SECCIÓN 3:CAPACIDAD Y EMPLAZAMIENTO DE LOS DEPÓSITOS CAPACIDAD DE LOS DEPÓSITOS El caudal de consumo es variable durante el día, durante la semana e incluso estacionalmente, mientras que los caudales captados para abastecimiento, son prácticamente constantes. Se necesita un sistema que regularice las diferencias entre caudales consumidos en las horas de mayor demanda y caudales captados: un depósito que almacene agua. Un depósito que sea capaz de almacenar un volumen de agua que atienda a la demanda en horas punta. Además, debe atender los imprevistos accidentales normales en una ciudad, como son los incendios y las averías en la red. Entendemos por capacidad mínima de un depósito, aquel cuya capacidad realice solamente la función de regularización. Capacidad media normal de un depósito aquel que almacena y realiza las funciones de regularización, más el caudal para incendios, más el caudal de averías. Para determinar la capacidad mínima es necesario disponer de datos estadísticos locales en cuanto a caudales consumidos durante el día y caudal suministrado, los cuales normalmente no se disponen especialmente en poblaciones pequeñas, por lo que frecuentemente es necesario realizar un estudio particularizado. La normativa española indica: la capacidad total del depósito debe preverse para almacenar el consumo de un día, salvo justificación en contra. Se supone el consumo del día de mayor consumo y con una previsión al año horizonte de proyecto, que pueden ser 25 años. Para grandes depósitos en ciudades grandes, cabría una justificación en contra dado la cuantía importante en su construcción, habría que atender especialmente a la función reguladora de suministro y de acuerdo con las dotaciones establecidas para el año horizonte de proyecto, en el estudio de la capacidad de regulación del depósito es imprescindible conocer o fijar como hipótesis la variación del consumo diario y estacional. Para establecer la capacidad teórica necesaria de regulación debe conocerse o fijarse el régimen de alimentación del depósito, dado que el consumo y la aportación al depósito puede presentar oscilaciones importantes durante el día. Los depósitos almacenan el agua durante el día, por tanto en 24 horas deben igualarse consumo y aportación al depósito. La capacidad de los depósitos se calcula gráfica o numéricamente por el método de acumulación. Si se desea realizarlo gráficamente, se representan las curvas, la de aportación al depósito (caudal afluente) y la de consumos (caudal efluente) acumuldos, Se distinguen dos casos (figura 3.13): Página 1 de 8
m 3 Curva de aportación m 3 C Curva de aportación Curva de consumos acumulados 24h a) b) Curva de consumos acumulados 24h m 3 Curva de aportación desplazada C Tiempo en el que la aportación es igual al consumo Curva de consumos acumulados 24h fig. 3.13 a). Las curvas de aportación y consumo no se cortan. La diferencia máxima entre las ordenadas es igual a la capacidad C que debe tener el depósito. b). Las curvas se cortan, en este caso es necesario desplazarlas hasta que se toquen en un punto, es el momento en el que se cumple que el caudal afluente y efluente son iguales. La ordenada máxima es igual a la capacidad C mínima que debe tener el depósito. Si se quiere tener en cuenta la reserva de incendios habrá que sumarsela a C, como la de averías Por tanto la capacidad media normal se obtendrá sumando a C la reserva de incendios más la reserva de averías. RESERVA DE INCENDIOS Una función importante en los depósitos es disponer de un volumen de agua para alimentar los hidrantes para incendios. La experiencia ha demostrado que incendios normales se extinguen en menos de dos horas en el 9% de los casos y han sido suficientes volúmenes inferiores a 12 m 3, con presiones comprendidas entre 2 y 5 kp/cm 2. Página 2 de 8
En la legislación francesa se admite que para redes pequeñas se debe prever una capacidad de 12 m 3, con la garantía de que este volumen se separe del volumen general con función reguladora en el suministro. Por tanto tomando un caudal de 25 l/s. durante dos horas es suficiente como reserva en el depósito. RESERVA DE AVERIAS Otra función de los depósitos es disponer de un volumen de agua para casos de averías, por ejemplo la avería de la bomba o el cambio de aceite del grupo, si existe. La experiencia nos manifiesta que en la ciudades pequeñas las averías se tardan más en reparar, con motivo de la deficiencia en la cuadrillas de servicio y por el contrario, en ciudades grandes se tarda menos debido al equipamiento del servicio y la comunicación radiofónica. Dependiendo de la red se puede estimar entre un 15 y un 25 % del consumo diario. Ejemplo 1 Supongamos que en una población, existe la siguiente tabla de consumo Horas del día m 3 /consumido Horas del día m 3 /consumido -1 12-13 45 1-2 13-14 45 2-3 14-15 112,5 3-4 112,5 15-16 112,5 4-5 112,5 16-17 225 5-6 225 17-18 225 6-7 225 18-19 45 7-8 225 19-2 45 8-9 112,5 2-21 225 9-1 56,25 21-22 112,5 1-11 56,25 22-23 112,5 11-12 45 23-24 Página 3 de 8
El depósito se va alimentar con un caudal de 62,5 l/s durante 2 horas, existiendo dos paradas en el bombeo de 22h 3m (p.m) a la 1h (a.m.) y de las 8h (a.m.) a las 9h 3m (a.m.). Esta es la distribución horaria del consumo Las gráficas acumuladas se representan a continuación (figura 3.14): fig. 3.14 Se observará que la ordenada máxima es del orden de 1 m 3 a este valor habría que adicionar la reserva de incendios. Ejemplo 2 Veamos este otro ejercicio en el que los cálculos se han dispuesto de esta otra forma, dada la distribución horaria de los consumos en color rojo y las horas de bombeo, desde las 3h a las 23h en azul. Determinar la capacidad del depósito (figura 3.15). Página 4 de 8
