UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA

UNIDAD CURRICULAR:

EQUIPOS, MAQUINAS E INSTALACIONES INDUSTRIALES

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

Realizado por:

José Testa CI: 23673584

José Jiménez CI: 24581272

INTRODUCCIÓN

Desde siempre el hombre  requerido del transporte de fluidos, y que mejor creación que los tubos, que antiguamente eran usados en ciudades etc. pero como los tiempos cambian el hombre se vio en la necesidad de normalizar estos tubos y se dio origen a las tuberías, que dentro de las grandes y pequeñas industrias son hoy en día vitales

El agua como sustancia o fluido en cualquier ámbito ya sea doméstico o industrial, es de uso indispensable en cualquier momento, el uso del vital líquido que proviene de la naturaleza genera o representa un cambio drástico al ambiente de donde se extraiga el cauce de agua, es por eso que para abastecer agua y cumplir con la demanda requerida, se han diseñado distinto modos de aprovechar el agua según las distintas maneras en que se presente el vital líquido en el medio.

Ya sea por medio de presas, diques, o embalses entre tantos medios que existen para captar el agua, la correcta elección de que mecanismo de captación de agua, se deben tomar en cuenta pautas como:

-Las condiciones de servicio, como lo es el tipo de fuente a usar para la captación de agua.

-El impacto ambiental que puede generar las modificaciones o dispositivos a usar para el almacenamiento del agua, entre otros.

Los sistemas de abastecimiento de agua no solo engloba lo que es la captación y almacenamiento de agua; el agua natural posee impurezas que si se utilizan en sus condición normal puede acarrear o generar graves consecuencias ya que hoy en día la gran mayoría de uso y consumo de agua requiere cierto porcentaje de pureza en ella. Es por eso que luego de la captación y almacenamiento de agua se lleva mediante unas líneas o tuberías de impulsión a una planta de tratamiento y purificado para garantizar su correcta condición de uso, y luego ser almacenada en depósitos especial para esta agua purificada mejor conocida como “agua tratada”, para luego ser llevado por medio de una línea matriz a una red de distribución para satisfacer la demanda del vital líquido y así ser usada de las distintas maneras que se le ha dado al agua.

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA.

Es el conjunto de tuberías, instalaciones y accesorios destinados a conducir las aguas requeridas por una población y determinada con el fin de satisfacer sus necesidades, desde su lugar de existencia natural o fuente hasta el hogar de los usuarios.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO

ü  Sistemas convencionales:

Sistemas por gravedad:  

• sin tratamiento
• Con tratamiento

Sistemas por bombeo:

• Sin tratamiento
• Con tratamiento

ü  Sistemas no convencionales:

Sistemas Convencionales 

Son sistemas que brindan el servicio de agua potable al usuario a nivel de vivienda con una conexión domiciliaria y(o piletas públicas)

Se emplea un sistema de distribución de agua a través de redes para proporcionar la cantidad y calidad de agua establecida

El sistema está conformado por uno o más de las siguientes unidades operacionales:

• Captación
• Pretratamiento
• Línea de conducción
• Línea de impulsión
• Planta de tratamiento
• Estación de bombeo
• Reservorios
• Sistemas Convencionales
• Línea de aducción
• Redes de distribución
• Conexión domiciliaria
• Pileta pública

Los sistemas pueden ser por gravedad o bombeo.

Sistemas por gravedad

Los sistemas convencionales por gravedad aprovechan la fuerza gravitacional (diferencia de cotas topográficas) para conducir el agua hasta el usuario.

Dependiendo de la fuente, los sistemas pueden ser cono sin tratamiento.

Sistemas Convencionales: Por Gravedad -Sin Tratamiento

Sistemas cuya fuente de abastecimiento son las aguas subterráneas: subálveas (debajo del río o arroyo), o muy cerca del suelo.

Las primeras pueden aflorar a la superficie y las segundas son captadas por medio de galerías.

En estos sistemas, al existir una filtración natural en el subsuelo, el tratamiento del agua consiste en realizar solamente desinfección.

