Informe Metalicas.docx

RESEÑA HISTÓRICA Desde sus comienzos el hombre aprovecha el agua superficial como primera fuente de abastecimiento, consumo y vía de transporte, por ello el valle de los ríos es el lugar escogido para establecer las primeras civilizaciones, allí el hombre aprende a domesticar los cultivos y con ello encuentra la primera aplicación al agua lluvia; pero no depende directamente de ella para su supervivencia debido a la presencia permanente del agua superficial. Cuando las civilizaciones crecieron demográficamente y algunos pueblos debieron ocupar zonas áridas o semiáridas del planeta comenzó el desarrollo de formas de captación de aguas lluvias, como alternativa para el riego de cultivos y el consumo doméstico. Durante la República Romana (siglos III y IV a.C.) la ciudad de Roma en su mayoría estaba ocupada por viviendas unifamiliares denominadas “la Domus” que contaba con un espacio principal a cielo abierto (“atrio”) y en él se instalaba un estanque central para recoger el agua lluvia llamado “impluvium”, el agua lluvia entraba por un orificio en el techo llamado “compluvium”. En Loess Plateau en la provincia de Gansu en China existían pozos y jarras para la captación de agua lluvia desde hace más de 2.000 años. En Irán se encuentran los “abarbans”, los cuales son los sistemas tradicionales locales para la captación y almacenamiento de aguas lluvias. En Centroamérica se conoce el caso del Imperio Maya donde sus reyes sostenían a sus pueblos de modos prácticos, ocupándose de la construcción de obras públicas. Al sur de la ciudad Oxkutzcab (estado de Yucatán) en el pie de la montaña Puuc, en el siglo X a.C. el abastecimiento de agua para la población y el riego de los cultivos se hacía a través una tecnología para el aprovechamiento de agua lluvia, el agua era recogida en un área de 100 a 200 m2 y almacenada en cisternas llamadas “Chultuns”, estas cisternas tenían un diámetro aproximado de 5 m, y eran excavadas en el subsuelo e impermeabilizadas con yeso. En Cerros, una ciudad y centro ceremonial que se encuentra en el actual Belice, los habitantes cavaron canales y diques de drenaje para administrar el agua de lluvia y mediante un sistema de depósitos, estos permitían que la gente permaneciera en la zona durante la estación seca cuando escaseaba el agua potable (año 200 d.C.). En otras zonas de las tierras bajas, como en Edzná, en Campeche, los pobladores precolombinos de esta ciudad construyeron un canal de casi 50 m de ancho y de 1 m de profundidad para aprovechar el agua de lluvia, este canal proporcionaba agua para beber y regar los cultivos.

Sin embargo, estos primeros tanques de acero no fueron soldados, sino remachados, debido a que la soldadura eléctrica, la cual es usada hoy en día para la construcción de estos tanques, es una técnica que se inició seriamente recién a fines del siglo XIX, cuando en 1881 el francés Auguste de Meritens usó por primera vez un electrodo de carbón para soldar por medio del calor intenso generado por un arco eléctrico de placas de batería de plomo. Es de considerar que el arco eléctrico fue descubierto por el inglés Humphrey Davy en 1801; antes, en 1782, el alemán Georg Lichtenberg logró unir 2 metales a través de una fusión eléctrica. Como se puede suponer, en la época de de Meritens la soldadura era aún muy rudimentaria. 2. CONSIDERACIONES GENERALES Los tanques de almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilíndrica, que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o gases a presión ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el calificativo de tanques de almacenamiento atmosféricos. Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar líquidos, y son ampliamente utilizados en las industrias de gases, del petróleo, y química, y principalmente su uso más notable es el dado en las refinerías por sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades. Los tanques de agua son un elemento fundamental en una red de abastecimiento de agua potable, para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua potable. Puesto que las plantas de tratamiento de agua potable funcionan mejor si tienen poca variación del caudal tratado, conviene mantener aproximadamente constante el caudal. Las plantas de tratamiento se dimensionan por lo tanto para que puedan producir la cantidad total de agua que la ciudad o pueblo consume a lo largo del día, y los tanques absorben las variaciones horarias: cuando hay poco consumo (como en la noche) se llenan, y cuando el consumo es máximo (como, por ejemplo, a la hora de cocinar) se vacían. CLASIFICACIÓN DÉ TANQUES La selección del tipo de tanque depende del material disponible en la región de las condiciones topográficas y de la disponibilidad de terreno. 2.1 TANQUES ENTERRADOS Estos tanques se construyen bajo el nivel del suelo. Se emplean preferentemente cuando existe terreno con una cota adecuada para el funcionamiento de la red de distribución y de fácil excavación. Los tanques enterrados tienen como principal ventaja el proteger el agua de las Variaciones de temperatura y una perfecta adaptación al entorno. Tienen el Inconveniente de requerir importantes excavaciones tanto para el propio tanque Como para todas sus instalaciones de conexión con la

red de distribución y la línea de conducción además la dificultad de control de posibles filtraciones que se presenten. 2.2 TANQUES SEMIENTERRADOS Los tanques semienterrados tienen parte de su estructura bajo el nivel del terreno y parte sobre el nivel del terreno. Se emplean generalmente cuando la altura topográfica respecto al punto de alimentación es suficiente y el terreno presenta dificultad de excavación. Permite un fácil acceso a las instalaciones del propio tanque. 2.3 TANQUES SUPERFICIALES Los tanques superficiales están construidos sobre la superficie del terreno. La construcción de este tipo de tanques es común cuando el terreno es "duro" o conviene no perder altura y se tiene la topografía adecuada. Los tanques superficiales se sitúan en una elevación natural en la proximidad de la zona por servir de manera que la diferencia de nivel del piso del tanque con respecto al punto más alto por abastecer sea de 15 m y la diferencia de altura entre el nivel del tanque en el nivel máximo de operación y el punto más bajo por abastecer sea de 50 m. 2.4 TANQUES ELEVADOS Los tanques elevados son aquellos cuya base está por encima del nivel del suelo, y se sustenta a partir de una estructura. Generalmente son construidos en localidades con topografía plana donde no se dispone en su proximidad de elevaciones naturales con altimetría apropiada. El tanque elevado se refiere a la estructura integral que consiste en el tanque, la torre y la tubería de alimentación y descarga. Para tener un máximo beneficio, los tanques elevados, generalmente con torres de 10, 15 y 20 m de altura, se localizan cerca del centro de uso. En grandes áreas se localizan varios tanques en diversos puntos. La localización central decrece las pérdidas por fricción y es importante también para poder equilibrar presiones lo más posible. Cuando el tanque elevado se localiza en la periferia de la población, da como resultado una pérdida de carga muy alta al alcanzar el extremo opuesto más lejano por servir. En esta forma prevalecerán presiones mínimas en el extremo más alejado o presiones excesivas en el extremo más cercano al tanque.

Cuando el tanque se ubica en un sitio céntrico de la población o área por servir las presiones son más uniformes tanto en los periodos de mínima como de máxima demanda. Un aspecto importante de los tanques elevados es el aspecto estético, por su propia concepción son vistos desde puntos muy lejanos. No pueden darse reglas sobre este tema salvo la de buscar su integración en el entorno o paisaje CLASES DE TANQUES Las clases de tanque de acuerdo a los materiales de construcción se clasifican en:  Mampostería. Se recomienda construir tanque de este material en aquellas localidades donde se disponga de piedra bolón o piedra cantera. No deberá tener altura mayor de 2.5 metros .  Hormigón Armado En la construcción de tanque con este material se debe de considerar la permeabilidad del terreno y no deberá tener altura mayores de 3.0 metros.

 Acero Se propone construir tanque de acero cuando en la localidad no se disponga de materiales locales como en los casos anteriores y por razones de requerimiento de presiones de servicios.

 Plástico

 Se propone el dimensionamiento de tanques plásticos en aquellos lugares como casas unipersonales, hoteles, y comunidades de pequeña población de al menos unos 50 habitantes por localidad, estos tanques se deben diseñar en torres para brindar un servicio adecuado de presiones.

En el diseño de tanques elevados que generalmente son de acero debe de Considerarse lo siguiente.

a) El nivel mínimo del agua en el tanque debe ser capaz de lograr presiones adecuadas en la Red de distribución.

b) Se debe emplear la misma tubería de entrada y salida del agua, en el caso que el sistema fuese del tipo Fuente-Red-Tanque. La tubería de rebose descargará libremente sobre una plancha de concreto para evitar la erosión del suelo. Se instalarán válvulas de compuertas en todas las tuberías, exceptuando la de

c) rebose y se recomienda que todas las válvulas y accesorios sean tipo brida. d) Debe considerarse los demás accesorios como; escaleras, dispositivos de ventilación, acceso con su tapadera indicador de niveles y en caso especiales una luz roja para prevenir accidentes aéreos en vuelos nocturnos.

e) Las escaleras exteriores deben tener protección adecuada y se diseñarán dispositivos que permitan controlar el nivel máximo y mínimo del agua en el tanque.

Tanque Elevados de Uso domiciliar Generalmente, al elegir un tanque de agua para el domicilio el usuario busca que el producto conserve el líquido en condiciones, protegiendo el reservorio de insectos, bacterias, hongos, olores y sabores extraños. A su vez, es importante que el tanque resulte fácil de limpiar. Para lograr todas esas ventajas, desde hace un tiempo las marcas especializadas trabajan con materiales que le confieren al producto la resistencia y el aislamiento térmico necesarios para mantener el agua en excelentes condiciones. Los tanques comúnmente Instalados en los domicilios tienen la función de servir de reserva en caso que faltase el servicio de agua público y para mantener la presión del sistema. El diseño y cálculo de tanques de almacenamiento se basa en la publicación que realiza el "Instituto Americano del Petróleo", al que esta institución designa como "STANDAR A.P.I. 650", para tanques de almacenamiento a presión atmosférica. El estándar API 650 sólo cubre aquellos tanques en los cuales se almacenan fluidos líquidos y están construidos de acero con el fondo uniformemente soportado por una cama de arena, grava, concreto, asfalto, etc, diseñados para soportar una presión de operación atmosférica o presiones internas que no excedan el peso del techo por unidad de área y una temperatura de operación no mayor de 93°C (200 °F), y que no se usen para servicios de refrigeración. Este estándar cubre el diseño y cálculo de los elementos constitutivos del tanque. En lista de los materiales de fabricación se sugieren secuencias

en la erección del tanque, recomendación de procedimientos de soldaduras, pruebas e inspecciones, así como lineamientos para su operación. A continuación, se muestra la tabla 1.1 con los diferentes requerimientos para la fabricación de tanques de almacenamiento. TABLA 1.1. REQUERIMIENTO PARA TANQUES DE FONDO PLANO SEGÚN API 650

2.2. Tipos de techos Según API 650 vamos a clasificar los tanques dependiendo del tipo de techo. 1. Techo Fijo: Se emplean para contener productos no volátiles o de bajo contenido de ligeros (no inflamables) como son: agua, diésel, petróleo crudo, etc. Debido a que al disminuir la columna del fluido, se va generando una cámara de aire que facilita la evaporación del fluido, los techos fijos se clasifican en: -Techos autosoportados. - Techos soportados con estructura.

2. Techo Flotante: Se emplean para almacenar productos con alto contenido de volátiles como son: alcohol, gasolinas y combustible en general excepto el diésel. Este techo reduce la cámara de aire o espacio libre que queda entre el techo y el líquido creando un medio aislante.

3. Sin techo: Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que éste se contamine o que se evapore a la atmósfera como el caso del agua

residual, contra incendios, etc. El diseño de este tipo de tanques requiere de un cálculo especial del anillo de coronamiento.

Los tanques de agua son un elemento fundamental en una red de abastecimiento de agua potable, para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua potable. Puesto que las plantas de tratamiento de agua potable funcionan mejor si tienen poca variación del caudal tratado, conviene mantener aproximadamente constante el caudal. Las plantas de tratamiento se dimensionan por lo tanto para que puedan producir la cantidad total de agua que la ciudad o pueblo consume a lo largo del día, y los tanques absorben las variaciones horarias: cuando hay poco consumo (como en la noche) se llenan, y cuando el consumo es máximo (como, por ejemplo, a la hora de cocinar) se vacían.

Tipos de tanques Los tanques de agua, desde el punto de vista de su uso, pueden ser:

Públicos, cuando están localizados de forma tal en la ciudad que pueden abastecer a un amplio sector de esta. Privados, cuando se encuentran al interior de las viviendas, o en el terreno de un edificio de apartamentos, y sirven exclusivamente a los moradores de este. Desde el punto de vista de su localización, los tanques de agua pueden ser:

Enterrados (subterráneos). Apoyados sobre el suelo (de superficie). Elevados (por encima del nivel de los techos). Estos tres tipos de tanques pueden llegar a tener grandes dimensiones, hasta varios miles de m3

Elevados en torres (dentro de la categoría de tanques aéreos), a estos se les llama también torres de agua. Estos tanques tienen la función de asegurar en la red la presión adecuada, en los períodos de pico de consumo. Tanque de apartamento (dentro de la categoría de tanques de superficie),Son tanques de agua instalados dentro de los apartamentos debido al racionamiento de agua por causa de la escasez del líquido vital. Algunos surten el agua por gravedad y otros lo hacen ayudados por un sistema de bombeo compacto. Capacidad del Tanque

La capacidad del almacenamiento de un reservorio en el medio rural es función, principalmente, del volumen de regulación para atender las variaciones del consumo de la población. Determinación del volumen de regulación: Los tanques deben permitir que las demandas máximas que se producen en el consumo sean satisfechas cabalmente, al igual que cualquier variación en los consumos registrados en las 24 horas del día, proveyendo presiones adecuadas en la red de distribución. Los tanques tienen la función de almacenar el agua sobrante cuando el caudal de consumo sea menor que el de abastecimiento y aportar la diferencia entre ambos cuando sea mayor el de consumo. La capacidad así requerida se denominará de regulación o de capacidad mínima

Un método Rápido para determinar el volumen de regulación de los tanques es el Método empírico. Para sistemas por bombeo, el volumen de regulación deberá estar entre el 20 a 25% del caudal promedio diario, dependiendo del número y duración de las horas de bombeo, así como de los horarios en los que se realicen dichos bombeos. Por tanto, el volumen debe ser determinado utilizando la siguiente expresión: Vr C Qm Vr =Volumen de regulación en m3. C =Coeficiente de regulación 0,20 - 0,25. Qm =Consumo promedio diario anual en m3

Ubicación del Tanque

La ubicación y nivel del tanque de almacenamiento deben ser fijados para garantizar que las presiones dinámicas en la red de distribución se encuentren dentro de los límites de servicio. El nivel mínimo de ubicación viene fijado por la necesidad de que se obtengan las presiones mínimas y el nivel máximo viene impuesto por la resistencia de las tuberías de la red de distribución.

La presión dinámica en la red debe estar referida al nivel de agua mínimo del tanque, mientras que la presión estática al nivel de agua máximo. Por razones económicas, sería recomendable ubicar el tanque próximo a la fuente de abastecimiento o de la planta de tratamiento y dentro o en la cercanía de la zona de mayores consumos. Geometría de los depósitos. La configuración teórica más conveniente para un tanque es aquella que para una altura y volumen dados, se tenga un perímetro mínimo, lo cual implica una geometría cilíndrica. Sin embargo, pueden existir otras razones que obliguen seleccionar una sección en planta rectangular o cuadrada. Entre los depósitos rectangulares se tienen los tanques de regulación, sedimentadores, floculadores, filtros, cajas repartidoras, cárcamos de bombeo, cajas rompedoras de presión, digestores de lodos, etc., normalmente este tipo de depósitos son de concreto reforzado. 1.3 Estructuración de los tanques. Es de primordial importancia que los tanques para el almacenamiento de agua se mantengan impermeables a la filtración del agua. Se evitará asimismo, la contaminación del agua potable por el contacto con el agua freática, así como la contaminación de los mantos acuíferos si se trata de aguas residuales. Los tanques se componen de diversos elementos, como son: Muros que soportan los empujes de agua y de tierra; así como las fuerzas provocadas por el sismo y el viento. Cimentaciones que pueden consistir de zapatas corridas bajo los muros o una losa que ejerza una función estructural y que al mismo tiempo, constituya el piso o fondo de los tanques. Pisos o fondos de los tanques, los cuales pueden ser una losa estructural o una membrana impermeable de concreto sin función estructural. Cubiertas o tapas de los tanques. Accesorios tales como: escaleras, tuberías, válvulas, etc. 1.4 Tanques de concreto reforzado. Gran parte de los depósitos para el almacenamiento del agua se construyen de concreto reforzado, de hecho es el material de construcción más se utiliza en el mundo para este tipo de estructuras. Muchas son las ventajas que tienen los tanques de concreto reforzado sobre otros materiales, algunas son la impermeabilidad que por sí misma contiene el concreto bien dosificado y compactado; requiere un mantenimiento mínimo, posee una gran

resistencia al ataque de los agentes químicos y al intemperismo por mencionar algunas. Sin embargo, la impermeabilidad de los depósitos se ve afectada por la secuencia de la construcción, así como la ubicación y el detallado de las juntas. El concreto terminado tiene la gran ventaja de que se le puede dar la forma deseada, tan sólo con preparar los moldes para tal objeto. Otra ventaja del concreto es la de poder establecer a voluntad la resistencia de proyecto, dentro de ciertos límites máximos, lo cual se logra mediante la dosificación apropiada de los ingredientes: arena, grava, cemento, agua y aditivos.´