m 3 45 4 35 3 25 2 15 1 5 112,5 45 45 225 225 225 112,5 112,5 112,5 56,25 Consumo Aportación 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 horas m 3 8 7 6 5 4 3 2 1-1 -2-3 3 C min = 9 m Diferencia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 horas Aportación 45 1125 135 18 2475 2925 3375 3825 45 45 Consumo 225 9 112,5 1125 2475 27 315 45 4275 45 Diferencia 225 225 337,5 675 fig.3.15 225 225-225 -225 En la parte inferior se han ido acumulando las aportaciones en color azul, producidas por el bombeo, en la línea roja los consumos acumulados, se ha obtenido la diferencia en la línea verde, valores que gráficamente se han representado en la quebrada verde, la diferencia el valor máximo y mínimo, nos da la capacidad del depósito. Es un procedimiento análogo al anterior. En ambos ejercicios se pone en evidencia que la capacidad del depósito no sólo es función del consumo, si no del tiempo de aportación de agua al depósito, esto depende del número de horas bombeadas. Página 5 de 8
En Alemania para poblaciones pequeñas y medias de unos 5 habitantes se calcula la dotación para un fututo de 1 años, más la reserva de incendios. En poblaciones rurales la previsión es a 25 años. En depósitos grandes, la capacidad es el 5% del caudal máximo punta o el 75% del caudal máximo, previsto a 5 años más la reserva de incendios, se elige el valor más alto. Ejemplo 3 Se desea determinar la capacidad de un depósito para una población que tendrá 2. hab. dentro de 5 años, el coeficiente punta es de 1,5. El caudal de incendios es de 25 l/s. durante dos horas. Volumen de agua para incendios = 25 l/s. 2h. 36 s/h = 18 litros = 18 m 3 Dotación prevista a los 5 años = 25 l/s. Caudal máximo punta Q max = 1,5.,25 m 3 /día.hab. 2 hab. = 75 m 3 Caudal máximo Q max =,25 m 3 /día.hab. 2 hab. = 5 m 3 Capacidad del depósito =,5. 75 = 375 m 3 + 18 m 3 = 393 m 3 Capacidad del depósito =,75. 5 = 375 m 3 + 18 m 3 = 393 m 3 El depósito a construir deberá tener una capacidad de 393 m 3 Teniendo en cuenta los costes de construcción, no deben preverse capacidades muy grandes en los depósitos, lo mejor es diseñar a corto plazo, máximo 25 años, es preferible ampliar el depósito a medida que las necesidades vayan surgiendo. EMPLAZAMIENTO DE LOS DEPÓSITOS El emplazamiento del depósito está relacionada con la topografía del lugar y con la captación. De la topografía depende que haya cota suficiente para su ubicación con el fin de conseguir la presión adecuada o que la cota sea insuficiente, como es el caso de zonas llanas, sin ningún accidente orográfico. El criterio que debe regir para el emplazamiento de un depósito, como fundamental, es garantizar el mejor servicio al mínimo coste posible. En la actualidad los depósitos tienden a situarse alejados de la población, situados a una cota que garantice una presión adecuada, ello se consigue bien situando el depósito a la cota conveniente o fijada la cota, dimensionar las tuberías con el suficiente diámetro para conseguir las mínimas pérdidas de carga o conjugar ambas cosas. Página 6 de 8
En ciudades grandes es conveniente construir dos o tres depósitos, uno de ellos será el principal, el de cabecera, donde probablemente pueda recoger toda el agua de la captación y otro u otros de cola, comunicados por una conducción que al mismo tiempo puede ser utilizada para el suministro a la red (figura 3.2) El funcionamiento lo hemos expuesto anteriormente. Los depósitos se reparten para que cada uno cubra un área de influencia y la presión quede los más uniformizada posible. En zonas llanas, lo ideal sería construir un depósito en el centro de la población, con un tratamiento ciertamente estético (figura 3.16) o lo que es mejor en el baricentro de la zona a abastecer, se comprenderá que exista una mayor uniformidad en las presiones, la red será la más económica posible y si además la captación es de un pozo ubicado justamente en el centro del depósito, como ocurre en algunas poblaciones de la Mancha (España), sería perfecto. Esto es difícil de conseguir. fig.3.16 Además de los casos expuestos en la unidad 2, capítulo 1, distintos tipos de abastecimientos, cabe comentar los de la figura 3.17, donde se puede observar como la topografía y la captación son decisivas en el emplazamiento del depósito. Página 7 de 8
El depósito se ha instalado en un lugar, donde la topografía permitía alcanzar la cota suficiente para obtener las presiones necesarias, está situado opuestamente a la captación, que es pozo en zona llana, la red se encuentra localizada en medio del recorrido entre ambos. Este depósito funciona como de cola, durante la noche y parte de la mañana hasta antes de alcanzar las horas punta en la demanda, la estación de bombeo del pozo permite alcanzar la presiones suficientes para la pequeña población y llenar el depósito. En las horas punta, el depósito ayuda a mantener presiones y caudales, de esta forma, la tubería que va desde la población hasta el depósito es única y puede funcionar en un sentido o en otro, dependiendo de la demanda. fig. 3.17 En la figura 3.18, es el sistema más frecuente en abastecimiento a poblaciones, la captación se ha realizado en un aluvial próximo a un río, ha sido necesario impulsar el agua hasta un depósito en una ladera con cota suficiente para garantizar las presiones. fig.3.18 Página 8 de 8