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- Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable
En un mundo tan globalizado, sobrepoblado, a falta de recursos primarios en las grandes ciudades del mundo, existen distintas problemáticas que deben enfrentar los ciudadanos día con día, entre ellos el más primordial, con el cual la vida tiene como sustento, con el cual nace la vida, con él simplemente no viviríamos: el agua. Toda gran ciudad tienes sus distintas maneras de distribuir y llevar a sus habitantes agua potable para consumo humano, es una de sus funciones del gobierno crear diferentes medios para almacenar, distribuir, colectar, el agua, darle su debido tratamiento y generar una red de agua que recorra toda la ciudad y se cumpla el objetivo de poder tener agua hasta nuestros hogares. El problema no se centra solo en las grandes ciudades, también las zonas alejadas de la urbanización, como son las rurales, las cuales como en cierta manera están alejadas, poca importancia se le da a estos lugares, donde sufren y se batalla por conseguir una cubeta pura de agua limpia, donde se caminan y caminan kilómetros por el vital líquido. Dado esta circunstancia ¿Cómo poder hacer un buen sistema de abastecimiento de agua? ¿Cómo mejorar los ya hechos desde los inicios de una ciudad? ¿Cómo garantizar su abastecimiento?
Comenzamos con definir lo que significa abastecimiento de agua potable el cual lo establecemos como el conjunto de tuberías, instalaciones y accesorios destinados a conducir las aguas requeridas bajo una población determinada para satisfacer sus necesidades, desde su lugar de existencia natural o fuente hasta el hogar de los usuarios. El sistema de abastecimiento de agua se clasifica dependiendo del tipo de usuario, el sistema se clasificara en urbano o rural. De aquí partimos con la idea de abastecer a cierta cantidad de personas, en ciertos determinados tiempos durante el día, durante todo el tiempo que se requiera.
Los sistemas de abastecimiento de agua surgen de la necesidad de retener el agua, para su uso o consumo humano, de ahí se derivan las presas, las cuales ayudan a contener una gran cantidad de agua para a su vez distribuirla a lo largo de toda una zona determinada. Aunque todo parezca fácil y de una manera sencilla no lo es, cada país, estado, ciudad, comunidad, enfrentan problemas que en ocasiones pueden ser ajenos a ellos, como en el caso particular de la Cd. de México, el cual es una ciudad que se formo por los años 1300 por los mexicas, donde se asentaron, ya que en esa zona especifica del país existía un lago enorme, donde por obvias razones era una zona perfecta para poder realizar sus vidas, de ahí se fue creciendo y creciendo hasta construirse por encima del lago la Cd. de México, hoy en día una de las ciudades más pobladas del mundo, vive una gran problemática, su gran parte de reclutamiento de agua potable, la extraen del subsuelo, por lo que su cantidad de agua el limitada y está llegando a su punto crítico, por lo que muchos de los habitantes, día con día sufren o con los cortes al suministro del servicio de agua potable, para poder economizar al máximo el vital liquido. Para atender la demanda de agua potable de los habitantes de la ciudad de México se suministra un caudal promedio de 32 m3/s.
El 67 por ciento del caudal suministrado se obtiene de fuentes subterráneas: 55 por ciento del acuífero del valle de México y 12 por ciento del valle del Lerma, el cual se ubica en el
Estado de México a 70 Km de la gran ciudad. En tanto que el caudal restante se obtiene de fuentes superficiales, 3 por ciento de manantiales ubicados en la zona sur poniente de la ciudad y 30 por ciento del sistema Cutzamala, el cual se encuentra en los estados de México y Michoacán, a una distancia de 124 Km de la ciudad.
Otro ejemplo del sistema de abastecimiento de agua potable, es el de la ciudad de Monterrey, En la década de 1960 entra en operación la Presa La Boca. En los 70's se incorporó el sistema de pozos Buenos Aires y los pozos someros de Monterrey. En 1984 se construyó y se puso en operación la Presa Cerro Prieto, cuya capacidad es de 300 millones de metros cúbicos. Adicionalmente se cuenta con el acueducto Linares-Monterrey de 133 kilómetros de longitud y 2.13 metros de diámetro, 5 estaciones de bombeo, con una capacidad de 42 mil caballos de fuerza para la conducción del agua.
En 1993 se puso en operación la presa El Cuchillo, con una capacidad de almacenamiento de 1, 123 mil millones de metros cúbicos, y cuenta con un acueducto de 110 kilómetros y 2.13 metros de diámetro, 5 estaciones de bombeo con una capacidad de 45 mil caballos de fuerza.
En 1984 entra en operación el Anillo de Transferencia de agua, que es una línea de conducción de 1.22 y 1.52 metros y 70 kilómetros de longitud, que circunda la ciudad y tiene además una serie de tanques de almacenamiento y estaciones de bombeo.
El agua que se suministra al Área Metropolitana se extrae de dos fuentes:
Superficiales: 60% del abasto
Subterráneas: 40% del abasto
personas al año mueren por enfermedades relacionadas con el agua; en México el 16.5% de las poblaciones viven sin agua potable para consumo doméstico.
La mitad de los ríos del planeta están seriamente contaminados. En México, el 68% de las aguas superficiales presentan problemas de contaminación, de éstas, la cuenca Lerma- Chápala-Santiago es una de las de mayor índice de contaminación en el país. En México, uno de los factores que peor influyen en los problemas relacionados con el agua es su distribución. Actualmente, más de 12 millones de personas carecen de agua potable, especialmente en las zonas rurales y marginales.
La contaminación del agua se debe a las descargas de residuos domésticos, industriales, agrícolas y mineros. Noventa millones de mexicanos, a pesar de tener la infraestructura para recibir agua potable, necesitan potabilizar su agua a través de sistemas de purificación doméstica ya que las plantas purificadoras y las redes de conducción dispuestas por el gobierno o las cisternas y tinacos de almacenamiento individuales no funcionan adecuadamente y contaminan el vital líquido antes de llegar al consumidor final(en algunas ciudades). México se clasifica como un país predominantemente semiárido, acentuando la escasez del agua disponible para la mayoría de la población por la distribución de las fuentes naturales y lluvias. El promedio anual de precipitación es menor a 500 mm anuales en 52% del territorio, mientras es mayor a 2,000 mm anuales en 7% del territorio y sobrepasa los 3,200 mm al año sólo en Veracruz, Tabasco y Chiapas.
El sistema que se utiliza para abastecer de agua al Valle de México genera más de dos mil millones de toneladas de bióxido de carbono al año, lo que aporta significativamente a acelerar el calentamiento global. Este gasto energético que se requiere se debe a que el vital líquido tiene que recorrer 170 kilómetros por el sistema Cutzamala en una elevación de 1,100 metros desde la Presa Colorines.
Al igual que en el Valle de México, los sistemas de distribución de agua de todo el país requieren ser constantemente monitoreados para detectar fugas y reparar las redes obsoletas. Aunado a estas acciones, se debe fomentar una cultura de ahorro del agua y crear infraestructura para aprovechar la lluvia.
El problema de abastecimiento de agua en la Ciudad de México ha incitado la explotación clandestina de pozos. Extraer agua del subsuelo ha ocasionado que la ciudad se esté hundiendo, hasta 30 centímetros al año. Por ejemplo, la Basílica de Guadalupe en el Centro Histórico ya requirió inversiones de más de 300 millones de pesos para menguar su hundimiento. La sobreexplotación de los mantos acuíferos deteriora la calidad del agua debido a la intrusión salina y migración de agua fósil que se concentra de manera natural. Un claro ejemplo de este caso en México es el agua subterránea de la Comarca Lagunera, la cual se está contaminando de arsénico a niveles graves debido a que se extraen anualmente 1,020 millones de metros cúbicos por sólo 519 de recarga.
La Norma Oficial Mexicana (NOM) califica de tolerante beber agua con menos de 5 microgramos de arsénico por litro, pero en La Laguna se está bebiendo más de 10 microgramos debido a la sobreexplotación de los mantos acuíferos. Se intenta hacer
potable esta agua por medio de costosos filtros de alta tecnología en las plantas de distribución.
Todas esta son consecuencias de la mala cultura que se tiene hacia el vital liquido, por lo cual afecta tanto a los consumidores, como al mismo abastecimiento de agua, ya que impide el optimo funcionamiento, el cual tiene como objetivo proveer de una manera eficiente agua para un sector de la población y en cuanto no se cumplan con estas medidas, los problemas seguirán y seguirán surgiendo hasta poder llegar a un punto en el cual es agua sea ya no rescatable.
Todos los sistemas de abastecimiento de agua tienen sus partes y funciones, con lo cual cada uno de los existentes se puede mejorar y así tener como consecuencia poder elevar la calidad de cómo se distribuye el agua, también en caso de que en algunas zonas no se cuente con dicho sistema se puede emprender proyectos los cuales garantizarían la llegada del vital liquido a cierta zona de riesgo y poder así cubrir la mayor parte de la población que lo requiera, claro que esto, requerirá mayor enfoque al mantenimiento de la tuberías, compuertas, presas, pozos, para que trabajen bajo las mejores condiciones y evitar cualquier daño al población y a la naturaleza misma que es quien nos provee de este liquido.
La temática que se aborda, está de acorde con las normas que la Comisión Nacional del Agua (CNA), tiene implementadas a nivel nacional para todos los proyectos que sobre los sistemas de agua potable y alcantarillado se elaboren con el propósito de realizar obras y con ello dar un servicio adecuado de manera sustentable y económica.
En nuestro país, el sistema hidráulico se encuentra en una etapa crucial, motivado por el deterioro del patrimonio natural de los mexicanos, dando por resultado que el recurso agua se considere ya como un asunto de seguridad nacional, por lo cual se le está dando una de las más altas prioridades, en cuanto a la infraestructura de la hidráulica urbana.
Si se toma en cuenta el dicho de que “El agua es vida”, fácilmente se puede explicar porqué los asentamientos humanos se localizaban donde este elemento estaba disponible. Con el paso del tiempo y debido al crecimiento poblacional ha sido necesario realizar obras cada día de mayor tamaño con la finalidad de abastecer de este preciado líquido a las poblaciones que día a día lo solicitan en mayor cantidad y de mejor calidad, para sus necesidades.
Pero, el abastecer de agua a los conglomerados humanos, tiene como consecuencia el retiro de la mayor parte de ella, una vez que ha sido utilizada y por ende contaminada. Para ello es necesario que el ingeniero civil, tome en consideración una serie de elementos, que le permitan mediante estudios y trabajos especializados satisfacer de manera efectiva y sustentable la necesidad que se tiene del servicio del agua, proporcionándolo en forma ininterrumpida, en cantidad y con la calidad apropiada.
Punto importante a considerar es la lejanía de las fuentes de abastecimiento, motivado principalmente por la localización del agua en nuestro planeta, que generalmente ya se encuentra apartada de los centros urbanos. De la misma manera, el desalojo del agua que ya fue utilizada, es necesario para evitar enfermedades de tipo hídrico a la población,
Las agua meteóricas y el agua de mar, ocasionalmente se emplean para el abastecimiento de las poblaciones, cuando se usan es porque no existe otra posibilidad de surtir de agua a la localidad, las primeras se pueden utilizar a nivel casero o de poblaciones pequeñas y para la segunda, en la actualidad se desarrollan tecnologías que abaraten los costos del tratamiento requerido para convertirla en agua potable, además de que los costos de la infraestructura necesaria en los dos casos son altos.
Por lo tanto, actualmente solo quedan dos alternativas viables para abastecer de agua potable a una población con la cantidad y calidad adecuada y a bajo costo, las aguas superficiales y las subterráneas. Las aguas superficiales son aquellas que están en los ríos, arroyos, lagos y lagunas, las principales ventajas de este tipo de aguas son que se pueden utilizar fácilmente, son visibles y si están contaminadas pueden ser saneadas con relativa facilidad y a un costo aceptable.
Su principal desventaja es que se contaminan fácilmente debido a las descargas de aguas residuales, pueden presentar alta turbiedad y contaminarse con productos químicos usados en la agricultura.
Las aguas subterráneas son aquellas que se encuentran confinadas en el subsuelo y su extracción resulta algunas veces cara, éstas se obtienen por medio de pozos someros y profundos, galerías filtrantes y en los manantiales cuando afloran libremente. Por estar confinadas están más protegidas de la contaminación que las aguas superficiales, pero cuando un acuífero se contamina, no hay método conocido para descontaminarlo.
Las obras de captación son las obras civiles y electromecánicas que se emplean para extraer las aguas. Estas obras varían de acuerdo a las características de la fuente de abastecimiento, su localización, la topografía del terreno y por la cantidad de agua a extraer. Un requisito importante para el diseño de una obra de captación, es la previsión que sea necesaria para evitar la contaminación de las aguas.
Otra parte importante es la denominada “línea de conducción” consiste en todas las estructuras civiles y electromecánicas cuya finalidad es la de llevar el agua desde la captación hasta un punto que puede ser un tanque de regularización, una planta de tratamiento de potabilización o el sitio de consumo. Es necesario mencionar que debido al alejamiento cada vez mayor entre la captación y la zona de consumo, las dificultades que se presentan en estas obras, cada día son mayores.
El tratamiento, se refiere a todos los procesos físicos, mecánicos y químicos que harán que el agua adquiera las características necesarias para que sea apta para su consumo. Los tres objetivos principales de una planta potabilizadora son lograr un agua que sea: segura para consumo humano, estéticamente aceptable y económica. Para el diseño de una planta potabilizadora, es necesario conocer las características físico-químicas y biológicas del agua así como los procesos necesarios para modificarla.
Como punto importante de este apartado, es indispensable establecer con claridad la diferencia entre los términos “almacenamiento” y “regularización”. La función principal del almacenamiento, es contar con un volumen de agua de reserva para casos de contingencia que tengan como resultado la falta de agua en la localidad y la regularización
sirve para cambiar un régimen de abastecimiento constante a un régimen de consumo variable.
Línea de alimentación es el conjunto de tuberías que sirven para conducir el agua desde el tanque de regularización hasta la red de distribución, cada día son más usuales por la lejanía de los tanques y la necesidad de tener zonas de distribución con presiones adecuadas.
La red de distribución es el sistema de tuberías es el encargado de entregar el agua a los usuarios en su domicilio, debiendo ser el servicio constante las 24 horas del día, en cantidad adecuada y con la calidad requerida para todos y cada uno de los tipos de zonas socio-económicas (comerciales, residenciales de todos los tipos, industriales, etc.) que tenga la localidad que se esté o pretenda abastecer de agua. El sistema incluye válvulas, tuberías, tomas domiciliarias, medidores y en caso de ser necesario equipos de bombeo.
aguas residuales los sólidos, líquidos, productos químicos, bacterias y virus para poder emplearlas, posteriormente a su tratamiento.
El paso inicial para efectuar un proyecto, es la realización de un estudio de factibilidad técnico, económico y financiero, cuyo objetivo primordial es justificar la elaboración del proyecto, garantizando que su ejecución se efectúe mediante un análisis de todos los factores técnicos, sociales, económicos, financieros, políticos y culturales que intervienen.
Para obtener esto, se explicarán los estudios básicos que para los proyectos de los sistemas de agua potable y alcantarillado son requisito indispensable realizar, iniciando con las causas que generan la necesidad del proyecto.
Se deberá investigar con los habitantes de la localidad, cuáles son las causas que intervienen para generar el o los proyectos de servicio, ya sea una presión local o política, un desarrollo integral de la zona o un nuevo polo de desarrollo. Será necesario consumar una investigación, recopilación y análisis de toda la información disponible en relación con el estudio y/o el proyecto en las dependencias oficiales y la iniciativa privada, con la finalidad de no duplicar el trabajo y el costo.
Estudio socio-económico, se deberán considerar los siguientes aspectos: características generales de la localidad, siendo éstas, las políticas, geográficas, climatológicas, vías de comunicación, económicas y otras que se consideren necesarias.
La información que se requiere es la que a continuación se menciona: determinar las zonas socioeconómicas (uso del suelo), información estadística de la localidad, censos del municipio y de la localidad, población con servicios de agua y alcantarillado en porcentaje (%) o en área, número de personas por conexión, escolaridad, población económicamente activa, tipo de familia y clases de vivienda, servicios generales, de comunicación, de salud, oficinas gubernamentales y análisis de los sectores de la economía.
La población de proyecto, también denominada “población futura”, es la cantidad de habitantes que se pretende tengan servicio al terminar el periodo económico de diseño del proyecto del sistema de agua y alcantarillado que se va a realizar.
Las proyecciones de la demanda por estos servicios, son un punto clave y crucial en la elaboración del estudio de factibilidad, por lo que merecen una gran atención. Existen varios métodos por medio de los cuales se puede calcular la población de proyecto, siendo algunos de ellos, Método Gráfico, Aritmético, Geométrico, de Incrementos Diferenciales, Crecimiento por Comparación, Ajuste por Mínimos Cuadrados, éstos dos últimos son los más recomendados por la Comisión Nacional del Agua, (CNA), etc.
Periodo de diseño es el tiempo que se supone la obra estará trabajando al 100% de su capacidad. El periodo de diseño, está ligado a los aspectos económicos, por lo que no se deben desatender los aspectos financieros. Esto tiene como consecuencia que el ingeniero, trate de diseñar las obras modularmente para que la construcción de los sistemas se vaya
realizando conforme se requiera, por lo cual se recomienda que el periodo de diseño sea generalmente de cinco años, exceptuando las obras que no se puedan modular.
La “vida útil” se considera al tiempo en que las obras estarán en servicio al 100% sin que tengan unas erogaciones de operación y mantenimiento elevadas. El tiempo está determinado por la duración de los materiales de que estén hechos los componentes de la obra.
La parte del suministro de agua potable que se utiliza sin considerar las pérdidas, se conoce como consumo y se expresa en m3/día o l/h/día. El consumo se valora de acuerdo al tipo de usuario y se divide según su uso en: doméstico y no-doméstico, éstos a su vez se subdividen según las clases socioeconómicas de la población.
Consumo doméstico, es la cantidad de agua que se utiliza en las viviendas y depende básicamente del clima y de la clase socioeconómica de los usuarios y varía en algunos casos por las siguientes causas, presión del agua en la red, existencia de alcantarillado sanitario, costo del agua. Para utilizar los valores de este parámetro, se recomiendan los que el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), encontró en un estudio realizado en la República Mexicana.
Consumo no-doméstico se utiliza en zonas de comercios y servicios, por personas que no viven en estos lugares y se puede dividir en:
Consumo industrial, es el uso del agua en fábricas, hoteles, etc. y su cantidad se determina según el tipo de actividad de la industria.
Usos públicos es el agua utilizada en: las escuelas, riego de jardines y parques, hospitales, para combatir incendios, etc.
Demanda actual. La demanda actual se considera a la suma de los consumos para cada tipo de usuario más las pérdidas físicas y se obtiene generalmente multiplicando el consumo por cada tipo de usuario de cada sector, por el número correspondiente de ellos, ya sean habitantes, locales comerciales, etc.
Pérdidas físicas es el agua que se pierde por diversos motivos en las líneas de conducción, tanques, red de distribución y tomas domiciliarias se conoce con el nombre genérico de fugas; son las pérdidas físicas y se pueden determinar mediante aforos, inspecciones, distritos hidrométricos, etc.
Estas pérdidas dependen de factores como: calidad y edad de las tuberías y accesorios, proceso constructivo, presión del agua, mantenimiento y operación del sistema, etc.
Como se describe, un sistema de abastecimiento de agua, no es tan sencillo como parece, ni tan complicado como suena, además de poder ser una actividad que deja trascendencia en la vida de un ingeniero o de quien se encargue de realizarlo, también se tiene en la mente como un reto el poder llevar el agua necesaria a cada uno de los puntos determinados que el sistema lo marque. Y no solo se trata de proporcionar el agua, se trata
M.I Daniel Salas Limón 67170 [email protected] 8110591395 N.LGuadalupeVilla Portales #2416UANLSistemas de Abastecimiento de AguaCabrera Antonio Miguel Ramsés