La captación de un manantial puede ser de ladera o fondo, y la galería con drenes subsuperficiales

Ventajas:

ü  Proporciona agua segura a la población (confiabilidad).

ü  Requiere mínima operación y mantenimiento.

ü  No requiere energía externa para su funcionamiento.

ü  Generalmente bajos costos de inversión.

ü  Bajas tarifas por el servicio.

ü  Bajo o nulo contenido de coliformes.

ü  Puede ser usado sin desinfección permanente.

Desventajas;

ü  Se produce grandes volúmenes de aguas residuales.

ü  Por su origen, el agua puede contener grandes cantidades de sales disueltas.

Sistemas Convencionales: Por Gravedad -Con Tratamiento

Las fuentes de estos sistemas son aguas superficiales que discurren por canales, acequias, ríos, etc., o están en embalses o lagunas.

Por la naturaleza de la fuente, requieren una planta de tratamiento diseñada en función al caudal y la calidad físico, química y bacteriológica del agua cruda.

Ventajas:

ü  Remueve la turbidez del agua cruda.

ü  No requiere energía externa para su funcionamiento.

ü  Proporciona agua segura a la población

Desventajas:

ü  Requiere personal capacitado para la planta.

ü  Demanda insumos químicos para el tratamiento.

ü  Es necesario desinfectar el agua tratada.

ü  Mayores costos de operación y mantenimiento.

ü  Las tarifas son más elevadas.

ü  Contaminación química de la fuente aumenta costos de tratamiento.

ü  Operación y mantenimiento deficiente origina agua de mala calidad.

Sistemas Convencionales: Por Bombeo

Necesitan de energía externa, generalmente eléctrica, para conducir el agua desde la captación hasta el usuario.

El bombeo puede ser en más de una unidad operacional.

Pueden ser sistemas con o sin tratamiento.

Sistemas Convencionales: Por Bombeo -Sin Tratamiento

La fuente de abastecimiento es el agua subterránea osubálvea (debajo del río o arroyo).

La fuente se encuentra en una cota inferior a la cota dela localidad que requiere el servicio.

Para aprovecha la fuente se utiliza una estación de bombeo para impulsar el agua hasta el nivel donde se pueda dar el servicio a la localidad.

Ventajas:

ü  Bajo o nulo contenido de coliformes.

ü  Proporciona agua segura a la población.

ü  La desinfección es menos exigente.

ü  El agua puede ser usada sin desinfección permanente.

Ventajas:

ü  Menor riesgo de enfermedades relacionadas con el consumo de agua.

ü  Requiere personal especializado para operar y mantener.

ü  Requiere elevada inversión para su implementación.

ü  Costos de operación y mantenimiento elevados.

ü  Bombeo no continuo, el servicio puede ser restringido.

Sistemas Convencionales: Por Bombeo -Con Tratamiento

La fuente son las aguas superficiales, y están ubicadas en una cota inferior a la cota mínima de la localidad a será tendida.

Se requiere una estación de bombeo para impulsar el agua hasta el nivel de donde se pueda atender a la localidad.

Se requiere de una planta de tratamiento para acondicionar el agua cruda para el consumo humano.

Ventajas:

ü  Se remueve la turbidez del agua cruda.

ü  Proporciona agua segura a la población.

ü  Desventajas:

ü  Sistemas complejos y de poca fiabilidad.

ü  Personal calificado para la PTAP y estación de bombeo.

ü  Bombeo no continuo, el servicio puede ser restringido.

ü  Las tarifas por el servicio son altas

Sistemas No Convencionales

Son sistemas en los cuales no existen redes de distribución.

Están compuestos por soluciones individuales a nivel familiar y/o multifamiliar.

Por lo general requiere el transporte, almacenamiento y desinfección del agua en el domicilio. Generalmente no se aplican en pequeñas y grandes localidades.

