para mantener la presión de diseño de la empresa de suministro en la propiedad del cliente para los caudales previstos. Pueden ser de cualquier tamaño, dependiendo de la cantidad de agua necesaria para dar servicio a un cliente determinado. La fontanería de las instalaciones se refiere a la fontanería dentro de una instalación o casa que distribuye el agua al punto de uso. Los tamaños de las tuberías de fontanería de las instalaciones suelen ser razonablemente pequeños, lo que da lugar a una mayor relación superficie-volumen que las tuberías de los sistemas de distribución convencionales.

Los tres requisitos de una tubería son la capacidad de suministrar la cantidad adecuada de agua, la resistencia a todas las fuerzas externas e internas que actúan sobre ella, y la durabilidad y longevidad. El acero, la fundición dúctil, el hormigón pretensado, el cloruro de polivinilo (PVC) y el plástico reforzado son los materiales más utilizados en la actualidad para cumplir estos objetivos.

En particular, este estudio incluye las tuberías de servicio y las instalaciones de fontanería como parte del sistema de distribución e investiga los efectos de las tuberías de servicio y las instalaciones de fontanería en la calidad del agua potable. Si se tienen en cuenta las instalaciones de fontanería, la longitud total del sistema de distribución pasa de alrededor de un millón de millas a más de seis millones de millas.

La fontanería de la residencia y las tuberías de servicio tienen tiempos de residencia más largos, condiciones de flujo más bajas, más estancamiento y temperaturas más altas que el sistema de distribución principal. Debido a su propiedad fluctuante, que en última instancia determina quién es responsable de su mantenimiento, no es habitual incluir las tuberías y conductos de servicio de las viviendas en un sistema público de distribución de agua.

La mayoría de las empresas de agua potable y los organismos reguladores son responsables exclusivamente del agua suministrada hasta la acera, que a menudo es sólo una parte de la tubería de servicio. El propietario del edificio es totalmente responsable de la parte de la tubería de servicio que no esté bajo el control de la empresa de suministro y de todo el sistema de fontanería del lugar.

Configuraciones de red de tuberías

La mayoría de los sistemas de distribución de agua se dividen en ramales y rejillas/bucles. Un sistema ramificado es similar a la rama de un árbol en el sentido de que consta de pequeñas tuberías que se ramifican a partir de tuberías más grandes en la zona de servicio, lo que permite que el agua siga una sola ruta desde la fuente hasta el consumidor. Este tipo de tecnología se utiliza sobre todo en zonas rurales.

La configuración más frecuente en las grandes regiones municipales es un sistema en bucle/rejilla, que consiste en bucles de tuberías conectadas por toda la zona a abastecer. En este tipo de sistema, el agua puede seguir diversas vías para llegar al consumidor.

En caso de avería en una línea, los sistemas en bucle ofrecen un alto nivel de fiabilidad, ya que la avería puede aislarse y no repercutir en los usuarios más allá de la zona circundante. Los bucles también reducen algunos de los problemas asociados al estancamiento del agua, como las reacciones no deseadas con las paredes de las tuberías, y aumentan la capacidad de extinción de incendios.

Por otro lado, los bucles pueden convertirse en callejones sin salida, sobre todo en zonas suburbanas como los callejones sin salida, y causar problemas de calidad del agua. La inmensa mayoría de los sistemas tienen tramos en bucle y tramos ramificados.

Bombas

Las bombas proporcionan energía al agua para aumentar su altura o presión. Las bombas suelen ser de acero o hierro fundido. La mayoría de las bombas utilizadas en los sistemas de distribución son centrífugas, lo que significa que el agua entra en la bomba a través de una tubería de admisión y es expulsada hacia el exterior entre paletas y tuberías de salida. Uno de los gastos corrientes más caros de un suministro de agua es el coste de la electricidad para el bombeo.

¿Para qué están diseñadas las tuberías de distribución de agua?

Grifo azul para controlar el alcantarillado en el suelo
Fuente: iStock

Pueblo

Las tuberías de abastecimiento de agua y los sistemas de distribución de agua se diseñan para un proyecto de aldea y son esenciales para proporcionar a un asentamiento agua potable limpia y segura. Al diseñar las tuberías de abastecimiento de agua hay que tener en cuenta la ubicación, el tamaño de la población, las fuentes de agua accesibles y los posibles problemas de salud. En este artículo se describe cómo se diseñan las tuberías de distribución de agua.

