1

Elementos de una red de saneamiento (II)

Referencias

[1] White. 1994. Mecánica de Fluidos. McGraw-Hill.

[2] Ingeniería de aguas residuales. Redes de alcantarillado y bombeo. Metcalf & Eddy. 1995. Ed. McGraw-Hill.

[3] Hernández-Muñoz & Hernández-Lehman. 2004. Manual de saneamiento URALITA. Ed. Thomson-Paraninfo.

[4] EMASESA. Instrucciones técnicas para redes de saneamimento (PD 00512).

2

Se emplean cuando la salida de una alcantarilla estésituada en una masa de agua sujeta a apreciables

fluctuaciones de nivel.

Compuertas de retención

Consiste en una clapeta oscilante situada sobre un marco de asiento inclinado. Ésta se abre cuando la presión en la alcantarilla es superior a la presión en el punto de vertido y cierra en caso contrario.

Alc

anta

rilla

Med

io r

ecep

tor

Depósitos que se sitúan en los extremos superiores de las derivaciones desde los que se realizan descargas bruscas

de agua, para la limpieza de la alcantarilla, evitando la aparición de sedimentaciones permanentes.

Cámaras de descarga

Constan de1.- Un depósito cuya capacidad puede oscilar entre 500 litros y 10 m3, según la importancia de la alcantarilla.2.- Una entrada de agua provista de un regulador que garantice un llenado lento del depósito. 3.- Un sistema de descarga brusca, que puede ser manual aunque generalmente es automático. 4.- Un tubo aliviadero que impide el desbordamiento del depósito en caso de fallo del sistema de descarga.

3

Ventilación

Elementos que garantizan la existencia condiciones aerobias en los colectores y evitan la retención de gases

en puntos altos de sumideros.

Ventilación natural

1) Instalación de chimeneas de tiro que desembocan sobre los tejados de los edificios. Altura de las chimeneas: 9 m sobre la calzada. Diámetro interior: 20 cm. Colocación cada 250-300 m.

2) Uso de los tubos de bajada de aguas pluviales de los edificios como elementos de ventilación.

Ventilación forzada

Colocación de extractores de aire en puntos altos de la red. Inconvenientes: carestía de sus instalaciones, longitud de las tuberías que disminuye la acción de la aspiración y alto coste de explotación.

4

Presencia de obstáculos

Río

Pozo de registro

Pozo de registro

Adaptaciones de la red a la topografía

Sifónes

Adaptaciones de la red a la topografía

Pendiente insuficiente

Desagüeh

h

Estaciones de bombeo

5

Adaptaciones de la red a la topografía

Pendiente excesiva

Desagüe

Rápidos

Tramos de las alcantarillas que quedan por debajo de la línea piezométrica, por tener que salvar un obstáculo (p.ej.

ríos, o vías soterradas).

Sifones

6

Tramos de las alcantarillas que quedan por debajo de la línea piezométrica, por tener que salvar un obstáculo (p.ej.

ríos, o vías soterradas).

Sifones

La tubería de la conducción trabaja a presión y une dos colectores en lámina libre situados en sus extremos � Los sifones invertidos se construyen normalmente de fundición dúctil, hormigón armado u otro tipo de tubería de presión.

Difícilmente visitables � Velocidad mínima de 1 m/s o más para aguas residuales domésticas y 1.25 a 1.5 m/s para aguas pluviales, para evitar acumulación de sólidos � Instalar varias tuberías, en lugar de una sola, para mantener velocidades adecuadas en todo momento.

7

Rápidos

Puntos singulares en los que se pretende romper la carga del agua sin provocar velocidades excesivas.

Ejemplo – Solera en cascada

¿Cuando se instalan bombas en la red de saneamiento?

Instalaciones de bombeo

- La cota de la zona a servir es demasiado baja para que el agua residual pueda ser evacuada por gravedad a los colectores en proyecto

- Se quiere dar servicio a zonas situadas en el exterior de la cuenca vertiente, pero perteneciente al término a sanear

- La topografía urbana es tal que las alcantarillas, para tener suficiente pendiente, han de ser tan profundas que su coste de construcción resultaría muy elevado

8

Estación de bombeo

Bombas

Cámaras de aspiración o depósito de bombeo

Suministro eléctrico + grupo electrógeno

Tuberías y valvulería

Sistemas de control

Bombas

Desplazamiento positivo

Dinámicas

Contorno móvil que, por cambios de volumen, obligan al fluido a avanzar a través de la

máquina

Aportan cantidad de movimiento al fluido por medio de paletas, álabes giratorios o

dispositivos especiales

Rotativas Rotativas(centrífugas)

Alternativas

Pistón o émbolo Peristáltica

Especiales

de chorro

9

Bombas de tornillo

Valores típicos de diseño

α ≈ 30-38º

h < 9 mØ ≈ 0.3 – 3m

Q ≈ 0.01-3.2 m3s-1

h

Ø

Bombas centrífugas

fs hhzg

V

g

pz

g

V

g

pH −=

++−

++=

1

2

2

2

22 ρρ

Principio de conservación de energía para volúmenes de control

Altura manométrica Carga suministrada

Pérdidas decarga por fricción

∆≈

g

pH

ρSi V1 ≈ V2, y z1 ≈ z2 →

10

ωTPf =Potencia al freno

ω = velocidad angular del eje; T = par aplicado en el eje

gHQPw ρ=Potencia suministrada al fluidoo potencia útil

Q = caudal impulsado

T

gHQ

P

P

f

w

ω

ρη ==Rendimiento

Volumétrico MecánicoHidráulico

Curva característica de una bomba para una velocidad de rotación fija

Acoplamiento de bombas a una red

z1 = 10 m

z2 = 20 m

Bomba

Carga del sistema

HKD

fL

g

Vzz =

++− ∑∑

2

2

12

Principio de conservación de energía para volúmenes de control

Pérdidas de carga Altura manométrica

f (Q)

11

¿Caudales de bombeo variables?

