Compra online el Manual de Sistemas de Distribución de Agua de McGraw-Hill; disponible en Royce Editores, la mejor y más grande librería de diccionarios y enciclopedias en México.
Este manual de sistemas de distribución de agua ha significado un gran esfuerzo para desarrollar un libro de consulta comprensible sobre sistemas de distribución de agua.
- Los temas tratados han sido los que el autor ha considerado más importantes para describir la situación actual del diseño, análisis modelizado y funcionamiento de las redes.
- Lo primero y más importante que se intenta conseguir con este manual es que sea una referencia para aquellos que necesitan ampliar sus conocimientos sobre este sistema. Este manual será de gran valor para los ingenieros, gestores, operadores, analistas y cursos master, relacionados con el diseño, análisis, operación, mantenimiento y rehabilitación de los sistemas de distribución de agua.
- Cada uno de los autores es un experto reconocido en este campo y todos ellos han publicado extensamente sobre esta materia.
El autor:
Larry W. Mays es profesor de ingeniería civil y medioambiental en la Arizona State University. Ingeniero reconocido profesionalmente en siete estados y renombrado hidrólogo, ha prestado servicio como asesor de muchas organizaciones. Experto en publicaciones sobre recursos de agua, ha publicado numerosas obras sobre sus investigaciones en gestión de recursos de agua.
¡ADVERTENCIA! Las primeras páginas del 1 a 156 en la parte inferior presenta manchas de agua.
Prólogo.
Agradecimientos.
Sobre el editor.
INTRODUCCIÓN.
1.1. Antecedentes históricos.
1.2. Aspectos históricos de los sistemas de distribución de agua.
1.2.1. Sistemas de abastecimiento de zonas urbanas en la Antigüedad.
1.2.2. Situación de los sistemas de distribución de agua en el siglo XIX.
1.2.3. Perspectivas del abastecimiento de agua en Estados Unidos.
1.2.4. Primeros métodos de cálculo del caudal de las tuberías.
1.3. Sistemas modernos de distribución de agua.
1.3.1. Visión global del sistema.
1.3.2. Componentes de Sistemas.
1.3.3. Funcionamiento del sistema.
1.3.4. El Futuro.
Referencias.
2. HIDRÁULICA DEL CAUDAL PRESURIZADO.
2.1. Introducción.
2.2. Importancia de los sistemas de tuberías.
2.3. Modelos numéricos: bases para el análisis de redes.
2.4. Hipótesis de modelización.
2.4.1. Propiedades de la materia (¿Qué?).
2.4.2. Leyes de conservación (¿Cómo?).
2.4.3. Conservación de la masa.
2.4.4. Segunda Ley de Newton.
2.5. Capacidad del sistema: problemas en el espacio y en el tiempo.
2.6. Flujo estacionario.
2.6.1. Flujo turbulento.
2.6.2. Pérdidas de carga producidas por fricción.
2.6.3. Comparación de relaciones de pérdida (de carga).
2.6.4. Pérdidas locales.
2.6.5. Fuerza tractora o de arrastre.
2.6.6. Cálculo de sistemas de aducción: flujo uniforme estable.
2.6.7. Bombas: adición de energía al caudal.
2.6.8. Muestra de aplicación incluyendo bombas.
2.6.9. Redes, ligazón entre demanda y suministro.
2.7. Régimen cuasi-estacionario: operación del sistema.
2.8. Flujo inestable: introducción al régimen transitorio del fluido.
2.8.1. Importancia del golpe de ariete.
2.8.2. Causa de transitorios.
2.8.3. Naturaleza física del flujo transitorio.
2.8.4. Ecuación de estado-relaciones de velocidad de onda.
2.8.5. Incremento de presión-relación de cambio.
2.8.6. Condiciones transitorias en válvulas.
2.8.7. Conclusión.
Referencias.
