CIV 338, VI TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

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UNIDAD VI. TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA
 
6.1. 	Definición
6.2. 	Capacidad del tanque de almacenamiento
6.3. 	Ubicación
6.4. 	Tipos de tanques de almacenamiento
6.5. 	Tiempo de vaciado de los tanques
6.6. 	Accesorios complementarios
6.7. 	Metodología para el diseño de tanques de almacenamiento
6.1. 	DEFINICION
 
Los tanques de almacenamiento de agua son depósitos que se construyen en el sistema de distribución de agua para garantizar un mejor servicio del mismo. 
Las funciones que deben cumplir estos tanques son: 
a. 	Almacenar una determinada cantidad de agua durante el periodo de baja demanda para utilizarla en las horas de alta demanda.
 
b. 	Mantener almacenada cierta 	cantidad de agua para situaciones de emergencias.
 
c. 	Mantener las presiones adecuadas en la red. 
6.2. 	CAPACIDAD DEL TANQUE DE 	ALMACENAMIENTO
 
La capacidad del tanque de almacenamiento, será igual al volumen que resulte mayor de las siguientes consideraciones: 
 
a. 	Volumen de regulación 
b. 	Volumen contra incendio
c. 	Volumen de reserva
VOLUMEN DE REGULACIÓN
El volumen de regulación requerido por un sistema de distribución de agua, es aquel que deberá ser capaz de compensar las variaciones entre el gasto con el que la fuente alimenta el servicio y el gasto de consumo a cada instante (ver figura 6.1).
Figura 6.1. Representación gráfica del volumen de regulación 
Este volumen podrá ser determinado por dos métodos:
Método analítico
Método gráfico en base a las curvas de demanda de cada población y las curvas de suministro de agua (diagrama de RIPPL o diagrama de caudales acumulados) (ver figura 6.2).
Figura 6.2. Representación gráfica del volumen de regulación 
Método analítico
Este método plantea que se debe considerar el volumen de regulación entre el 15 y el 30% del consumo máximo diario si el sistema es por gravedad.
Si el sistema es por bombeo, se considerara este volumen entre el 15 y el 25% del caudal máximo diario, de acuerdo al número y duración de los periodos de bombeo, así como los horarios en que se hayan previsto dichos bombeos.
SISTEMA POR GRAVEDAD
Vregulación = (0,15  0,30) Vmáxd
SISTEMAS POR BOMBEO 
 Vregulación = (0,15  0,25) Vmáxd
Donde:
Vregulación: Volumen de regulación, en (m3)
Vmáxd:	Volumen máximo diario, en (m3) y se determina como:
Vmaxd = Qmáxd · t
Siendo:
Qmáxd: Caudal máximo diario, en (m3/día)
t:	Tiempo estimado para el cálculo del volumen igual a 1 (día)
VOLUMEN CONTRA INCENDIOS
Este 	 es el volumen destinado a garantizar un abastecimiento de agua, en caso de una emergencia, para combatir incendios.
 
Para el cálculo de este volumen se considera un tiempo de duración del incendio (t = 2 hr), ya que es tiempo que considera la norma que debe durar en Bolivia un incendio de acuerdo con el equipamiento que tienen los bomberos.
Vincendio = Qi * t (m3)
 
Donde:
Vincendio: 	Volumen contra incendio, en (m3)
Qi: 	Caudal contra incendio, en (m3/h)
t = 	Tiempo que considera la Norma Boliviana que dura un incendio, se deberá adoptar igual a 2 (hr)
VOLUMEN DE RESERVA
Esta consideración prevé el abastecimiento de agua durante los periodos de reparaciones de los sistemas de toma, conducción, tratamiento y/o en los casos de falla del sistema de bombeo.
 