Caudales de Diseño de un Acueducto

Los diferentes componentes del sistema de abastecimiento de agua potable se diseñan tomando en cuenta las variaciones de consumo. Estas variaciones se expresan en función porcentual del consumo medio de la población, como: Caudal Medio Diario, Caudal Máximo Diario, Caudal Máximo horario, Caudal de Bombeo, Caudal de Incendio.

Caudal Máximo Diario: Es el caudal correspondiente al promedio de los caudales diarios utilizados por una población determinada, dentro de una serie de valores medidos. En virtud de la insuficiencia de datos medidos, el caudal medio diario se obtiene de la relación de la dotación necesaria y el parámetro de la población de diseñocalculada. .

Caudal Máximo Diario: Es el caudal máximo correspondiente al día de máximo consumo de una serie de datos medidos, en ausencia de datos este caudal se consigue mediante la aplicación de un coeficiente de variación diaria entre 1,20(zonas húmedas) y 1,60(zonas secas).

Caudal Máximo Horario: Es el caudal correspondiente a la hora de máximo consumo en el día de máximo consumo y se obtiene a partir del caudal medio y de un coeficiente de variación horaria que varía entre 200% y 275%.

Caudal de Bombeo: Es el caudal requerido por las instalaciones destinadas a impulsar el agua a los puntos elevados del sistema de abastecimiento de agua y no es mas que estimar el caudal equivalente al caudal medio para el número de horas de bombeo necesaria que no puede exceder las 16 horas diarias.

Caudal de Incendio: Es el Caudal destinado a combatir las emergencias por causas de los incendios y para las zonas rurales este se estima entre cinco (5) y diez (10) litros por segundo. El incendio para las zonas urbanas está definido por las normas y depende del tipo de zona residencial.

Estos Caudales se utilizan de la manera siguiente:

El Caudal Máximo Diario: Obra de Captación, Línea de aducción, Planta de tratamiento y el estanque de almacenamiento.
Caudal de Bombeo: Sistema de Bombeo y Línea de Impulsión.
La Red de Distribución: Se diseña con el mayor caudal entre el Caudal Máximo horario y el Caudal Máximo diario.

La red de abastecimiento de agua potable es un sistema de obras de ingeniería, concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda de los habitantes de una ciudad, pueblo o área rural con población relativamente densa, el agua potable.

Origen del agua

Los sistemas de abastecimiento de agua potable se pueden clasificar por la fuente del agua, del que se obtienen:

·         Agua de lluvia almacenada en aljibes.

·         Agua proveniente de manantiales naturales, donde el agua subterránea aflora a la superficie;

·         Agua subterrania, captada a través de pozos o galerías filtrantes;

·         Agua superficial (lleva un previo tratamiento), proveniente deríos, arroyos, embalses o lagos naturales;

·         Agua de mar (esta debe necesariamente ser  desalinizada).

Según el origen del agua, para transformarla en agua potable deberá ser sometida a tratamientos, que van desde la simple desinfección y filtración ,  hasta la desalinización.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO

El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que es el que utiliza aguas superficiales, consta de cinco partes principales:

·         Captación;

·         Almacenamiento de agua bruta;

·         Tratamiento;

·         Almacenamiento de agua tratada;

·         Red de distribución abierta

Captación

La captación de un material debe hacerse con todo cuidado, protegiendo el lugar de afloramiento de posibles contaminaciones, delimitando un área de protección cerrada.

La captación de las agua superficiales se hace mediante bocatomas, en algunos casos se utilizan galerías filtrantes, paralelas o perpendiculares al curso de agua para captar las aguas que resultan así con un filtrado preliminar.

La captación de las aguas subterráneas se hace mediante pozos o galerías filtrantes.

Almacenamiento de agua bruta

El almacenamiento de agua bruta se hace necesario cuando la fuente de agua no tiene un caudal suficiente durante todo el año para suplir la cantidad de agua necesaria. Para almacenar el agua de los ríos o arroyos que no garantizan en todo momento el caudal necesario se construyen embalses.