3. DISEÑO DEL SISTEMA: PERSPECTIVA GENERAL.
3.1. Introducción.
3.1.1. Perspectiva general.
3.1.2. Definiciones.
3.2. Planificación de los sistemas de distribución.
3.2.1. Demandas de agua.
3.2.2. Criterios de planificación y diseño.
3.2.3. Factores punta.
3.2.4. Modelos de ordenador y modelizado de sistemas.
3.3. Diseño preliminar de las conducciones.
3.3.1. Alineamiento.
3.3.2. Conflictos de subsuelo.
3.3.3. Derechos de paso.
3.4. Materiales de las tuberías.
3.4.1. Tubería de fundición dúctil (DIP).
3.4.2. Tubería de cloruro de polivinilo (PVC).
3.4.3. Tubería de acero.
3.4.4. Tubería de presión de hormigón armado (RCPP).
3.4.5. Tubería de polietileno de alta densidad (HDPE).
3.4.6. Tubería de fibrocemento (amianto cemento) (ACP).
3.4.7. Selección del material para una conducción.
3.5. Diseño de la conducción.
3.5.1. Presiones internas.
3.5.2. Cargas en la tubería enterrada.
3.5.3. Compensación de los empujes.
3.6. Válvulas de distribución y transmisión.
3.6.1. Válvulas de aislamiento.
3.6.2. Válvulas de control.
3.6.3. Purgas.
3.6.4. Descarga al aire y válvula de vacío de seguridad.
Referencias.
4. HIDRÁULICA DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA.
4.1. Introducción.
4.1.1. Configuraciones y componentes de los sistemas de distribución de agua.
4.1.2. Ecuaciones de conservación para sistemas de tubería.
4.1.3. Componentes de una red.
4.2. Análisis hidráulico del estado estacionario.
4.2.1. Sistemas de tubería en serie y paralelo.
4.2.2. Sistemas ramificados de tuberías.
4.2.3. Redes de tuberías.
4.3. Análisis del flujo inestable en la red de tuberías.
4.3.1. Ecuaciones directrices.
4.3.2. Métodos de resolución.
4.4. Modelización por ordenador de los sistemas de distribución de agua.
4.4.1. Aplicaciones de modelos.
4.4.2 Calibrado del modelo.
Referencias.
5. DISEÑO HIDRÁULICO DE SISTEMA CON BOMBAS.
5.1. Tipos de bombas y definiciones.
5.1.1. Estándares de bombas (Normativa).
5.1.2. Definiciones y terminología de bombas.
5.1.3. Tipos de bombas centrífugas.
5.2. Hidráulica de bombas.
5.2.1. Curvas de rendimiento de una bomba.
5.2.2. Hidráulica de tuberías y curvas del sistema.
5.2.3. Hidráulica de válvulas.
5.2.4. Determinación de la operatividad de la bomba: Bomba de punto único.
5.2.5. Operatividad de las bombas en paralelo.
5.2.6. Bombas de velocidad variable.
5.3. Concepto de velocidad específica.
5.3.1. Introducción: velocidad específica de descarga.
5.3.2. Velocidad específica de aspiración.
5.4. Altura neta de aspiración positiva.
5.4.1. Altura neta de aspiración positiva disponible.
5.4.2. Altura neta de aspiración positiva requerida por una bomba.
5.4.3. Margen de NPSH o consideraciones sobre el factor de seguridad.
5.4.4. Cavitación.
5.5. Curvas de bomba corregidas.
5.6. Consideraciones hidráulicas en la selección de una bomba.
5.6.1. Intervalo de caudales en las bombas centrífugas.
5.6.2. Causas y efectos de la operatividad de bombas centrífugas fuera de los intervalos de caudales permitidos.
5.6.3. Resumen de selección de bombas.
5.7. Aplicación del análisis hidráulico de la bomba para diseñar componentes de estación de bombeo.
5.7.1. Selecciones y especificaciones hidráulicas de la bomba.
5.7.2. Tuberías.
5.8. Implicaciones del régimen no estacionario hidráulico en diseño de estaciones de bombeo.
5.8.1. Efecto de golpe de ariete sobre la selección de la válvula.
5.8.2. Efecto del impulso sobre la selección de material de la tubería.
Referencias.
Anexo.