En primer lugar, el diseño de las tuberías debe tener en cuenta la población del pueblo y la demanda prevista. Las tuberías de distribución de agua deben ser lo bastante grandes para satisfacer el caudal previsto sin ser excesivamente grandes o caras. En proveedor de válvulas industriales puede ayudarle a elegir las válvulas adecuadas para regular el caudal de agua por las tuberías. 

Deben realizarse cálculos para calcular el tamaño de las tuberías necesarias, teniendo en cuenta las variaciones estacionales previstas en el uso del agua y otros factores que puedan influir en la demanda total de agua.

En segundo lugar, hay que elegir materiales para las tuberías que puedan resistir diversas condiciones climáticas y, al mismo tiempo, sean resistentes a la corrosión. El cobre, el acero, la fundición dúctil, el hierro fundido, el polietileno y el PVC son materiales habituales en el diseño de tuberías de suministro de agua. Todos estos materiales se adaptan a diversos lugares con condiciones ambientales variables.

Por último, hay que tener en cuenta los distintos tipos de accesorios que se utilizan para conectar las tuberías y regular el flujo de agua a través de ellas. Los conectores de tuberías se presentan en varios estilos destinados a satisfacer múltiples requisitos en cuanto a presión nominal, durabilidad y rentabilidad.

Ciudad

Las tuberías de distribución de agua de abastecimiento urbano suministran agua potable limpia y segura a los sectores residencial y comercial. En las ciudades se utilizan diversos sistemas de suministro de agua, entre ellos:

El agua se transporta desde una fuente central a una serie de ramales sin salidas en un sistema con ramales sin salida. Esta estrategia suele utilizarse en zonas con baja densidad de población. El sistema de rejilla es similar al sistema sin salida, salvo que los ramales están organizados en una rejilla. Este enfoque se utiliza en zonas densamente pobladas.

En un sistema radial, el agua se transporta desde una fuente central a una red de ramales orientados radialmente. Este método se utiliza habitualmente en zonas muy pobladas y es bien conocido por su eficacia y durabilidad.

El sistema en anillo es un cruce entre el sistema radial y el de rejilla. El agua se suministra desde una fuente central a varios ramales estructurados en anillo, con un patrón de rejilla dentro del anillo. Este método se utiliza en zonas con alta densidad de población y proporciona un suministro de agua más constante y fiable en toda la región de distribución.

Diseñar un sistema de distribución de agua

Abrir o cerrar la válvula de la torre de refrigeración Válvula de mariposa al lado de la torre de refrigeración
Fuente: iStock

Los sistemas de distribución de agua figuran entre los tipos de infraestructuras más importantes. El sitio Diseño de la distribución de aguaes suministrar agua a todos los consumidores. 

Debe suministrarse una cantidad suficiente de agua a una presión adecuada. Otras consideraciones para el diseño, la construcción y el mantenimiento de los sistemas de suministro de agua son la preservación del medio ambiente, la conservación de los recursos naturales y la rentabilidad del sistema.

Sistemas de distribución de agua por gravedad y presión

Los sistemas de distribución de agua se clasifican en dos tipos en función de su funcionamiento: por gravedad y a presión.

Si la geografía lo permite, el agua se distribuye desde un depósito a una altura suficiente hasta la región de distribución en un sistema de gravedad.

Las bombas que generan la presión de agua adecuada ayudan en el trazado de la distribución de agua. Un sistema de distribución de agua suele constar de componentes de gravedad y de presión. Los sistemas de gravedad son más rentables en términos de mantenimiento.

Topología de la red de distribución de agua

En la estructura del sistema de distribución de agua distinguimos entre redes ramificadas y anulares. La red ramificada distribuye agua a través de una o varias líneas de distribución que terminan en lugares concretos.

Una red anular permite suministrar agua desde varias rutas a un mismo lugar. Las redes de abastecimiento de agua tienen a veces componentes anulares y ramificados. El problema de la red ramificada es el minúsculo caudal de agua en los extremos de los ramales (con un caudal reducido).

Objetivo de diseño

Los sistemas de distribución de agua deben cumplir la normativa de prevención de incendios, además del uso rutinario del agua para la industria y las familias. Estas limitaciones pueden aumentar considerablemente el coste de construcción y mantenimiento de las redes de distribución de agua.

El diseño de sistemas de suministro de agua sigue los mismos principios y categorías de proyecto que otras construcciones. La documentación del proyecto puede referirse a una solución conceptual, un diseño conceptual, un proyecto principal o un proyecto de ejecución. Para cada tipo de proyecto se indican el concepto, el contenido y las características específicas.