Bombas de velocidad variable

3

1

2

1

2

1

2

≈

D

D

n

n

Q

Q

3

1

2

2

1

2

1

2

≈

D

D

n

n

H

H

5

1

2

3

1

2

1

2

1

2

≈

D

D

n

n

P

P

ρ

ρ

Reglas de semejanza

12

¿Caudales de bombeo variables?

Bombas de velocidad variable

Bombas conectadas en paralelo

BABA QQQ +<+

Control de bombas en paralelo y una sola

velocidad

f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) � f (z2-z1)

A

B

1Q

H

z2-z1

2

El aporte de agua a la cámara de aspiración es > caudal bombeado � el nivel z1 aumenta

3

13

Control de bombas en paralelo y una sola

velocidad

f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) � f (z2-z1)

A

B

1Q

H

z2-z1

2 3

El aporte de agua a la cámara de aspiración es < caudal bombeado � el nivel z1 disminuye5 4

Control de bombas en paralelo y una sola

velocidad

f ( nivel del agua en la cámara de aspiración) � f (z2-z1)

A

B

1Q

H

z2-z1

3

45

22 Punto de arranque

4 Punto de parada

Puntos de control

14

Dependerá de:1.- Caudal neto aportado ( i = caudal entrante – QA )2.- Caudal bombeado por A y B = QA+B

3.- Volumen (y área) de la cámara de aspiración

Hay, sin embargo, un tiempo mínimo de funcionamiento de la bomba θ. Se deben evitar ciclos de funcionamiento demasiado cortos. P.ej., para motores de potencia entre 75 y 200 kW, el tiempo entre arranques debe estar comprendido entre 20 y 30 mins. [2]

¿Cuánto dura el ciclo de funcionamiento de la bomba B?¿Cuanto dejamos que suba el nivel de agua en la

cámara de aspiración para arrancar la bomba B?

�El volumen de la cámara de control, V, debe ser determinado en función de los caudales y el tiempo mínimo de funcionamiento θ

Volumen de la cámara de aspiración

Q0 QA

i = Q0- QA

Q0

QA+B

V

i

Vt f =

(tiempo de llenado)

q = QA+B- QA iq

Vte

−=

(tiempo de vaciado)

i

V

iq

V+

−=θ

(tiempo de un ciclode bombeo)

15

i

V

iq

V+

−=θ ¿Cuál es el valor de i que hace mínimo a θ?

1

2ii

V−=

θ… es igual al valor de i que hace máximo V/θ

2

qi =Para el valor de θ es mínimo

q

V

q

V

qq

V

i

V

iq

V4

2/2/=+

−=+

−=θ V

q=⇒

4

θ

CRITERIOS de diseño de cámaras de aspiración

- Debe existir un tiempo de retención máximo en la cámara de aspiración para minimizar el potencial de desarrollo de condiciones sépticas y producción de olores (≈ 10 min para el caudal medio de proyecto).- Se requiere un intervalo de control de al menos 1 m entre los niveles máximo y mínimo.

Proyectos de saneamiento

• Memoria (describe los criterios y premisas que justifican la solución adoptada)• Anejos de cálculo justificativos

– Situación actual de la red de alcantarillado– Topografía– Estudio hidrológico– Cálculos hidráulicos– Cálculos mecánicos

• Planos– Situación– Planta de redes ya existentes– Planta de cuencas vertientes y puntos de conexión a la red– Planta de las obras a ejecutar– Perfiles longitudinales– Secciones tipo– Detalles de obras complementarias– Planta de servicios afectados

• Pliego de condiciones

[4]

16

Normativa española sobre redes de

saneamiento

• Pliego de prescripciones técnicas generales para tuberías de saneamiento del MOPTMA (Orden de 15 de septiembre 1986)– Condiciones generales– Elementos complementarios de la red � Pozos de registro,

imbornales/sumideros, acometidas domiciliarias, aliviaderos– Materiales– Ensayo de tubos y juntas– Tubos de hormigón en masa, hormigón armado, amianto cemento,

gres, PVC, HDPE ,PRFV– Instalación de tuberías– Pruebas de la tubería instalada

• Norma Tecnológica Española sobre Alcantarillado (NTE-ISA)– Diseño– Cálculo � canalizaciones / aliviaderos– Construcción – Control– Valoración y Mantenimiento

· Normas para la redacción de proyectos de abastecimiento y saneamiento de poblaciones, 2ª ed. Nov1976. D. Gral. de O.H. del MOPU.

· Norma UNE-EN-752.- UNE-EN 752-1: Generalidades y definiciones.

- UNE-EN 752-2: Requisitos de comportamiento.- UNE-EN 752-3: Proyecto.

- UNE-EN 752-4: Diseño hidráulico y consideraciones medioambientales.

- UNE-EN 752-5: Rehabilitación.- UNE-EN 752-6: Instalaciones de bombeo.

- UNE-EN 752-7: Operaciones y mantenimiento.

• Normas UNE sobre materiales, instalación y prueba en obra• Normativa Internacional (ASTM, AWWA, DIN, ISO) sobre materiales,

instalación y puesta en obra.• Cálculo de esfuerzos mecánicos en tuberías y selección de tubos –

Publicación del IRYDA (Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario).