Conceptos Fundamentales en Redes Hidráulicas

1. Funciones de las ventosas en las conducciones forzadas y dónde deben instalarse.

Son dispositivos que se instalan en los puntos altos de las conducciones donde se acumula el aire, para permitir su entrada y salida.

• Evacuación de aire durante el llenado: Mediante un gran orificio a través del cual se extrae un caudal elevado a bajas presiones.
• Evacuación de aire durante el funcionamiento normal: Mediante un pequeño orificio, extrae bajos caudales a la presión de funcionamiento de la conducción.
• Introducción de aire durante el vaciado: Mediante un gran orificio por el cual se introducen elevados caudales de aire.

2. Problemas que pretenden resolver mediante la instalación de depósitos de compensación y cola.

Resuelven el aumento de consumo y su consecuente disminución de presión. También abordan la discriminación horaria de las tarifas eléctricas, que hace recomendable el aumento del caudal en horas valle y llano para garantizar un mayor volumen de regulación.

3. Características de las válvulas de compuerta y su idoneidad para la regulación. Justificación.

Presentan gran robustez y cierre hermético (buena estanqueidad). No producen obstáculos al paso del agua cuando están completamente abiertas, por lo tanto, generan pérdidas de carga muy bajas. No permiten una maniobra rápida y funcionan mal con cierre parcial, por lo tanto, no son adecuadas para regulación.

4. Razones por las que no conviene que la presión en las instalaciones de abastecimiento y distribución de agua sea muy elevada.

Aunque se considera un rango aceptable entre 40 y 60 m.c.a., si las presiones son altas (superiores a 60 m.c.a.), se encarece la red, provoca consumos energéticos elevados y causa ruidos, vibraciones y averías. Además, incrementa el caudal consumido y el volumen de fugas.

Para dar una calidad de servicio similar en cuanto a presiones, es necesario uniformizar la presión en la red.

5. Ventajas de una red doble respecto a una red unitaria.

La ventaja principal es que en la red doble circulan (discurren) conjuntamente dos redes transportando agua de distinta calidad y/o presión. Otra ventaja es que los costes de tratamiento para el agua son menores, porque no es preciso potabilizarla toda.

6. Ventajas de la red unitaria frente a la doble.

Es más habitual y abastece con el mismo tipo de agua a todos los servicios. Sus ventajas son: Menor coste, simplicidad de diseño, operación y mantenimiento.

7. Explica para qué sirven las válvulas de alivio y cómo actúan.

Su función es la de protección del sistema. Solo funcionan si sucede un acontecimiento extraordinario. Son las encargadas de limitar la presión máxima que se puede alcanzar.

8. Principales criterios de diseño de las redes de abastecimiento.

• Criterio de Presión:
  • Presión mínima (P.min): Debe ser 15 m.c.a. más la altura a abastecer.
  • Presión máxima (P.máx): Debe ser menor a 60 m.c.a., la recomendable es 40 m.c.a. Presiones altas encarecen la red, producen ruidos, vibraciones y fugas.
  • Debe ser uniforme en la red para dar calidad al servicio y tener pérdidas pequeñas.
• Criterio de Caudal:
  • El caudal de diseño debe ser el caudal punta, en función del número de habitantes.
  • Caudal de incendios: 8,33 l/s si hay menos de 5000 hab.; 16,66 l/s si hay más de 5000 hab.
  • Se comprueba que la suma de estos caudales en los puntos de menor presión sea > 10 m.c.a.
• Criterio de Velocidad:
  • La velocidad está relacionada con el diámetro de la tubería. La elección más adecuada será la que permita minimizar los costes, asegurando que todo funciona sin problemas.
  • Debe estar entre 0,6 y 2,3 m/s, con un valor mínimo de 0,3 m/s.
• Criterio de Diámetro:
  • Diámetros mínimos que puedan garantizar: Capacidad de transporte de caminos alternativos en caso de averías, presiones uniformes en toda la red, y los caudales de riego e incendios.
  • Con boca de riego: 80 mm. Con caudal de incendios de 8,33 l/s: 100 mm. Con caudal de incendios de 16,66 l/s: 150 mm.

9. Comprobación de incendios en una red de distribución.

Consiste en sumar el caudal de diseño y el caudal de incendio en los puntos de menor presión, y comprobar que la presión en todos los puntos es mayor a 10 m.c.a. Si esto no se cumple, hay que modificar la red hasta conseguir la presión suficiente. En poblaciones pequeñas, el caudal de incendios condiciona totalmente el diseño de la red.

10. Cavitación en válvulas.

Puede aparecer en funcionamiento en una válvula de regulación.

Es la vaporización del agua debido a que las presiones en el interior de la válvula caen por debajo de la presión de vapor, lo que produce el colapso de las burbujas.

Puede ser causa de: ruidos, vibraciones, daños físicos a los materiales de las válvulas.

Factores que aumentan la cavitación: mayor velocidad del agua, mayor caída de presión a través de la válvula, menor presión aguas abajo.

11. Tipos de válvulas de protección.

• Válvula de retención: Impiden la circulación del agua en sentido contrario al previsto.
• Válvula de alivio: Limita la presión máxima que se puede alcanzar.
• Válvula anticipadora de onda: Limita la presión máxima generada por un transitorio, especialmente en impulsiones.
• Válvula de sobre-velocidad o anti-inundaciones: Cierra cuando la velocidad o caudal aumentan por encima del valor fijado.

12. Cavitación en bombas centrífugas.

Vaporización de agua y posterior colapso de las burbujas de vapor.

• Causa: Presión absoluta < presión de vapor del agua.
• Efectos: Baja capacidad, bajo rendimiento y daños físicos en la bomba.
• Comprobación: Se debe cumplir que NPSHd > NPSHr + 1.

13. Regulación del caudal en estación de bombeo.

Se puede modificar la curva resistente del sistema o la curva característica de bombeo.

• Modificar la curva resistente: Actuar en la válvula de regulación a la salida de la bomba, introduciendo pérdidas.
• Modificar la curva característica:
  1. Poner en marcha y parada de bombas en paralelo.
  2. Variar la velocidad de giro de la bomba (mediante variador de frecuencia).

14. Elementos de un depósito.

• Cubierta: Cierra el depósito y evita la entrada de objetos y agua. Debe ser impermeable para garantizar la estanqueidad. Pendiente mínima de 2% para evitar acumulación de agua de lluvia. Aislamiento térmico con capa de gravas > 30 cm.
• Muros del depósito:
  • De recinto: Cierra el depósito en todo su perímetro.
  • Divisorio: Muros internos que crean compartimentos, facilitando la limpieza y reparación.
  • Tabiques-guía: Fuerzan el agua a seguir un recorrido, evitando el estancamiento.
• Chimeneas de aireación: Mantienen la presión atmosférica dentro del depósito (función principal), permiten el llenado rápido y mantienen el agua normalmente aireada. Deben estar protegidas.
• Tuberías:
  • Tuberías de suministro y distribución: Si el depósito tiene varios compartimentos, se calculan todas las tuberías en la hipótesis de que uno esté fuera de servicio.
  • Tubería de aliviadero: Debe ser capaz de evacuar el mismo caudal que llega con el depósito lleno.
  • Tubería de desagüe: Dimensionada según el tiempo en que se debe vaciar, con capacidad para soportar el caudal necesario.
  • Tubería de salida de agua (distribución): Tubo embebido en la solera o en el muro del recinto.
• Cámara de llaves: Habitación donde se agrupan todas las válvulas necesarias para el manejo de las conducciones, aparatos de medición, y si es posible, instalaciones de toma de muestras. Deben ser amplias para facilitar la instalación, mantenimiento y retirada de cualquier elemento.
• Indicadores de nivel: Permiten conocer el volumen de agua almacenado y medir puntos máximo y mínimo de nivel para maniobrar las bombas de llenado.
• Aparatos de aforo: Controlan caudales entrantes y salientes, permiten conocer y detectar fugas, y registran el volumen acumulado y el volumen almacenado.

