El agua potable es una de las necesidades más fundamentales de la humanidad, y aquellos de nosotros que vivimos en las áreas urbanas generalmente obtienen nuestra agua de algún tipo de sistema público centralizado. Operar un sistema de agua es una responsabilidad importante que tiene implicaciones para la salud y la seguridad públicas. En las zonas urbanas densas, un suministro de agua limpia y abundante es una necesidad absoluta, no solo para beber, sino también para el saneamiento y la lucha contra incendios. Y no es solo algo que necesitamos de vez en cuando; el agua es una necesidad constante tanto de día como de noche, los fines de semana, feriados y en cualquier momento intermedio. Por lo tanto, el trabajo de encontrar suficiente agua, hacerla segura de usar y luego distribuirla de manera confiable a los clientes del sistema sin casi tiempo de inactividad es una tarea monumental que requiere mucha infraestructura. Y probablemente el componente más visible de un sistema público de agua es el tanque de almacenamiento elevado, también conocido como torre de agua. Soy Grady y esta es Obras Públicas, mi serie de videos sobre infraestructura y el mundo creado por el hombre que nos rodea.
Digamos que eres el propietario de un sistema público de agua . Ha encontrado una fuente de agua en cantidad suficiente para sus clientes, ha encontrado una manera de limpiar esa agua para que sea segura para ellos, y ahora es el momento de enviar el agua en su camino. Hay varias formas de llevar agua de un lugar a otro. Uno de ellos es simplemente llevarlo allí. Ya sea en la parte trasera de un animal, en un camión o en una botella en su mochila, todavía llevamos agua físicamente todo el tiempo. Pero normalmente no es la forma más eficaz. La primera infraestructura dedicada al transporte de agua fue el canal abierto. Ya sea en una zanja, canal o acueducto, el agua se transporta por gravedad, a veces a distancias muy largas. Todavía usamos canales abiertos para transportar agua para riego y drenaje, pero también tienen algunas desventajas. El agua está expuesta a la polución y la contaminación, los canales dividen la tierra, lo que dificulta el cruce, y el agua solo puede fluir a áreas de menor elevación que donde comenzó. Y esa última es una gran desventaja, especialmente si está intentando llevar agua a un área con colinas o montañas. Por lo tanto, la mayoría de los sistemas públicos de agua dependen de las tuberías para su distribución.
Simplemente poner una tapa en un canal abierto nos permite aprovechar la presión para mover los fluidos a donde queremos. para llevar. Al igual que los electrones en un cable fluyen de alto a bajo voltaje, un fluido en una tubería fluirá de alta a baja presión. Por lo tanto, si aumenta la presión en un extremo de una tubería, puede enviar su agua limpia a cualquier lugar que desee. ¿Y cómo se eleva la presión del agua? Con bomba. Una bomba es un dispositivo que mueve fluidos. En algunos casos, una bomba literalmente eleva el fluido a una elevación mayor, pero en la mayoría de los casos una bomba imparte energía a un fluido al elevar su presión. Y las bombas, especialmente las del tamaño de las que sirven a ciudades enteras, son caras. Entonces, si tiene la tarea de elegir el tamaño de la bomba que necesita para su sistema público de agua, ¿qué debe hacer? Tal vez mida la cantidad de agua que usa la ciudad en un día determinado y seleccione una bomba que pueda igualar ese caudal. Veamos cómo funcionaría.
Es medianoche en tu ciudad y la mayoría de tus clientes de agua están durmiendo. Además de los clientes industriales que funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana, las demandas de agua son mínimas y su bomba no tiene problemas para satisfacerlas. Pero alrededor de las 5 am, los sistemas de rociadores automáticos comienzan a funcionar. Alrededor de las 6 am, la gente comienza a despertarse, a tomar duchas, a cepillarse los dientes, a preparar el desayuno, todo lo que requiere agua. No pasa mucho tiempo antes de que la demanda de agua exceda la capacidad de su bomba. Casi desde el principio, su nueva bomba no puede satisfacer la demanda de su sistema, porque solo tenía el tamaño promedio. La demanda de agua en las grandes áreas urbanas puede variar significativamente en el transcurso de un día normal, y la demanda máxima por hora (generalmente por la mañana o por la noche) a veces es hasta 5 veces la demanda diaria promedio. Por lo tanto, si está tratando de satisfacer las necesidades de agua de su cliente utilizando solo bombas, en lugar de solo una, es posible que necesite hasta cinco bombas (o una bomba enorme que puede hacer el trabajo de 5). Y no solo eso, tendrá que encender y apagar las bombas constantemente para satisfacer la demanda variable, aumentando el desgaste de su equipo. Y aquí es donde entra el almacenamiento. Agreguemos una torre de agua al sistema e intentemos este experimento nuevamente.