La norma boliviana recomienda calcular el volumen de reserva a partir de considerar un tiempo de 4 (hr) del consumo máximo diario (Qmáxd).
Vreserva = Qmáxd * t
	
Donde:
Vreserva: Volumen de reserva, en (m3)
Qmáxd: Caudal máximo diario, en (m3/h)
t : Tiempo que recomienda la norma igual a 4 (hr)
6.3. 	UBICACIÓN
 
Los tanques de almacenamiento se localizaran lo más cerca posible de la red de distribución, teniéndose en cuenta la topografía de la zona objeto de estudio y el mantenimiento de las presiones adecuadas en el sistema. 
De preferencia los tanques elevados convienen situarlos en una zona opuesta al punto de alimentación de la red consiguiéndose de ese modo una mejor distribución de las presiones (ver figura 6.3 y 6.4). 
Figura 6.3. Recomendaciones para la ubicación de los tanques en la red 
Figura 6.4. Comportamiento de las presiones en la red según la ubicación del tanque 
6.4. 	TIPOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO
 
Existen dos tipos de tanque de almacenamiento:
 
a.	Tanques superficiales
b. 	Tanques elevados
a.	TANQUES SUPERFICIALES 
 
Son los que se conocen como apoyados o semi-enterrados. Este tipo de tanque se recomienda construirlo cuando la topografía del terreno lo permite, y garantiza las presiones adecuadas en los puntos de la red (ver figura 6.5). 
Figura 6.5.	Condiciones ideales para colocar tanques superficiales
TANQUE SUPERFICIAL
Cuando los requisitos de capacidad sean grandes, en el diseño de los tanques superficiales se deberán tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
1.	En tanques unitarios, se recomienda la colocación de un By - Pass que permita mantener el servicio mientras se efectúa el lavado o el mantenimiento del tanque (ver figura 6.6).
2.	La tubería de rebose del tanque descargara a la tubería de limpieza del mismo, las cuales conducirán a una descarga final lejos del tanque para no comprometer la estructura (ver figura 6.6). 
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
3.	Se instalaran válvulas de compuerta en toda las tuberías del tanque, a excepción de las de rebose:
 
-	tubería de entrada
-	tubería del By - Pass
-	tubería de salida
-	tubería de desagüe
4.	Este tipo de tanque deberá tener una cubierta protectora con tapa de acceso sanitario.
 
5.	Deberán incluirse accesorios, tales como:
 
-	Ventiladores
-	Escaleras de acceso
-	Aberturas de acceso
-	Cámara de válvulas
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
Estos tanques podrán ser de hormigón o de mampostería de ladrillos, acero, asbesto cemento, fibrocemento, etc. 
 b.	TANQUES ELEVADOS 
 
En el diseño de los tanques elevados deberán tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
1.	Que el nivel mínimo de agua en el tanque sea suficiente para conseguir las presiones adecuadas de la red (ver figura 6.7).
Figura 6.7. Tanque de almacenamiento elevado
 2. 	Las tuberías de rebose y de desagüe sean interconectadas a un nivel accesible y su descarga se realice lejos del tanque, para no comprometer la estructura. 
Figura 6.7. Tanque de almacenamiento elevado
3.	Se instalaran válvulas de compuerta en toda las tuberías del tanque, a excepción de las de rebose:
 
-	tubería de entrada
-	tubería del By - Pass
-	tubería de salida
-	tubería de desagüe
4. 	En tanques unitarios se recomienda utilizar un By - Pass que permita mantener el servicio 	mientras se efectúa el lavado o el mantenimiento del tanque. 
 
5. 	Deben ser construidos con una cubierta protectora y una 	abertura de acceso.
Figura 6.7. Tanque de almacenamiento elevado
6.	Deberán incluirse accesorios, tales como:
 
-	Ventilación
-	Escaleras de acceso
-	Aberturas de acceso
-	Cámara de válvulas
-	Pararrayos 	 
-	Señalizaciones luminosas 
7.	Estos tanques podrán construirse de acero, hormigón armado, hormigón pretensado 	 o pos tensado, asbesto cemento, fibra de vidrio, etc. 
 