6. DISEÑO DEL RÉGIMEN TRANSITORIO PARA SISTEMAS DE TUBERÍAS.
6.1. Introducción al golpe de ariete y ondas de impulso.
6.2. Fundamentos del golpe de ariete e impulsos hidráulicos.
6.2.1. Definiciones.
6.2.2. Velocidad acústica.
6.2.3. Ecuación de Joukowsky (golpe de Ariete o martillo de agua).
6.3. Características hidráulicas de las válvulas.
6.3.1. Descripción de varios tipos de válvulas.
6.3.2. Definición de las características geométricas de las válvulas.
6.3.3. Definición de ejecución hidráulica de las válvulas.
6.3.4. Características típicas geométricas e hidráulicas de una válvula.
6.3.5. Operación con válvulas.
6.4. Características hidráulicas de las bombas.
6.4.1. Definición de las características de bombeo.
6.4.2. Leyes de homología (afinidad).
6.4.3. Curvas características anormales de una bomba (cuarto cuadrante).
6.4.4. Representación de datos de bomba para análisis numéricos.
6.4.5. Datos críticos requeridos para el análisis hidráulico de sistema de bombas.
6.5. Dispositivos de protección y control de la onda de impulso.
6.5.1. Parámetros críticos para fenómenos transitorios.
6.5.2. Crítica de la protección del impulso.
6.5.3. Control y dispositivos de protección del impulso.
6.6. Consideraciones de diseño.
6.7. Presiones negativas y separación de columna en redes.
6.8. Constantes de tiempo para sistemas hidráulicos.
6.9. Casos de ejemplo.
6.9.1. Ejemplo de estudio con depósito de una vía y simples de impulso.
6.9.2. Caso de estudio con cámara de aire.
6.9.3. Caso de estudio con rompedor de aire-vacío.
Referencias.
7. DISEÑO ÓPTIMO DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA.
7.1. Visión general.
7.2. Definición del problema.
7.3. Formulación matemática.
7.4. Métodos de optimización.
7.4.1. Sistemas ramificados.
7.4.2. Sistemas de tubería en bucle vía linealización.
7.4.3. Diseño general del sistema vía programación no lineal.
7.4.4. Técnicas estocásticas de búsqueda.
7.5. Aplicaciones.
7.6. Resumen.
Referencias.
8. ASPECTOS DE CALIDAD DEL AGUA RELACIONADOS CON LA CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE REDES DE ABASTECIMIENTO.
8.1. Introducción.
8.2. Desinfección de nuevos colectores de agua.
8.2.1. Necesidad de la desinfección.
8.2.2. Productos químicos desinfectantes.
8.2.3. Procedimientos de desinfección.
8.2.4. Prueba de nuevos colectores.
8.2.5. Reparaciones de un colector.
8.2.6. Evacuación del agua altamente clorada.
8.3. Desinfección de depósitos de almacenamiento.
8.3.1. Procedimiento de desinfección previa al llenado de depósitos.
8.3.2. Inspección subacuática.
8.4. Control de cruce de conexiones.
8.4.1. Definiciones.
8.4.2. Programas de control del cruce de conexiones.
8.4.3. Prevención del retroflujo.
8.4.4. Aplicación de mecanismos de prevención del retroflujo.
8.5. Limpieza de los sistemas de distribución.
8.5.1. Antecedentes.
8.5.2. Pedimientos de limpieza.
8.5.3. Limpieza direccional.
8.5.4. Alternancia de los desinfectantes.
Referencias.
9. CALIDAD DEL AGUA.
9.1. Introducción.
9.1.1. Revisión.
9.1.2. Definiciones.
9.2. Procesos de calidad del agua.
9.2.1. Pérdida de desinfectante residual.
9.2.2. Desarrollo de subproductos de desinfección.
9.2.3. Corrosión interna.
9.2.4. Biofilm (películas).
9.3. Monitorización de la calidad de agua.
9.3.1. Monitorización de rutina.
9.3.2. Estudio especial de monitorización.
9.4. Modelización de la calidad del agua.
9.4.1. Historia.
9.4.2. Ecuaciones de gobierno.
9.4.3. Métodos de solución.
9.4.4. Datos requeridos.
9.4.5. Calibrado del modelo.
Referencias.
10. DISEÑO HIDRÁULICO DE LOS DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DE AGUA EN REDES DE DISTRIBUCIÓN.
10.1. Introducción.
10.2. Conceptos básicos.
10.2.1. Ecualización.
10.2.2. Mantenimiento de la presión.
10.2.3. Almacenamiento por incendios.
10.2.4. Almacenamiento de emergencia.
10.2.5. Consumo de energía.
10.2.6. Calidad del agua.
10.2.7. Control hidráulico de fenómenos transitorios.
10.2.8. Estética.
10.3. Temas de diseño.
10.3.1. Almacenamiento flotante versus almacenamiento bombeado.
10.3.2. Depósito en tierra versus depósito elevado.
10.3.3. Almacenamiento efectivo versus almacenamiento total.
10.3.4. Depósitos privados versus tanques propiedad de la instalación (de agua).
10.3.5. Depósitos presurizados.
10.4. Localización.
10.4.1. Almacenamiento en pozos.
10.4.2. Depósitos aguas abajo del centro de demanda.
10.4.3. Tanques múltiples en zona de presión.
10.4.4. Zonas de presión múltiple.
10.4.5. Otras consideraciones de localización.
10.5. Niveles en un depósito.
10.5.1. Ajuste de niveles de rebose del tanque.
10.5.2. Identificación de áreas de servicio del depósito.
10.5.3. Identificación de zonas de presión.
10.6. Volumen del depósito.
10.6.1. Disposiciones económicas en el diseño del tanque.
10.6.2. Normas y directrices de diseño.
10.6.3. Diseño funcional.
10.6.4. Requerimientos estacionales.
10.6.5. Almacenamiento muerto útil.
10.7. Otras consideraciones de diseño.
10.7.1. Válvulas de altura.
10.7.2. Protección catódica y revestimientos.
10.7.3. Rebose y venteos.
Referencias.
11. CALIDAD DEL AGUA EN EL ALMACENAMIENTO.
11.1. Introducción.
11.1.1. Visión general.
11.1.2. Definiciones.
11.2. Problemas de calidad de agua.
11.2.1. Problemas químicos.
11.2.2. Problemas microbiológicos.
11.2.3. Problemas físicos.
11.3. Mezcla y envejecimiento en instalaciones de almacenamiento.
11.3.1. Regímenes de flujo ideal.
11.3.2. Mezcla por chorro.
11.3.3. Tiempos de mezclado.
11.3.4. Estratificación.
11.3.5. Envejecimiento.
11.4. Monitorización y muestreo.
11.4.1. Monitorización de rutina.
11.4.2. Métodos de equipamiento y muestreo.
11.4.3. Frecuencia de monitorización y localización de muestras.
11.4.4. Estudios especiales.
11.5. Modelación.
11.5.1. Modelos a escala.
11.5.2. Dinámica de fluidos por ordenador.
11.5.3. Modelos de sistemas.
11.6. Aspectos de diseño y operaciones.
11.6.1. Objetivos de diseño de calidad del agua.
11.6.2. Modos de operación: entrada-salida simultánea, frente a llenado y vaciado.
11.6.3. Regímenes de flujo: mezcla completa versus flujo pistón.
11.6.4. La estratificación en depósitos.
11.7. Aspectos de inspección y mantenimiento.
11.7.1. Inspecciones.
11.7.2. Mantenimiento.
Referencias.
12. MODELOS DE ORDENADOR /EPANET.
12.1. Introducción.
12.1.1. Necesidad de modelos de ordenador.
12.1.2. Usos de la modelización por ordenador.
12.2.3. Historia de los modelos por ordenador.
12.2. Uso de un modelo de ordenador.
12.2.1. Representación de la red.
12.2.2. Compilación de datos.
12.2.3. Estimación de la demanda.
12.2.4. Características de operación.
12.2.5. Información acerca de la velocidad de reacción.
12.2.6. Calibrado de modelo.
12.3. Características internas del modelado por ordenador.
12.3.1. Procesado de entrada.
12.3.2. Procesado topológico.
12.3.3. Algoritmos para la solución hidráulica.
12.3.4. Resolvedor de ecuaciones lineales.
12.3.5. Resolvedor de período extendido.
12.3.6. Algoritmos de calidad de agua.
12.3.7. Procesado de salida.
12.4. Programa epanet.
12.4.1. Bases.
12.4.2. Características del programa.
12.4.3. Interfaces de usuario.
12.4.4. Módulo resolvedor.
12.4.5. Programador de conjunto o Kit de herramientas.
12.5. Conclusión.
Referencias.
13. ESTUDIO DE CASOS DE MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA.
13.1. Introducción.
13.2. Diseño de los sistemas de distribución en Estados Unidos.
13.3. Calidad de agua en las redes de abastecimiento.
13.4. Modelos hidráulicos y de calidad de agua.
13.4.1. Modelos de calidad del agua de estado estacionario.
13.4.2. Modelos dinámicos de calidad de agua.
13.5. Primeras aplicaciones del modelado de calidad del agua.
13.5.1. Estudio de North Penn.
13.5.2. Autoridad regional del agua de Connecticut Sur-Central.
13.5.3. Estudio en Cabool, Missouri (USA).
13.6. Evolución del modelado de la calidad del agua.
13.7. Modelado de la propagación de contaminantes.
13.7.1. Caso del North Marin Water District.
13.7.2. Complemento al estudio de North Marin (Marina Norte).
13.7.3. Brote de origen hídrico en Gideon, Missouri.
13.8. Tendencias actuales del modelado de calidad del agua.
13.8.1. Estudio de Cholet, Francia.
13.8.2. Caso de Southington, Connecticut.
13.8.3. Mezcla en depósitos de almacenamiento.
13.9. Resumen y conclusiones.
Referencias.
14. CALIBRADO DE MODELOS DE RED HIDRÁULICOS.
14.1. Introducción.
14.1.1. Caracterización de la red.
14.1.2. Requisitos de los datos de la red.
14.1.3. Parámetros del modelo.
14.2. Identificación del uso o utilización pretendida del modelo.
14.3. Determinar estimaciones de parámetros del modelo.
14.3.1. Valores de rugosidad de la tubería.
14.3.2. Distribución de demandas nodales.
14.4. Datos recogidos para la calibración.
14.4.1. Pruebas de caudal de incendios.
14.4.2. Datos de telemetría.
14.4.3. Datos de calidad de agua.
14.5. Evaluación de resultados del modelo.
14.6. Realización de una calibración a nivel macroscópico.
14.7. Realización de un análisis de sensibilidad.
14.8. Realización de un calibrado de modelo con ajuste fino.
14.8.1. Aproximaciones analíticas.
14.8.2. Aproximaciones de simulación.
14.8.3. Aproximaciones de optimización.
14.9. Tendencias futuras.
14.10. Resumen y Conclusión.
Referencias.
15. OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA.
15.1. Introducción.
15.2. Cómo se operan los sistemas.
15.2.1. Índices típicos de operación.
15.2.2. Criterios de operación.
15.2.3. Calidad del agua y operaciones.
15.2.4. Operaciones de emergencia.
15.3. Monitorización del rendimiento del sistema con los sistemas SCADA.
15.3.1. Anatomía de un sistema SCADA.
15.3.2. Archivo de datos.
15.4. Control del sistema de distribución de agua.
15.4.1. Estrategias de control.
15.4.2. Control centralizado frente a control local.
15.5. Relación de los sistemas SCADA con los modelos de análisis y control.
15.5.1. Requisitos de los modelos de análisis de datos y de control.
15.5.2. Establecimiento del enlace.
15.6. Uso de bases de datos centralizadas en el sistema de control.
15.7. Lo que el futuro reserva.
Referencias.