En los sistemas que utilizan agua subterránea, el acuífero funciona como un verdadero tanque de almacenamiento, la mayoría de las veces con recarga natural, sin embargo hay casos en que la recarga de los acuíferos se hace por medio de obras hidráulicas especiales.

Tratamiento

Planta de tratamiento de agua potable.

El tratamiento del agua para hacerla potable es la parte más delicada del sistema. El tipo de tratamiento es muy variado en función de la calidad del agua bruta. Una planta de tratamiento de agua potable completa generalmente consta de los siguientes componentes:

·         Reja para la retención de material grueso, tanto flotante como de arrastre de fondo;

·         Desarenador, para retener el material en suspensión de tamaño fino;

·         Floculadores, donde se adicionan químicos que facilitan la decantación de sustancias en suspensión coloidal y materiales muy finos en general;

·         Decantadores, o sedimentadores  que separan una parte importante del material fino;

·         Filtros, que terminan de retirar el material en suspensión;

·         Dispositivo de desinfección

En casos especiales, en función de la calidad del agua se deben considerar, para rendir estas aguas potables, tratamientos especiales, como por ejemplo:

·         la osmosis inversa;

·         tratamiento a través de intercambio iónico;

·         filtros con carbón activado.

Obviamente estos tratamientos encarecen el agua potable y solo son aplicados cuando no hay otra solución.

Almacenamiento de agua tratada

El almacenamiento del agua tratada tiene la función de compensar las variaciones horarias del consumo, y almacenar un volumen estratégico para situaciones de emergencia, como por ejemplo incendios. Existen dos tipos de tanques para agua tratada, tanques apoyados en el suelo y tanques elevados, cada uno dotado de dosificador o hipoclorador para darle el tratamiento y volverla apta para el consumo humano.

Desde el punto de vista de su localización con relación a la red de distribución se distinguen en tanques de cabecera y tanques de cola:

·         Los tanques de cabecera, se sitúan aguas arriba de la red que alimentan. Toda el agua que se distribuye en la red tiene necesariamente que pasar por el tanque de cabecera.

·         Los tanques de cola, como su nombre lo dice, se sitúan en el extremo opuesto de la red, en relación al punto en que la línea de aducción llega a la red. No toda el agua distribuida por la red pasa por el tanque de cola.

Red de distribución

Tubería de agua potable de hormigón.

La línea de distribución se inicia, generalmente, en el tanque de agua tratada. Consta de:

·         Estaciones de bombeo;

·         Tuberías principales, secundarias y terciarias;

·         Tanques de almacenamiento intermediarios;

·         Válvulas que permitan operar la red, y sectorizar el suministro en casos excepcionales, como son: en casos de rupturas y en casos de emergencias por escasez de agua;

·         Dispositivos para macro y micro medición. Se utiliza para ello uno de los diversos tipos de medidores de volumen;

·         Derivaciones domiciliares.

Las redes de distribución de agua potable en los pueblos y ciudades son generalmente redes que forman anillos cerrados. Por el contrario las redes de distribución de agua en las comunidades rurales dispersas son ramificadas.

FUENTES PRODUCTORAS DE AGUA

El agua de la superficie de la tierra; mares, lagos, lagunas, ríos, estanques, etc.; se evapora por la acción del sol, se condensa en la atmósfera y retorna a la tierra en forma de lluvia granizo, nieve, llovizna, etc. Esta agua vuelve a formar parte de aguas superficiales o penetra a través de los poros del terreno o se evapora nuevamente. De este modo quedan constituidas las fuentes de abastecimiento de agua y se los clasifica en: agua de lluvia, agua superficial y agua subterránea”.

Agua de lluvia; que en un principio es destilada se va cargando de gases a medida que cae y va arrastrando partículas de polvo suspendidas en la atmósfera, por lo que conviene desechar la primera parte. Puede utilizarse para beber sin problemas ya que casi no tiene contaminación biológica, se almacena en aljibes, barriles o cisternas, se aconseja su extracción con bombas.

