Un sistema de distribución de agua es parte de una red de suministro de agua con componentes que transportan agua potable desde una planta de tratamiento centralizada o pozos hasta los consumidores para satisfacer los requisitos residenciales, comerciales, industriales y de extinción de incendios. [3] [4]
Red de distribución de agua es el término para la parte de un sistema de distribución de agua hasta los puntos de servicio de los consumidores de agua a granel o los nodos de demanda donde se agrupan muchos consumidores. [5] La Organización Mundial de la Salud (OMS) utiliza el término sistema de transmisión de agua para una red de tuberías, generalmente en una estructura en forma de árbol, que se utiliza para transportar agua desde las plantas de tratamiento de agua hasta los embalses de servicio , y utiliza el término distribución de agua. Sistema para una red de tuberías que generalmente tiene una estructura en bucle para suministrar agua desde los depósitos de servicio y los depósitos de equilibrio a los consumidores. [6]
Un sistema de distribución de agua consta de tuberías, instalaciones de almacenamiento, bombas y otros accesorios. [7]
Las tuberías tendidas dentro de la vía pública llamadas tuberías principales de agua se utilizan para transportar agua dentro de un sistema de distribución. Se utilizan tuberías principales de agua de gran diámetro llamadas alimentadores primarios para conectar las plantas de tratamiento de agua y las áreas de servicio. Los alimentadores secundarios están conectados entre los alimentadores primarios y los distribuidores . Los distribuidores son tuberías de agua que se encuentran cerca de los usuarios del agua y que también suministran agua a las bocas de incendio individuales . [8] Una línea de servicio es una tubería de pequeño diámetro que se utiliza para conectar desde una tubería principal de agua a través de un grifo pequeño hasta un medidor de agua en la ubicación del usuario. Hay una válvula de servicio (también conocida como cierre de acera ) en la línea de servicio ubicada cerca de la acera para cerrar el agua a la ubicación del usuario. [9]
Las instalaciones de almacenamiento, o depósitos de distribución, proporcionan almacenamiento de agua potable limpia (después del proceso de tratamiento de agua requerido) para garantizar que el sistema tenga suficiente agua para dar servicio en respuesta a las demandas fluctuantes ( depósitos de servicio ), o para igualar la presión operativa ( depósitos de equilibrio ). También se pueden utilizar temporalmente para atender las demandas de extinción de incendios durante un corte de energía. Los siguientes son tipos de embalses de distribución:
Las instalaciones de almacenamiento suelen estar ubicadas en el centro de las ubicaciones de servicio. Al estar en una ubicación central, se reduce la longitud de la red de agua hasta los lugares de servicio. Esto reduce la pérdida por fricción cuando se transporta agua a través de una tubería principal. [4]
En general, un sistema de distribución de agua se puede clasificar en diseño de rejilla, anillo, radial o sin salida. [13]
Un sistema de cuadrícula sigue el diseño general de la red de carreteras con tuberías principales y ramales conectados en rectángulos. Con esta topología, se puede suministrar agua desde varias direcciones, lo que permite una buena circulación del agua y redundancia si una sección de la red se avería. Los inconvenientes de esta topología incluyen la dificultad para dimensionar el sistema. [13]
Un sistema circular tiene una tubería principal de agua para cada carretera y hay una tubería secundaria que se bifurca de la principal para proporcionar circulación a los clientes. Esta topología tiene algunas de las ventajas de un sistema de red, pero es más fácil determinar el tamaño. [13]
Un sistema radial entrega agua a múltiples zonas. En el centro de cada zona, el agua se entrega radialmente a los clientes. [13]
Un sistema sin salida tiene tuberías de agua a lo largo de caminos sin un patrón rectangular. Se utiliza para comunidades cuyas redes viales no son regulares. Al no existir conexiones cruzadas entre las redes principales, el agua puede tener menos circulación y por tanto el estancamiento puede ser un problema. [13]
La integridad de los sistemas se divide en física, hidráulica y calidad del agua. [3]
La integridad física incluye preocupaciones sobre la capacidad de las barreras para evitar que la contaminación de fuentes externas ingrese a los sistemas de distribución de agua. El deterioro puede ser causado por factores físicos o químicos. [3]
