Sistema de distribución de agua

Un sistema de distribución de agua es una parte de la red de suministro de agua con componentes que transportan agua potable desde una planta de tratamiento centralizada o pozos hasta los consumidores para satisfacer las necesidades residenciales, comerciales, industriales y de lucha contra 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 nodos de demanda donde muchos consumidores están agrupados. ^[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 similar a un árbol, que se utiliza para transportar agua desde las plantas de tratamiento de agua hasta los depósitos de servicio , y utiliza el término sistema de distribución de agua para una red de tuberías que generalmente tiene una estructura de 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 colocadas dentro de la vía pública llamadas tuberías principales se utilizan para transportar agua dentro de un sistema de distribución. Las tuberías principales de gran diámetro llamadas alimentadores primarios se utilizan para conectar entre plantas de tratamiento de agua y áreas de servicio. Los alimentadores secundarios están conectados entre alimentadores primarios y distribuidores . Los distribuidores son tuberías principales de agua que se encuentran cerca de los usuarios de agua, que también suministran agua a hidrantes individuales . ^[8] Una línea de servicio es una tubería de diámetro pequeño que se utiliza para conectar desde una tubería principal de agua a través de un pequeño grifo 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 de la calle para cortar 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 demandas fluctuantes ( depósitos de servicio ) o para igualar la presión operativa ( depósitos de equilibrio ). También se pueden utilizar temporalmente para satisfacer las demandas de extinción de incendios durante un corte de energía. Los siguientes son los tipos de depósitos de distribución:

• Depósito de almacenamiento subterráneo o depósito de agua tratada cubierto : Instalación de almacenamiento subterráneo o depósito grande excavado en el suelo que está completamente cubierto. Las paredes y el fondo de estos depósitos pueden estar revestidos con materiales impermeables para evitar la intrusión de agua subterránea. ^[10]
• Depósito de agua terminado cubierto : Un depósito grande excavado en el suelo que tiene medidas o revestimiento adecuados para evitar la escorrentía de aguas superficiales y la intrusión de aguas subterráneas, pero que no tiene una cubierta superior. Este tipo de depósito es menos deseable ya que el agua no recibirá más tratamiento antes de su distribución y es susceptible a contaminantes como desechos de aves, actividades animales y humanas, proliferación de algas y deposición en el aire. ^[10]
• Depósito de superficie (también conocido como tanque de almacenamiento subterráneo y depósito de almacenamiento subterráneo ): instalación de almacenamiento construida sobre el suelo con la pared revestida con hormigón, hormigón proyectado , asfalto o membrana. Un depósito de superficie suele estar cubierto para evitar la contaminación. Por lo general, se ubican en áreas de gran altitud que tienen suficiente carga hidráulica para la distribución. Cuando un depósito de superficie a nivel del suelo no puede proporcionar una carga hidráulica suficiente al sistema de distribución, se requerirán bombas de refuerzo. ^{[4] [11]}
• Torre de agua (también conocida como depósito elevado de superficie ): un tanque de agua elevado. Algunos tipos comunes son el tanque de almacenamiento elevado esférico, un tanque esférico de acero sobre una columna de acero de diámetro pequeño; el tanque de almacenamiento elevado compuesto, un tanque de acero sobre una columna de hormigón de gran diámetro; y los tanques de almacenamiento elevados hidropilares, un tanque de acero sobre una columna de acero de gran diámetro. El espacio dentro de la gran columna debajo del tanque de agua se puede utilizar para otros fines, como espacio de oficina de varios pisos y espacio de almacenamiento. Una de las principales preocupaciones para el uso de torres de agua en el sistema de distribución de agua es la estética del área. ^{[11] [12]}
• Columna vertical : Tanque de agua que es una combinación de tanque de almacenamiento en el suelo y torre de agua. Es ligeramente diferente de una torre de agua elevada en que la columna vertical permite el almacenamiento de agua desde el nivel del suelo hasta la parte superior del tanque. La zona de almacenamiento inferior se denomina almacenamiento de apoyo, y la parte superior, que estaría a la misma altura que una torre de agua elevada, se denomina almacenamiento útil. ^[4]
• Sumidero : es una instalación de almacenamiento de agua de contingencia que no se utiliza para distribuir agua directamente. Por lo general, se construye bajo tierra en forma circular con una cúpula en la parte superior sobre el suelo. El agua de un sumidero se bombea a un depósito de servicio cuando se necesita. ^[12]

Las instalaciones de almacenamiento suelen estar ubicadas en el centro de las ubicaciones de servicio. Estar en la ubicación central reduce la longitud de las tuberías principales hasta las ubicaciones de servicio. Esto reduce la pérdida por fricción cuando el agua se transporta por una tubería principal. ^[4]

• Instalaciones de almacenamiento
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  Depósito de almacenamiento subterráneo
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  Depósito de agua terminado descubierto
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  Tanque de almacenamiento en tierra
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  Tanque de almacenamiento elevado esférico
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  Tanque de almacenamiento elevado compuesto
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  Tanque de almacenamiento elevado Hydropillar
• 
  Tubo vertical

En general, un sistema de distribución de agua se puede clasificar como de diseño en cuadrícula, en anillo, radial o sin salida. ^[13]

Un sistema de cuadrícula sigue el diseño general de la cuadrícula vial con tuberías de agua y ramales conectados en rectángulos. Con esta topología, el agua puede suministrarse 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 de dimensionar el sistema. ^[13]

Un sistema en anillo tiene una tubería principal para cada camino y una tubería secundaria que se deriva de la principal para proporcionar circulación a los clientes. Esta topología tiene algunas de las ventajas de un sistema en cuadrícula, pero es más fácil determinar el tamaño. ^[13]

Un sistema radial distribuye agua en varias zonas. En el centro de cada zona, el agua se distribuye radialmente a los clientes. ^[13]

Un sistema sin salida es aquel que tiene tuberías de agua a lo largo de las carreteras sin un patrón rectangular. Se utiliza en comunidades cuyas redes viales no son regulares. Como no hay conexiones cruzadas entre las tuberías, el agua puede tener menor circulación y, por lo tanto, el estancamiento puede ser un problema. ^[13]

La integridad de los sistemas se desglosa en física, hidráulica y calidad del agua. ^[3]

La integridad física incluye cuestiones relacionadas con la capacidad de las barreras para impedir 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 adecuada del agua dentro de las tuberías a lo largo de los sistemas de distribución. También incluye la circulación y el tiempo que el agua viaja dentro de un sistema de distribución, lo que tiene un impacto en 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]

Los análisis se realizan para ayudar en el diseño, operación, mantenimiento y optimización de los sistemas de distribución de agua. Existen dos tipos principales de análisis: hidráulicos y de comportamiento de la calidad del agua a medida que fluye a través de un sistema de distribución de agua. ^[14] Optimizar el diseño de 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 uso de técnicas de optimización matemática puede generar ahorros sustanciales en la construcción de este tipo de infraestructuras. ^[16]

Los peligros en los sistemas de distribución de agua pueden presentarse en forma microbiana, química y física. ^[6]

La mayoría de los microorganismos son inofensivos en 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 de 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, obras de agua y tanques de almacenamiento abiertos. ^[6]

Los peligros químicos son los derivados de la desinfección , la lixiviación de materiales y accesorios de tuberías y los productos químicos utilizados en el tratamiento del agua. ^[6]

Los peligros físicos incluyen la turbidez del agua, los olores, los colores, las incrustaciones que son acumulaciones de materiales dentro de las tuberías debido a la corrosión y la resuspensión de sedimentos. ^[6]

Existen varios organismos en todo el mundo que crean normas para limitar los riesgos en los sistemas de distribución: NSF International en América del Norte; el Comité Europeo de Normalización , la British Standards Institution y el Umweltbundesamt en Europa; la Asociación Japonesa de Normas en Asia; Standards Australia en Australia; y la Organización Nacional de Normas de Brasil en Brasil. ^[6]

La contaminación por plomo en el agua potable puede deberse a la lixiviación del plomo que se utilizó en antiguas tuberías de agua, líneas de servicio, uniones de tuberías, accesorios y griferías de plomería. Según la OMS, la principal fuente 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 metálicas de las tuberías y las conexiones de 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 la liberación de metales traza como plomo, cobre o cadmio en el agua. La exposición al plomo puede causar retrasos en el desarrollo físico y mental de los niños. La exposición prolongada al cobre puede causar daños en el hígado y los riñones. La exposición prolongada o elevada al cadmio puede causar daños en varios órganos. La corrosión de las tuberías de hierro hace que el agua tenga un color oxidado o rojo. La corrosión de las tuberías de zinc y hierro puede causar un sabor metálico. ^[17]

Se pueden utilizar diversas técnicas para controlar la corrosión interna, por ejemplo, el ajuste del nivel de pH , el ajuste de carbonato y calcio para crear carbonato de calcio como revestimiento de la superficie de las tuberías y la 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 corrosión. Esto reduce la posibilidad de lixiviación de metales traza de los materiales de las tuberías al agua. ^[18]

La limpieza de hidrantes es la liberación programada de agua desde hidrantes contra incendios o hidrantes de limpieza especiales para purgar el hierro y otros depósitos minerales de una tubería principal de agua. Otro beneficio de usar hidrantes contra incendios para limpiar tuberías principales de agua es comprobar si el agua que se suministra a los hidrantes contra incendios tiene la presión adecuada para combatir el fuego. Durante la limpieza de hidrantes, los consumidores pueden notar un color oxidado en el agua, ya que los depósitos de hierro y minerales se remueven en el proceso. ^[19]

Después de que las tuberías principales de agua estén en servicio durante mucho tiempo, se producirá un deterioro estructural, de la calidad del agua y del rendimiento hidráulico. El deterioro estructural puede ser causado por muchos factores. Las tuberías a base de metal desarrollan corrosión interna y externa, lo que hace que las paredes de la tubería se adelgacen o se degraden. Con el tiempo, pueden tener fugas o reventar. 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 la formación de incrustaciones, sedimentación y biopelículas. Las incrustaciones son 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 en el agua, lo que se denomina tuberculación. La sedimentación se produce cuando los sólidos se depositan dentro de las tuberías, generalmente en los huecos entre las acumulaciones de incrustaciones. Cuando hay un cambio en la velocidad del flujo de agua (como el uso repentino de una boca de incendios), los sólidos sedimentados se agitarán, lo que provocará que el agua se decolore. Las biopelículas pueden formarse en tuberías con una gran cantidad de incrustaciones y, por lo tanto, con superficies rugosas, donde se permite el crecimiento de bacterias, ya que cuanto mayor sea la rugosidad de la pared interior, más difícil será para el desinfectante matar las bacterias en la superficie de la pared de la tubería. El deterioro hidráulico que afecta las presiones y los flujos puede ser el resultado de otro deterioro que obstruya el flujo de agua. ^[20]

Cuando llega el momento de renovar la tubería principal, hay muchas consideraciones a tener en cuenta a la hora de elegir el método de renovación. Puede ser un reemplazo por zanja abierta 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]

• Métodos de renovación de la red de agua
• 
  Reemplazo de tubería principal de agua a zanja abierta
• 
  El hidrante de alimentación suministra agua a una tubería de derivación temporal.
• 
  Conexión de servicio de una tubería de derivación temporal
• 
  Boca de incendio temporal

Cuando se utiliza un método de rehabilitación in situ, una ventaja es el menor costo, ya que no hay necesidad de excavar a lo largo de toda la tubería principal de agua. Solo se excavan pequeños pozos para acceder a la tubería principal de agua existente. Sin embargo, la falta de disponibilidad de la tubería principal de agua durante la rehabilitación requiere la construcción de un sistema de derivación de agua temporal para que sirva como tubería principal de agua en el área afectada. ^[21] Un sistema de derivación de agua temporal (conocido como tubería de derivación temporal ^[22] ) debe diseñarse cuidadosamente 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. Se pueden realizar conexiones de servicio temporales a las casas a la tubería temporal. Entre las muchas formas de hacer una conexión temporal, una común es conectar la conexión de servicio temporal a una manguera de jardín. La tubería temporal también debe agregar hidrantes temporales para protección contra incendios. ^[23]

Como el trabajo en las tuberías principales de agua puede 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 servicios 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 del proyecto. ^[24]

• Red de abastecimiento de agua
• Calefacción urbana para sistema de distribución de agua caliente