En los tanques de regulación se colocarán dispositivos que permitan controlar el nivel máximo de agua (ver figura 6.8).
Figura 6.8. Tanque de almacenamiento elevado
TANQUE DE ALMACENAMIENTO ELEVADO
TANQUE DE ALMACENAMIENTO ELEVADO
TANQUE DE ALMACENAMIENTO ELEVADO
TANQUE DE ALMACENAMIENTO ELEVADO
6.5. 	TIEMPO DE VACIADO DE LOS 	TANQUES
 
Se recomienda que el tiempo de vaciado del tanque no se exceda de las 2 a 4 (hr). Para su cálculo se recomienda usar la siguiente expresión:
Donde:
T: 	Tiempo de vaciado (s)
S:	Superficie del tanque (m2)
H:	Carga sobre el desagüe (m)
m:	Coeficiente de contracción (0.60  0.65)
W:	Área del dispositivo de desagüe (m2)
g= 9,81 (m/s2): Aceleración de caída libre
6.6. 	ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS
 
a)	Tubería de entrada o de llegada
 
Su diámetro estará definido por la tubería de aducción o conductora.Se deberá colocar una válvula de igual diámetro que la tubería antes de la entrada al tanque. 
Adicionalmente se deberá prever una tubería de By-Pass para atender situaciones de emergencia o en caso de mantenimiento y reparación del tanque, garantizando el servicio continuo. Esta tubería deberá colocarse antes de la válvula de entrada al tanque y en ella se colocara una válvula de regulación (ver figura 6.6).
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
b.	Tubería de salida
 
Su diámetro será el correspondiente al de la tubería principal de la red de distribución, se deberá colocar una válvula con el propósito de aislar el tanque, en caso de mantenimiento o reparación (ver figura 6.6.). 
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
La tubería de salida deberá estar ubicada a una altura mínima de D/3 a D/2 entre la parte inferior de la tubería y el fondo del tanque, con un mínimo de 10 (cm).
 
La distancia horizontal entre la salida y la pared más próxima del tanque debe ser como mínimo igual D/2, con un valor mínimo de 10 (cm).
c.	Dispositivos de limpieza
 
Todo tanque de almacenamiento deberá tener un dispositivo para limpieza del mismo. Los tanques con capacidad mayor a 20 m3, deberán contar con una cámara de limpieza ubicada por debajo del nivel del piso que permita drenar toda el agua del tanque.
Para la limpieza del tanque deberá colocarse una tubería de lavado, cuyo diámetro deberá ser tal que facilite el vaciado del tanque, en un tiempo no mayor a 2 horas.
El fondo del tanque deberá contar con una pendiente no menor al 1% hacia la tubería de lavado o cámara de limpieza. 
 
La tubería de lavado, se deberá colocar en el fondo del tanque o de la cámara de limpieza y estará provista de una válvula. Esta tubería no deberá descargar directamente en el alcantarillado (ver figura 6.6). 
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
d.	Tuberías de rebose
 
Todo tanque de almacenamiento deberá contar con una tubería de rebose, la misma se conectara con descarga libre a la tubería de limpieza, permitiendo la descarga del exceso de agua dentro del tanque en cualquier momento, para lo cual no se colocará válvula.
El diámetro de la tubería de rebose deberá ser igual mayor que el diámetro de la tubería de llegada, evitándose en todo momento cualquier presión sobre la tapa, su cálculo se realizara para un caudal igual al de llegada al tanque (ver figura 6.6).
Figura 6.6. Tanque de almacenamiento superficial 
e.	Ventilación 
Todo tanque de almacenamiento deberá contar con un dispositivo de ventilación, dotado de una protección para evitar el ingreso de insectos y animales hacia el interior del mismo (ver figura 6.6).
f.	Medidor de Caudal
 