Conceptos Fundamentales en Redes de Saneamiento

15. Qué condiciones deben darse para que sea conveniente instalar un aliviadero en una red de alcantarillado.

Los aliviaderos aparecen en los sistemas unitarios para aliviar una mezcla de aguas residuales y pluviales a un cauce. La colocación de un aliviadero exige:

• Que la relación entre aguas residuales y pluviales asegure un mínimo de dilución (el rango habitual está entre 3 y 5).
• Que exista un cauce donde pueda verterse el agua aliviada.

16. En qué tipo de redes conviene instalar imbornales, en cuáles sumideros y por qué.

La finalidad de ambos es recoger el agua que corre en la superficie y pasarla a la red de colectores.

• Imbornales: Se utilizan en sistemas separativos. No tienen depósito para almacenar los sólidos arrastrados por el agua, por lo que se colocan en redes de pluviales.
• Sumideros: Se utilizan en redes unitarias. Tienen depósito para sólidos y, para evitar los olores provocados por la putrefacción, llevan un sifón.

17. Con qué criterios se decide la colocación de los pozos de registro en un colector.

La misión principal es permitir la comunicación de los colectores con el exterior, facilitando el acceso para la inspección y limpieza. La separación entre los pozos de registro depende de si la red es visitable o no. Si la conducción es visitable, se colocarán de forma que tengan un cómodo acceso. Cuando el colector no es visitable, conviene situar los pozos de registro en todos aquellos puntos que supongan un cambio de dirección, pendiente o cuando se produzca un cruce o unión entre colectores.

Considerando las operaciones de limpieza, se deben colocar los pozos de registro con una separación que oscila entre los 25 y 75 m.

18. Explica cuáles son las principales funciones que deben asegurar las redes de saneamiento y drenaje urbano.

• Función Sanitaria: Evacuar las aguas residuales para evitar problemas de salubridad a la población.
• Función Anti-inundación: Evacuar las aguas pluviales durante los episodios de lluvia, evitando de esta manera fenómenos de desbordamiento, exceso de escorrentía superficial e inundaciones. En definitiva, garantizar la seguridad de las actividades ciudadanas durante los episodios de lluvia.
• Función Anti-Contaminación: Evitar que se produzcan vertidos con alta carga contaminante al medio receptor durante episodios de lluvia.

19. Qué factores influyen en la formación de ácido sulfhídrico en el interior de redes de saneamiento. Qué riesgos tiene la presencia de este compuesto.

Se produce en la red de saneamiento por la degradación bacteriana de la materia orgánica en condiciones anaerobias (requiere la presencia de materia orgánica y sulfatos).

Se libera como gas (equilibrio agua-aire) y se dispersa en la atmósfera del interior de la alcantarilla.

Es un gas inflamable, incoloro y con olor característico. Al acumularse en puntos bajos (pozos), puede causar víctimas (operarios de mantenimiento) debido a su toxicidad y desplazamiento del oxígeno.

20. Indica en qué consiste una red de saneamiento separativa y en qué casos podrá ser recomendable utilizar este tipo de red.

En una red separativa, el agua residual y el agua pluvial se conducen por dos redes distintas.

Se utiliza para:

• Controlar mejor el agua que llega a la EDAR, de manera que el volumen de agua que alcanza la EDAR sea menor y no tengamos que sobredimensionarla, con los costes elevados tanto de construcción como de mantenimiento que supondría.
• Evitar que la red entre en carga, evitando de este modo reboses de aguas residuales de la red en tiempos de lluvia.
• Ajustar mejor las velocidades de funcionamiento de la red.