¿Qué variables influyen en el diseño del sistema de abastecimiento de agua?

Las variables espaciales influyen sustancialmente en el diseño de los sistemas de distribución de agua. Aquí se aborda el efecto de la geografía en la distribución de la presión en la red de tuberías.

El uso y la propiedad del terreno influyen en los costes de construcción, pero las características espaciales del suelo influyen en los costes de excavación. La construcción puede causar problemas con las infraestructuras comunales existentes porque la mayor parte de las líneas de suministro de agua se instalan en carreteras existentes o propuestas.

Qué hay que tener en cuenta al diseñar un sistema de distribución de agua

Manómetro en la bomba de agua del condensador
Fuente: iStock

En la construcción de un sistema de distribución de agua deben tenerse en cuenta varios criterios importantes para garantizar que el sistema sea eficaz, fiable y seguro. He aquí algunos ejemplos:

La fuerza del agua

Para que el sistema de distribución funcione correctamente se necesita una presión de agua adecuada. El sistema debe construirse para suministrar suficiente presión de agua en todos los lugares, incluidas las estructuras de gran altura y las zonas remotas.

El caudal de agua

El sistema debe construirse de forma que produzca un caudal suficiente para satisfacer las necesidades de la población. Para ello hay que tener en cuenta la densidad de población, los tipos de edificios y empresas y las posibilidades de crecimiento futuro.

Caudal y diámetro de la tubería

El caudal y el tamaño de las tuberías deben seleccionarse para garantizar que el sistema pueda suministrar agua a la presión y el caudal necesarios. Esto incluye elegir las tuberías y válvulas del tamaño adecuado, como una válvula de mariposa industrialpara reducir la pérdida de presión y mantener un caudal constante en todo el sistema.

Alternativas aceptables

El sistema debe cumplir toda la legislación, normas y directrices aplicables. Esto implica verificar que el sistema cumple los requisitos de la autoridad local del agua y otros organismos reguladores pertinentes.

Diseño del sistema

El plan del sistema debe desarrollarse para reducir el peligro de contaminación y, al mismo tiempo, garantizar que el suministro de agua sea accesible a todos los usuarios. Esto incluye tener en cuenta la posición de la fuente de agua, la geografía de la zona y la ubicación de las casas y otras estructuras.

Conexión a la red eléctrica

El sistema debe estar conectado al suministro principal de agua para garantizar un suministro continuo y fiable. Esto incluye la ubicación del suministro principal, el tamaño y la capacidad de las tuberías, y el tipo de válvulas y accesorios utilizados.

Reflujo

El contraflujo, o flujo de agua en dirección contraria a la prevista, debe evitarse mediante el diseño del sistema. Esto es necesario para evitar la contaminación del suministro de agua potable.

Conexión a la red eléctrica

El sistema debe estar conectado al suministro principal de agua para garantizar un suministro continuo y fiable. Esto incluye la ubicación del suministro principal, el tamaño y la capacidad de las tuberías, y el tipo de válvulas y accesorios utilizados.

Materiales y normas para tuberías

El sistema debe construirse con materiales adecuados y cumplir las normas y reglamentos exigidos. Hay que tener en cuenta el tipo de agua suministrada, el caudal estimado y la longevidad prevista de las tuberías.

Estos aspectos deben tenerse en cuenta al construir un sistema de distribución de agua para garantizar su eficacia, fiabilidad y seguridad.

Conclusión

Un sistema de distribución de agua es un proceso complejo que requiere la consideración de numerosos elementos, desde la presión del agua y el caudal hasta la estructura del sistema y el cumplimiento de la normativa. Los ingenieros pueden garantizar que un sistema de distribución de agua sea eficiente, fiable y seguro conociendo los elementos fundamentales que intervienen en su diseño.

Las válvulas industriales son una de las partes más críticas de un sistema de distribución de agua. Son esenciales para regular el caudal de agua y mantener una presión adecuada. Para garantizar que las válvulas utilizadas en el sistema de distribución de agua son de la máxima calidad y cumplen todas las normas y requisitos aplicables. Es fundamental seleccionar una empresa fiable y de confianza. fabricante de válvulascomo Dombor.

Dombor es un líder fabricante de válvulas de bola industriales con una amplia selección de válvulas para sistemas de distribución de agua. Ofrecen los conocimientos, la experiencia técnica y una gran selección de válvulas, lo que las convierte en una parte excelente del sistema de distribución de agua.

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