Se recomienda colocar un medidor de caudal a la salida del tanque, de manera que permita registrar los volúmenes suministrados en forma diaria, así como las variaciones del caudal.
g.	Otros accesorios 
 
El tanque de almacenamiento deberá estar provisto de:
 
-	Controles de nivel
-	Cámaras de visita dotadas de tapas sanitarias
-	Escaleras de acceso al exterior e interior del tanque
-	Cámara de válvulas 
-	De un bordo libre, por encima del nivel de aguas normales, no menor a 20 cm, a fin de contar con un espacio de aire ventilado y una capacidad para los excesos de agua.
6.7. 	METODOLOGIA PARA EL DISEÑO DE 	TANQUES DE ALMACENAMIENTO
 
Datos que se necesitan:
-	Tipo de alimentación del sistema
-	Caudal máximo diario
-	Caudal contra incendio
 
Pasos:
1º.	Cálculo del volumen de regulación
Sistemas por gravedad 
 
Vregulación = (0,150,30) Vmaxd
Sistemas por bombeo
Vregulación = (0,15  0,25) Vmaxd
Vmáxd = Qmáxd . t
t = 1 día
2º.	Cálculo del volumen contra 	incendio
 
Vincendio = Qi * t (m3)
t = 2 hr
3º.	Cálculo del volumen de reserva
 
Vreserva = Qmáxd * t
t = 4 hr
4º)	Cálculo de la capacidad del tanque 	de almacenamiento (Vtanque)
 
El volumen del tanque de almacenamiento (Vtanque) será igual al volumen que resulte mayor, de los calculados en los pasos anteriores. 
Vtanque = mayor valor de los calculados
5º.	Cálculo de las dimensiones del 	tanque
Para ello se debe:
 
a.	Suponer una altura útil del tanque (hútil)
Se recomienda asumir:
hútil = 2,00 – 2,50 (m)
 
b.	Calcular la superficie del tanque (S)
 
S = Vtanque / hútil (m2)
c)	Calculo del largo (L) y el ancho (a) del tanque
 
Suponiendo una relación 1:1 se tiene que:
 
 L = a = (S)0,5
d.	Suponer un valor de bordo libre (BL) 
BL = 0,20  0,30 (m) 
e.	Suponer la altura libre desde el fondo del tanque hasta la solera del tubo de salida 
h1  	0,10 (m)
 
f.	Cálculo de la altura total del tanque (Ht) 
 
Ht = hútil + BL + h1 (m) 
Ver la representación gráfica en la figura 6.8.
Figura 6.8. Representación de las dimensiones del tanque de almacenamiento 
6º.	Cálculo del tiempo de vaciado del tanque
 
 
Al calcular el tiempo de vaciado, se deberá tener en cuenta que éste se encuentre entre 2 a 4 horas. En caso de que éste requisito no sea cumplido, se deberá corregir las dimensiones del tanque, hasta ajustar el tiempo en el rango establecido por la norma.
7º.	Ubicación del tanque
 
Para la ubicación del tanque, debe tenerse en cuenta las recomendaciones del acápite 6.3.
 
8º.	Conclusiones de diseño
 
Donde se deberá tener en cuenta las recomendaciones acerca de estas estructuras, contenidas en esta unidad.
 
Las características y dimensiones del tanque, se resumen finalmente en la tabla 6.1.
	 
Parámetro	 
Símbolo	 
Unidad
	Volumen útil del tanque	V	(m3)
	Altura útil del tanque	hútil	(m)
	Superficie del tanque	S	(m2)
	Ancho del tanque	a	(m)
	Largo del tanque	L	(m)
	Bordo libre	BL	(m)
	Altura del fondo del tanque a la invertida de la tubería de salida	h1	(m)
	Altura total del tanque	Ht	(m)
	Altura del nivel del terreno al fondo del tanque	Htanque	(m)
Tabla 6.1. Características y dimensiones del tanque
FIN
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h
S
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