La integridad hidráulica es la capacidad de mantener una presión de agua adecuada dentro de las tuberías en todos los sistemas de distribución. También incluye la circulación y el tiempo que el agua viaja dentro de un sistema de distribución, lo que afecta la eficacia de los desinfectantes . [3]
La integridad de la calidad del agua es un control de las degradaciones a medida que el agua viaja a través de los sistemas de distribución. Los impactos de la calidad del agua pueden ser causados por factores de integridad física o hidráulica. Las degradaciones de la calidad del agua también pueden ocurrir dentro de los sistemas de distribución, como el crecimiento de microorganismos, la nitrificación y la corrosión interna de las tuberías. [3]
Se realizan análisis para ayudar en el diseño, operación, mantenimiento y optimización de los sistemas de distribución de agua. Hay dos tipos principales de análisis: hidráulico y del comportamiento de la calidad del agua a medida que fluye a través de un sistema de distribución de agua. [14] Optimizar el diseño de las redes de distribución de agua es una tarea compleja. Sin embargo, ya se han propuesto una gran cantidad de métodos, principalmente basados en metaheurísticas. [15] El empleo de técnicas de optimización matemática puede suponer importantes ahorros en la construcción de este tipo de infraestructuras. [dieciséis]
Los peligros en los sistemas de distribución de agua pueden ser de tipo microbiano, químico y físico. [6]
La mayoría de los microorganismos son inofensivos dentro de los sistemas de distribución de agua. Sin embargo, cuando los microorganismos infecciosos ingresan a los sistemas, forman biopelículas y crean peligros microbianos para los usuarios. Las biopelículas generalmente se forman cerca del final de la distribución, donde la circulación del agua es baja. Esto favorece su crecimiento y hace que los agentes desinfectantes sean menos efectivos. Los peligros microbianos comunes en los sistemas de distribución provienen de la contaminación de patógenos y parásitos fecales humanos que ingresan a los sistemas a través de conexiones cruzadas , roturas, tuberías principales de agua y tanques de almacenamiento abiertos. [6]
Los peligros químicos son los de los subproductos de la desinfección , la lixiviación de materiales y accesorios de tuberías y los productos químicos para el tratamiento del agua. [6]
Los peligros físicos incluyen turbidez del agua, olores, colores, incrustaciones que son acumulaciones de materiales dentro de las tuberías debido a la corrosión y resuspensión de sedimentos. [6]
Hay varios organismos en todo el mundo que crean estándares para limitar los peligros en los sistemas de distribución: NSF International en Norteamérica; Comité Europeo de Normalización , Institución Británica de Normalización y Umweltbundesamt en Europa; Asociación Japonesa de Normas en Asia; Normas Australia en Australia; y Organización Nacional Brasileña de Normalización en Brasil. [6]
La contaminación por plomo en el agua potable puede deberse a la lixiviación del plomo que se utilizó en tuberías principales de agua, líneas de servicio, juntas de tuberías y accesorios de plomería antiguos. Según la OMS, el mayor contribuyente de plomo en el agua en muchos países es la línea de servicio de plomo. [6]
La calidad del agua se deteriora debido a la corrosión de las superficies de las tuberías metálicas y de las conexiones en los sistemas de distribución. La corrosión de las tuberías se manifiesta en el agua en forma de color, sabor y olor, cualquiera de los cuales puede causar problemas de salud. [17]
Los problemas de salud están relacionados con las emisiones de metales traza como plomo, cobre o cadmio al agua. La exposición al plomo puede causar retrasos en el desarrollo físico y mental de los niños. La exposición prolongada al cobre puede causar daño hepático y renal. La exposición alta o prolongada al cadmio puede causar daños a varios órganos. La corrosión de las tuberías de hierro provoca agua oxidada o roja. La corrosión de las tuberías de zinc y hierro puede provocar un sabor metálico. [17]
Se pueden utilizar varias técnicas para controlar la corrosión interna, por ejemplo, ajuste del nivel de pH , ajuste de carbonato y calcio para crear carbonato de calcio como revestimiento de la superficie de la tubería y aplicación de un inhibidor de corrosión . Por ejemplo, los productos de fosfato que forman películas sobre las superficies de las tuberías son un tipo de inhibidor de la corrosión. Esto reduce la posibilidad de que se filtren al agua trazas de metales de los materiales de la tubería. [18]
La descarga de hidrantes es la liberación programada de agua de las bocas de incendio o de las hidrantes de descarga especiales para purgar el hierro y otros depósitos minerales de una tubería principal de agua. Otro beneficio de utilizar hidrantes para la descarga de agua principal es probar si se suministra agua a los hidrantes a la presión adecuada para combatir incendios. Durante el lavado de hidrantes, los consumidores pueden notar un color óxido en el agua a medida que los depósitos de hierro y minerales se agitan en el proceso. [19]
Después de que las tuberías principales de agua estén en servicio durante un largo tiempo, se producirá un deterioro en la estructura, la calidad del agua y el rendimiento hidráulico. El deterioro estructural puede deberse a muchos factores. Las tuberías de base metálica desarrollan corrosión interna y externa, lo que hace que las paredes de la tubería se adelgacen o se degraden. Eventualmente pueden tener fugas o estallar. Las tuberías a base de cemento están sujetas al deterioro de la matriz de cemento y del acero reforzado. Todas las tuberías están sujetas a fallas en las juntas. El deterioro de la calidad del agua incluye incrustaciones, sedimentación y formación de biopelículas. La incrustación es la formación de depósitos duros en la pared interior de las tuberías. Esto puede ser un subproducto de la corrosión de las tuberías combinada con el calcio del agua, lo que se denomina tuberculación. La sedimentación ocurre cuando los sólidos se depositan dentro de las tuberías, generalmente en los huecos entre las acumulaciones de sarro. Cuando hay un cambio en la velocidad del flujo de agua (como el uso repentino de una boca de incendio), los sólidos sedimentados se agitarán y provocarán que el agua se decolore. Las biopelículas pueden desarrollarse en tuberías con muchas incrustaciones y, por lo tanto, de superficie rugosa donde se permite que crezcan bacterias, ya que cuanto mayor es la rugosidad de la pared interior, más difícil es para el desinfectante matar las bacterias en la superficie de la pared de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta presiones y flujos puede ser resultado de otros deterioros que obstruyan el flujo de agua. [20]
Cuando llega el momento de renovar la tubería principal de agua, existen muchas consideraciones al elegir el método de renovación. Puede ser el reemplazo de zanjas abiertas o uno de los métodos de rehabilitación de tuberías. Algunos métodos de rehabilitación de tuberías son la rotura de tuberías , el revestimiento deslizante y el revestimiento de tuberías . [20]
Cuando se utiliza un método de rehabilitación in situ, uno de los beneficios es el menor costo, ya que no es necesario excavar a lo largo de toda la tubería principal de agua. Sólo se excavan pequeños pozos para acceder a la tubería de agua existente. Sin embargo, la falta de disponibilidad de la tubería principal de agua durante la rehabilitación requiere la construcción de un sistema temporal de derivación de agua que sirva como tubería principal de agua en el área afectada. [21] Se debe diseñar cuidadosamente un sistema de derivación de agua temporal (conocido como tubería de derivación temporal [22] ) para garantizar un suministro de agua adecuado a los clientes en el área del proyecto. El agua se toma de un hidrante de alimentación a una tubería temporal. Cuando la tubería cruza un camino de entrada o una carretera, se debe colocar una cubierta o un parche frío para permitir que los automóviles crucen la tubería temporal. Las conexiones de servicio temporales a las viviendas se pueden realizar a través de la tubería temporal. Entre muchas formas de realizar una conexión temporal, una común es conectar la conexión de servicio temporal a una manguera de jardín. La tubería temporal también debe agregar bocas de incendio temporales para protección contra incendios. [23]
Como las obras principales de agua pueden alterar las líneas de servicio de plomo , lo que puede resultar en niveles elevados de plomo en el agua potable, se recomienda que cuando una empresa de agua planifique un proyecto de renovación de la tubería principal, trabaje con los propietarios para reemplazar las líneas de servicio de plomo como parte de el proyecto. [24]
.jpg/1280px-PWD_Great_Lakes_water_main_installation_(14058449987).jpg)
