¿QUÉ ES UN SISTEMA CENTRAL DE ABASTECIMIENTO?

El funcionamiento de un sistema central de abastecimiento, consiste en concentrar el recurso hidráulico en una cisterna reguladora y de ésta bombear de forma directa y permanente a un desarrollo que puede ser habitacional, comercial o industrial.



Los sistemas centrales concentran el agua en una cisterna y la bombean a una gran mancha urbana.

 



Esta mancha urbana puede contener diferentes tipos de edificaciones: vivienda, edificios comerciales, industriales, etc.


 

LOS COMPONENTES DE LOS SISTEMAS:

 

  • BOMBEO PRIMARIO: está ubicado en la fuente de abastecimiento o lugar de donde procede el agua, que por lo general son pozos profundos o plantas potabilizadoras de agua. La característica de este bombeo es que solo puede ser explotado de forma continua sin fluctuaciones de flujo ya que tanto los acuíferos como las potabilizadoras no pueden variar su aportación so pena de un pobre desempeño o insuficiencia en la aportación de agua.

 

 

  • CISTERNA DE REGULACIÓN: es el lugar donde se concentran las diferentes aportaciones de los abastecimientos primarios, dichas cisternas deben estar diseñadas para regular entre un abastecimiento continuo y sin variación que es el “abastecimiento primario”, con el “secundario” el cual tiene enormes fluctuaciones de gasto de agua. En México, bajo el paradigma de la dispersión hidráulica y la falta de planeación, las cisternas centrales se han construido como grandes almacenes de agua que han servido no sólo para regular sino para prever las frecuentes fallas de los frágiles y poco planeados sistemas actuales. Estas cisternas forman parte de las grandes ineficiencias, siendo focos de contaminación del agua debido a la larga estadía en dichos depósitos, aunado a que también requieren de costoso mantenimiento. Una cisterna central bajo el concepto moderno y eficiente debe ser abastecida por varias fuentes lo cual elimina totalmente la posibilidad de desabasto y reduce enormemente su tamaño, debiendo ser calculada para una regulación correspondiente a períodos de 8 a 18 horas.

 

  • BOMBEO SECUNDARIO: El bombeo secundario abastece la demanda de agua que debe ser abastecida de forma directa a las tomas domiciliarias y está instalado para tomar el agua de la cisterna de regulación. El bombeo secundario a diferencia del bombeo primario tiene grandes cambios de flujo de agua ya que depende de la demanda instantánea del desarrollo o célula. Esta demanda fluctúa constantemente durante el día y la noche dependiendo de los usos y costumbres de la población abastecida.
    El equipo de bombeo secundario está compuesto por un conjunto de bombas (relativamente pequeñas) que por lo general son bombas centrífugas horizontales de un solo paso, las cuales resultan ser las más eficientes a las presiones de bajas a medias generalmente requeridas en topografías moderadas. El equipo de bombeo debe estar diseñado para soportar cambios de flujo altos que dependen de la demanda momentánea, puede operar una sola bomba si la demanda es baja (durante la noche) o trabajar 2 o más de manera simultánea si la demanda así lo requiere (a medio día). Gracias a la tecnología actual en cuanto electrónica, se recomienda altamente la instalación de variadores de frecuencia por lo que logran hacer muy eficientes estos equipos resultando en grandes ahorros energéticos, aunado a que resultan muy simples de operar ya que en realidad son totalmente automáticos. En otros sistemas de bombeo centrales como pueden ser los tanques elevados y cisternas elevadas en los cerros los consumos eléctricos son mucho mayores y el costo del recurso humano para su operación también se incrementa sustancialmente.
    Para evitar problemas de desabasto de agua ocasionados por cortes eléctricos por parte de la CFE es conveniente la instalación de motobombas adicionales propulsadas por motores de combustión interna a Diésel o bien una planta de generación eléctrica con capacidad para alimentar el sistema de bombeo.

Ciudad satélite 35,000 viviendas SL. Potosí

Generador de energía para cubrir fallas del suministro eléctrico de la CFE.

 


 

SECUENCIA DE OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO INTEGRADOS CON CONTROL A VELOCIDAD VARIABLE CON BOMBAS MÚLTIPLES.

En la primera lámina, podemos ver que partiendo de los horarios de menor consumo sólo la bomba No. 1 opera, la cual va acelerando de acuerdo a la demanda.

En la segunda lámina vemos que al incrementar la demanda y superar los 500 gpm arranca la bomba No. 2, trabajando simultáneamente con la bomba No. 1 , Esta también va acelerando para cubrir la demanda creciente y cubriendo el gasto hasta los 1000 litros por minuto.


En la tercera lámina vemos el arranque de la tercera bomba cubriendo la creciente demanda desde los 1001 y hasta los 1500 litros por minuto. 



En la cuarta lámina vemos el arranque de la cuarta bomba cubriendo la creciente demanda desde los 1501 y hasta los 2000 litros por minuto y así sucesivamente.

 

De la misma manera en que se van activando las bombas al incrementar el gasto, éstas se van desactivando conforme el gasto se reduce, logrando así la máxima eficiencia energética y una presión constante en la línea. Cabe mencionar en este apartado que la presión constante 24 horas favorece a la preservación de las líneas de distribución, ya que se evitan los constantes golpes de ariete y el estrés en la tubería causados por el llenado y vaciado de la misma.

  • RED DE ABASTECIMIENTO SECUNDARIO: la red de abastecimiento secundario está formada por las líneas de distribución del agua que tienen origen en el bombeo secundario y llevan el agua al destino final que es la vivienda o edificación, dicha red debe de estar diseñada para en caso de una ruptura de tuberías esta pueda ser seccionada aislando dicha ruptura para su reparación, evitando en lo posible dentro de una relación costo beneficio el dejar sin abasto al menor número de usuarios. Esta red también debe estar diseñada para que en su punto más desfavorable la presión no sea menor a los 2 Kg/cm2 de presión, recomendada como la mínima y requerida por los aparatos de uso doméstico como son lavadoras, filtros, suavizadores, máquinas de cubos de hielo, sistemas de riego para jardines, regaderas ahorradoras de agua, llaves mono-mando, etc. y en la más favorable no rebase los 4.5 k/cm2 (esto para efectos de consumos contenidos de energía). En caso de que la topografía del terreno tenga usuarios en zonas elevadas con respecto a la ubicación del bombeo secundario, se debe instalar una línea adicional alimentada por un bombeo tipo “Booster” que brinde la presión necesaria a dicha zona elevada sin afectar con exceso de presión la zona baja y evitando generar consumos energéticos innecesarios.

 



LAS VENTAJAS DE UN SISTEMA CENTRAL CON BOMBEO DIRECTO A VELOCIDAD VARIABLE

  1. MENOR INVERSIÓN INICIAL: Comparado con tanques elevados o cisternas en cerros y montañas el costo de inversión en la infraestructura es menor ya que no requiere de costosos tanques elevados ni construir tanques en lugares de difícil acceso ni la construcción de largas líneas de conducción.
  2. MENOR COSTO DE MANTENIMIENTO: Básicamente hablamos de un grupo de bombas cuyo costo de mantenimiento es similar al de un equipo de bombeo para tanques elevados pero eliminando el costo de mantenimiento de dicho tanque.
  3. MENOR COSTO ENERGÉTICO: Debido a la tecnología de los variadores de velocidad, los cuales permite que la máxima eficiencia de las bombas se convierta en una ventana de rango amplio y que puede traslaparse conforme las bombas se van accionando y acelerando, lo que hace que se mantengan las bombas operando a su máxima eficiencia ya que son capaces de alcanzar este punto en todo el rango de bombeo requerido por el desarrollo o célula abastecida.



Otro factor de ahorro energético es que podemos variar la presión a voluntad en la red , dependiendo de las condiciones de bombeo así como las económicas por parte del Organismo Operador, esto quiere decir que el operador decide cuánta energía quiere invertir ( puede elegir entre entregar desde 1.5 Kg/cm2 hasta 2.5 Kg/cm2 a pie de casa).


En esta ilustracion se enseña graficamente como en un equipo de bombeo directo se puede variar la presion en la red de forma simple a diferencia de un tanque elevado el cual tendría que variar su altura.

  • CONTROL TOTAL DE LA PRESIÓN
    Esto es de gran importancia ya que al variar la presión en la red también varia el flujo entregado, esto quiere decir que a mayor presión mayor será el volumen consumido por el usuario, por lo que el operador al manipular la presión manipula la cantidad de agua entregada permitiendo que durante el día entregue una presión determinada y durante la noche una más reducida, reduciendo el consumo de agua así como el energético.

  • ELIMINACIÓN DE LOS CLÁSICOS TANDEOS (PARADIGMA DE RACIONALIZAR EL AGUA A TRAVÉS LOS TANDEOS): En este punto se aborda uno de los más grandes paradigmas que constituye un gran error en la forma de entregar el agua a los usuarios. Existe la creencia de que al tandear el agua el usuario consumirá menor cantidad de agua, pero estudios realizados demuestran que esto no es real, ya que él todas las viviendas cuentan con almacenamiento en forma de tinacos y cisternas y al haber tandeos el consumidor cuenta con agua almacenada suficiente para cubrir su demanda habitual dando por resultado que los hábitos de consumo no se modifiquen, Al reanudar el servicio las cisternas y tinacos demandarán el agua necesaria para volver a llenarse y contar de nuevo con el agua que será requerida en el siguiente corte. Por otro lado y causando un efecto contrario al esperado, la presencia de cisternas y tinacos genera un alto consumo adicional por concepto de fugas en estos puntos debido a la precaria forma de construcción así como la falla en un mayor número de conexiones, válvulas flotador, etc. Por todos es conocido los frecuentes macro tandeos de la ciudad de México y Estado de México. El mensaje que se está mandando a la población a través de estas acciones es de: Construyan cisternas, aljibes y tinacos más grandes o de mayor numero lo que empeora la situación al aumentar el consumo de agua vía desperdicios de estos nuevos cuerpos.  En el caso de los sistemas centrales que abastecen grandes células el control del agua lo retiene al operador ya que el usuario final ya no cuenta con reservas de agua, por lo que en caso de que escaseé el líquido ya sea por estiaje o por falla de algún pozo el operador de agua puede reducir la presión en la red secundaria reduciendo la presión hasta 1 Kg/cm2 disminuyendo efectivamente el consumo de la zona abastecida hasta en un 70%, si bien el servicio no será el adecuado pero el usuario podrá seguir gozando del vital líquido, evitando la construcción de aljibes y tinacos.

  • PUEDE SER ESCALABLE: Otra de las ventajas es que en los sistemas de bombeo directo puede crecer la capacidad de bombeo conforme el o los desarrollos crezcan, solo aumentando el número de bombas por lo que puede en un principio abastecer 1000 tomas domiciliarias y escalarlo para terminar abasteciendo a más de 40,000.

  • NO CONTAMINA VISUALMENTE: En los sistemas de bombeo directo, se encuentran ocultos de la vista del ciudadano evitando la contaminación visual que generan los tanques elevados.

 

  • SIMPLICIDAD DE FUNCIONAMIENTO: Los sistemas de bombeo directo son en si muy simples, constan básicamente de un grupo de bombas en la cual arrancan y apagan dependiendo de la demanda momentánea, entendiendo que siempre está una bomba en funcionamiento ya que en un desarrollo siempre existe una demanda mínima, es importante aclarar que no es un Hidroneumático los cuales son aparatos para lugares que en un momento dado requieren que todas las bombas apaguen debido a que puede haber gastos cero y por eso cuentan con un tanque de almacenamiento con aire-agua.
  • REDUCE NOTABLEMENTE LA DEMORA EN EL PAGO DEL SERVICIO: La demora del pago del servicio del agua en México es por lo general grave y esto es debido a que el usuario al contar con su propia reserva de agua le permite adquirirla a piperos, robarla o simplemente en los casos en el que el operador solo puede restringir el flujo, durante la noche ese pequeño chorro vuelve a llenar los aljibes y tinacos. En los sistemas directos al no existir los tinacos y aljibes dificulta al usuario poder obtener agua por otros medios, obligándolo a pagar sus cuentas vencidas. 

COMPARATIVO DE UN SISTEMA CENTRAL DIRECTO CON OTROS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO USADOS EN MÉXICO


Es importante plasmar de manera sencilla los diferentes sistemas y equipamientos usados en México para poder aplicar posibilidades de mejora y erradicar las malas prácticas.

  • BOMBEO DIRECTO DEL POZO A LA RED SECUNDARIA



Pésima práctica ya que provoca inevitablemente la instalación de tinacos y aljibes, ya que los acuíferos y bombas de pozo profundo no pueden ser capaces ni eficientes al tratar de abastecer los gastos picos diurnos de un desarrollo, por lo que la caída de presión es inevitable y por ende se requiere que cada vivienda tenga su propio regulación ( tinaco y aljibe).


En esta lámina se aprecia como al variar el flujo también varia el nivel dinámico lo que provoca un cambio drástico en las características de bombeo desfasando enormemente la capacidad de la bomba, sin importar que cuente con VDF.

Es importante mencionar que los fabricantes de bombas sumergibles y variadores de frecuencia han recomendado el uso de variadores para supuestamente bombear directamente de los pozos a las tomas domiciliares sin requerir de cisterna de regulación y bombeo secundario y sin requerir de tinacos y aljibes por vivienda lo cual es una tontería ya que los acuíferos no pueden abastecer el flujo máximo requerido y en el caso de que así fuera los niveles dinámicos pueden variar fuertemente y por otra parte está bomba sumergible no está diseñada para fuertes cambios de flujo por lo que el daño será inminente, así mismo el consumo energético se elevaría considerablemente ya que durante los gastos picos se requeriría de una motobomba muy grande y durante los gastos bajos que es la mayoría del tiempo esta bomba grande estará operando, que aunque contara con variador de velocidad estará consumiendo mucha energía (es como utilizar un Torton para llevar plátanos a la tiendita de la esquina y pedirle al conductor que no acelere para que el camión consuma poco diésel pero con el solo peso de la unidad basta para que el consumo sea elevado) y por último, la fragilidad del sistema es muy alto ya que dependemos de una sola bomba para abastecer la zona, misma que si falla deja desprovista la zona del servicio provocando la construcción de tinacos y cisternas en las viviendas. 

“POR LO ANTERIOR EL USO DE BOMBAS SUMERGIBLES PARA BOMBEO DIRECTO ES TOTALMENTE INCORRECTO”

  • EL USO DE PEQUEÑOS TANQUES ELEVADOS

 

En México el uso de pequeños tanques elevados es muy común, pero éstos han generado más problemas de los que solucionan ya que son tan pequeños que no pueden ofrecer una regulación adecuada, ya que la bomba sumergible del pozo profundo como en el caso anterior deberá en los momentos de alto gasto mantener la presión y gasto ya que el tanque no cuenta con la reserva adecuada, provocando la caída de presión en la red y por lo que el desarrollo requerirá de tincos y aljibes por vivienda.



Otro problema es la poca carga que puede imprimir el tanque al desarrollo, esto limitado por la altura del mismo, por lo que el alcance de este es muy corto.

  • PEQUEÑOS TANQUES CON UNA CISTERNA


También este arreglo es muy común y cuenta con muchos inconvenientes ya que si bien se puede lograr la regulación requerida para el desarrollo, las bombas que mandan el agua al tanque elevado deberán poder suministrar el pico máximo demandado, por lo que en tal caso ¡no tiene sentido el tanque! Ya que estas bombas pueden estar bombeando directamente al sistema sin necesidad de tanque, sustituyendo el tanque por un variador.
Así mismo persiste la baja presión en el sistema limitado por el tanque elevado.

Si el equipo que abastece al tanque elevado tiene la capacidad de alimentar directamente el desarrollo no tiene ningún caso la existencia de este.

 

  • TANQUE ELEVADO DE GRANDES DIMENSIONES: Este es un sistema central que es funcional y a la fecha es muy común en los Estado Unidos sin embargo tiene varios inconvenientes que lo han dejado fuera de uso en Europa.

Estos tanques cuentan con una gran altura para poder bastecer a un gran número de tomas y con una enorme capacidad para la regulación.


Si bien los tanques elevados americanos son sumamente costosos, son mucho más económicos que las suma de los pequeños tanques mexicanos que se instalan para abastecer el mismo número de tomas y que para rematar requieren de tinacos por vivienda.

FOTOGRAFÍAS DE LOS ÚLTIMOS TANQUES ELEVADOS CONSTRUIDOS EN EUROPA

 

 

  • GRANDES CISTERNAS EN CERROS Y MONTAÑAS

 

Es común que cuando existen cerros y montañas cerca de las ciudades estos se vuelvan atractivos para los ingenieros hidráulicos, sin embargo sólo en algunos casos son adecuados ya que es raro encontrar zonas convenientes de construcción que llenen todos los requisitos, para esto hay que tomar en cuenta la altura requerida y una distancia aceptable. Si este almacenamiento se ubica a una altura excesiva el consumo de energía será muy elevado ya que tendremos que imprimir gran cantidad de energía para elevar el agua hasta ese punto, para posteriormente vernos obligados a reducir la presión a la bajada, usando válvulas rompedoras de presión lo cual representa un desperdicio considerable de energía, ya que por un lado imprimimos energía innecesaria y por el otro lado la eliminamos (una válvula reductora de presión es sinónimo de reductora de energía ). También es importante considerar la distancia de dicho tanque al área a servir, ya que de construirse a gran distancia esto requerirá de líneas de conducción muy largas con sus respectivos costos de construcción y pérdidas de energía debida a pérdidas por fricción en las tuberías.


En la actualidad la instalación de estos tanques se ha acotado, mucho ya que con un diseño correcto pueden lograrse mejores resultados ubicando las cisternas en el punto más adecuado, que por lo general son las faldas de los cerros, bombeado directamente a las zonas bajas y rebombear directamente de las redes de distribución con equipos Booster para abastecer las zonas más elevadas, donde se encuentra la menor parte de la población.