16. MODELOS DE OPTIMIZACIÓN DE OPERACIONES.
16.1. Introducción.
16.2. Fórmulas para minimizar costes energéticos.
16.2.1. Gestión energética.
16.2.2. Estrategias de gestión.
16.2.3. Modelos de gestión.
16.2.4. Modelos de optimización.
16.2.5. Sumario y conclusiones.
16.3. Fórmulas para satisfacer la calidad del agua.
16.4. Métodos de resolución y aplicaciones para los objetivos de calidad del agua.
16.4.1. Aproximación de programación matemática.
16.4.2. Aproximación del recocido simulado.
16.4.3. Desarrollo de la función de coste.
16.4.4. Ejemplo de aplicación.
16.4.5. Ventajas y desventajas de los dos métodos.
16.5. Control optimizado de la desinfección auxiliar.
16.5.1. Escenario 1.: superposición lineal.
16.5.2. Escenario 2.: modelos dinámicos de calidad de agua de red en un contexto de planificación.
16.5.3. Control optimizado de las dosificaciones de la estación de inyección como un problema de programación lineal.
16.5.4. Localización y calendario óptimo de las dosis de inyección en las estaciones auxiliares como un problema de programación lineal mixta-integrada.
16.5.5. Localización óptima de estaciones de inyección como problema de conjunto de máxima cobertura.
16.5.6. Solución de los modelos de optimización.
16.5.7. Software disponible.
16.5.8. Resumen.
Referencias.
17. MANTENIMIENTO, REHABILITACIÓN Y SUSTITUCIÓN.
17.1. Introducción.
17.1.1. Problemas de mantenimiento y rehabilitación.
17.1.2. Visión previa del capítulo.
17.2. Agua no contabilizada.
17.2.1. Indicadores del agua no contabilizada.
17.2.2. Comprensión de las causas del agua no contabilizada.
17.2.3. Componentes del agua no contabilizada.
17.2.4. Resumen.
17.3. Roturas de tubería.
17.3.1. Corrosión.
17.3.2. Cargas externas.
17.3.2. Mal perforado de tuberías para la instalación de grifos.
17.3.4. Roturas relacionadas con la presión.
17.3.5. Reparación frente a reemplazo.
17.4. Capacidad de transporte hidráulico.
17.4.1. Diagnóstico de los problemas de presión.
17.4.2. Corrección de los problemas de presión.
17.4.3. Tecnología de rehabilitación de tuberías.
17.4.4. Evaluación de la rehabilitación de una tubería.
17.5. Información sobre mantenimiento del sistema.
17.5.1. Mapas del sistema.
17.5.2. Bases de datos del sistema.
17.5.3. Sistemas de información geográfica (SIG).
17.5.4. Gestión del mantenimiento del sistema.
17.5.5. Sistemas SCADA.
Referencias.
18. EL ANÁLISIS DE FIABILIDAD EN EL DISEÑO.
18.1. Modos de fallo de los sistemas de distribución de agua.
18.1.1. Necesidad y justificación.
18.1.2. Definiciones de las reparaciones del sistema de distribución.
18.1.3. Modos de rotura.
18.1.4. Fiabilidad: índices y aproximaciones.
18.2. Aspectos prácticos del suministro de fiabilidad.
18.2.1. Mejora de la fiabilidad de los sistemas de distribución de agua.
18.2.2. Análisis del efecto de las válvulas sobre la fiabilidad del sistema.
18.3. Análisis de fiabilidad de los componentes.
18.3.1. Densidad de fallo, tasa de fallo, y tiempo medio hasta el fallo.
18.3.2. Disponibilidad e indisponibilidad.
18.4. Revisión de modelos para fiabilidad de los sistemas de distribución de agua.
18.4.1. Fiabilidad ante un fallo del sistema.
18.4.2. Modos de fallo.
18.4.3. Aproximaciones a la evaluación de la fiabilidad.
18.4.4. Modelos y técnicas para evaluación de la fiabilidad en redes de abastecimiento.
18.4.5. Revisión de las medidas de fiabilidad.
18.4.6. Observaciones.
18.5. Medida de la importancia del enlace.
Referencias.
Índice.