Agua superficiales; se encuentran en lagos, ríos, arroyos y lagunas, estas si son microbiológicamente contaminadas. Este tipo de agua son potabilizados en centros urbanos, esto se debe a que en su trayecto es contaminado por desechos industriales, excretas humanas, etc.

Agua subterránea; estas filtran a través del suelo, es necesaria su potabilización para el consumo humano, las aguas del subsuelo arrastran sustancias minerales, que si se encuentran en elevada concentración resultan tóxicos, Ej.: arsénico, flúor, plomo: este tipo de agua constituye una fuente importante de abastecimiento en zonas rurales, el agua se extrae de pozos excavados con baldes u otros utensilios en forma rustica, o con bombas de extracción y tuberías; el agua subterránea se encuentran a diferentes profundidades, la de la primera capa está más expuesta a contaminación microbiológica proveniente de la superficie o porque está cerca a un pozo negro o letrina; el pozo de agua para consumo debe estar a un nivel terrestre más elevado que el pozo negro y separado de este por lo menos por 20 metros, para evitar que las filtraciones de las letrinas la contaminen.

CAPTACION DEL AGUA

Un sistema de captación de agua consiste en la recolección o acumulación y el almacenamiento de agua para cualquier uso.

Un sistema básico de captación de agua está compuesta por: Captación, Recolección-conducción y Almacenamiento.

La viabilidad técnica y económica dependerá de la pluviosidad de la zona de captación y del uso que se le dé al recurso agua. Aún así, aquellos lugares del mundo con alta o media precipitación son los candidatos más atractivos donde implementar el sistema.

CAPTACION DE AGUA SUPERFICIALES

EMBALSES

La fuente superficial de agua en lo posible debe satisfacer la demanda a lo largo del año así como de satisfacer otros requisitos adicionales como producción hidroeléctrica y prevención de inundaciones. Para lograrlo es necesario interponer una barrera artificial, llamada Presa o Dique, en un sitio adecuado en el curso del río que permita retener y regular el agua a los límites deseados para los fines de diseño. A la masa de agua retenida por la presa se le denomina Embalse. Los embalses deben ser capaces de almacenar en la época de lluvia agua suficiente para compensar el déficit que se producen en épocas de sequía y adicionalmente almacenar agua de años de producción pluvial abundante.

La presa es la obra civil de intercepción de un río, la cual crea un tapón en la cavidad geológica permitiendo que el agua se acumule y regule según se desee.

ADUCCIÓN PRINCIPAL

Una línea de aducción está constituida por la tubería que conduce agua desde la obra de captación hasta el estanque de abastecimiento, así como de las estructuras, accesorios, dispositivos y válvulas integradas a ella.

De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento, así como de la topografía de la región, las líneas de aducción pueden ser:

1. Líneas de aducción por gravedad:

Se presenta cuando el punto inicial o de origen se encuentra a una cota mayor que la cota del punto final o destino, no existiendo cotas mayores que las del origen entre ambos puntos, en este caso el agua puede circular por gravedad.

2. Líneas de aducción por bombeo:

Se presenta cuando el punto inicial o de origen se encuentra en una cota menor que la cota del punto final o destino, en este caso el agua no posee energía para circular y se hace necesario la adicción de energía mediante una motobomba.

TRATAMIENTOS

Tratamientos para distintos tipos de aguas:

·         Aguas Residuales

1. Plantas Anaeróbicas (Residuales Industriales, Altas Concentraciones) Digestión por bacteria para problemas de altas concentraciones de carga orgánica, como las presentes en la industria cervecera, de gaseosas, alimentos y bebidas.

2. Plantas aeróbicas (Domesticas y Municipales, Bajas Concentraciones) Sistemas basados en degradación bacteriana (microorganismos aeróbicos), para alcanzar un efluente de alta calidad, Tratamiento a las aguas residuales con bajas cargas orgánicas del tipo doméstico. Permiten la utilización racional y sostenible de los recursos hídricos.

3. Tratamiento Físico-Químico (Metales Pesados, Aguas Aceitosas) Aguas Aceitosas: Sistemas DAF (Disolved Air Flotation):

Diseñados para separar grasas no emulsionadas y sólidos suspendidos, mediante conjunto aireación-dosificación.

Presentan buenos resultados en tratamientos para fábricas de grasas, aceites y sus derivados.

·        Agua Potable

1. Aguas Municipales para Consumo Humano Plantas

Plantas Compactas.

Plantas pre-ensambladas en fábrica, realizan todos los procesos necesarios hasta obtener agua potable de excelente calidad.

Ventajas:

ü  Fáciles de transportar

ü  Mínimo mantenimiento y servicio

ü  Requieren muy poco espacio

ü  Completamente ensambladas, no requieren instalación

ü  Reducen considerablemente los costos de operación

2. Aguas para bebidas y venta embotellada

Aguas para consumo industrial

1. Aguas para generación de Potencia (Calderas)

2. Aguas de Procesos

·        Manejo de Lodos

Digestores, Filtros Prensa, Centrífugas

1. Digestores

Sofisticados equipos para reducir la cantidad de lodos y producir gas metano aprovechable para generación termina o eléctrica.

2. Filtros Prensa

Extraen el agua a los lodos y los compactan, permitiendo su disposición como sólidos, sin afectar efluentes.

3. Geotextiles / Geotubos

Permiten la deshidratación de lodos y separación de sólidos en medio líquido, con la ventaja de ser de fácil montaje, economía a escala y permitiendo un confinamiento del lodo para su traslado o reutilización en rellenos, compost, etc. Asi mismo permite reutilizar el agua del proceso. 

·        TRATAMIENTO A LA ZEOLITA:

Esta sustancia tiene propiedad de absorber el calcio y magnesio de las aguas que atraviesan, debido a que sus bases son permutables. De esta manera, en el proceso del ablandamiento o rectificación, el sodio de la zeolita pasa a la solución en forma de carbonato, sulfato o cloruro, debido a que el calcio y magnesio del agua son absorbidos por zeolita.

·        TRATAMIENTO DE OSMOSIS INVERSA:

El objetivo de la osmosis inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua que está relativamente impura o salada. En proceso de la osmosis inversa el agua es forzada a cruzar una membrana, dejando las impurezas detrás. La permeabilidad de la membrana puede ser tan pequeña, que prácticamente todas las impurezas, moléculas de la sal, bacterias y los virus son separados del agua.

DISTRIBUCION

Es el conjunto de tuberías que suministran agua a las edificaciones con la capacidad de satisfacer el caudal máximo a la hora de máximo consumo. Dependiendo de la topografía, de la vialidad y de la ubicación de la fuente de abastecimiento puede determinarse el tipo de red.

1.    RED TIPO RAMIFICADA: Son redes de distribución constituidas por un ramal troncal y una serie de ramificaciones o ramales que pueden constituir pequeñas mallas, o constituidos por ramales ciegos. Este tipo de red es utilizado cuando por condiciones topográficas se dificulta la interconexión entre ramales. También puede originarse por el desarrollo lineal a lo largo de una vía principal.

2.    RED TIPO MALLADA: Son aquellas redes constituidas por tuberías interconectadas formando mallas. Es el tipo de distribución más conveniente ya que permite crear un circuito cerrado logrando un servicio más eficiente y permanente. la configuración de la red

Conclusión

El abastecimiento de agua en los centros de trabajo reviste gran importancia para la vida, la salud, la higiene de los trabajadores y los diferentes procesos industriales. El grado de pureza que requiere el agua depende del uso al que se destine, ya sea para el consumo humano, uso domestico, industrial, agrícola, recreativo, o para la preservación de la flora y la fauna.

Aproximadamente el 60% del peso de un hombre esta constituido por agua en forma de una solución de sales en la que también se encuentran disueltos materiales metabólicos y coloides específicos.

Las industrias, de acuerdo con su actividad, requieren igualmente de agua para la elaboración de productos y en general un funcionamiento correcto, por ello es indispensable que posean un buen sistema de abastecimiento de agua