Es medianoche y la demanda es baja, pero su bomba está funcionando completamente abierto. En lugar de que el agua fluya a los clientes, fluye hacia su torre de agua, llenando el tanque de manera lenta pero segura. A medida que llega la mañana y la demanda comienza a aumentar, su bomba sigue funcionando. No puede satisfacer la demanda por sí solo, pero el agua almacenada en el tanque compensa la diferencia. Todos sus clientes obtienen el agua que necesitan.A medida que las personas comienzan su día, la demanda vuelve a caer por debajo del promedio. Pero la bomba sigue funcionando y el flujo adicional ingresa al tanque. La demanda vuelve a aumentar cuando los habitantes de la ciudad empiezan a preparar la cena, a bañarse y a regar las plantas. Todo este uso adicional de agua drena el tanque nuevamente antes de que la mayoría de la gente se vaya a la cama y el ciclo comience nuevamente.
Es bastante fácil ver cómo el almacenamiento hace que su sistema de agua sea más eficiente . Suaviza los picos y valles de la demanda de agua no solo en sus bombas sino en toda su infraestructura aguas arriba, incluida su planta de tratamiento de agua y suministro de agua cruda. Sin almacenamiento, todas esas instalaciones necesitarían dimensionarse para la demanda máxima, lo que aumentaría su costo. Con suficiente almacenamiento, las bombas y otra infraestructura se pueden dimensionar para demandas promedio, lo que ahorra no solo costos, sino también complejidad, porque no tiene que predecir cambios en la demanda y responder en consecuencia. A veces, esos picos y valles son predecibles, pero a veces no lo son. Algunas de las mayores demandas de agua en las áreas urbanas provienen de los incendios. Sin una fuerza de extinción de incendios y suficiente agua para abastecerlos, los incendios pueden arder sin control en áreas urbanas densas. De hecho, muchos de los desastres más mortíferos de la historia fueron incendios en ciudades antes de los sistemas de agua modernos. Ahora la mayoría de los municipios y códigos de construcción tienen requisitos mínimos para la cantidad de agua que debe estar disponible para los bomberos. Y tener agua almacenada y lista, como en una torre de agua, ayuda en gran medida a poder responder a una emergencia.
Puede que pienses, vamos Grady . Esto no es nada nuevo. El almacenamiento es la solución antigua para cualquier situación en la que el suministro no se corresponde con la demanda. Y sí, puede que no sea nada extraordinario almacenar agua en un tanque grande. Pero las torres de agua no son solo grandes tanques, son grandes tanques elevados sobre el suelo. Y eso se debe a que las torres de agua no solo almacenan agua; también almacenan energía. Los sistemas de distribución de agua dependen de la presión para llevar el agua a su destino. Si alguna vez se ha duchado con poca presión de agua, sabe lo frustrante que puede ser, porque simplemente no puede sacar suficiente agua del grifo. Presurizar un sistema de agua también es importante para la salud pública. Sin suficiente presión en las tuberías, los contaminantes podrían ingresar al sistema a través de grifos o pequeñas fugas. La mayoría de los sistemas de agua obtienen su presión de las bombas y se necesita mucha energía para mantener esta presión. Por lo tanto, es importante tener la capacidad de almacenar no solo el agua en sí, sino también la energía que le han transmitido las bombas. En algunas áreas, donde los costos de electricidad varían según la demanda, puede hacer funcionar las bombas de noche cuando la electricidad es barata para llenar su torre de agua. Luego, deje las bombas apagadas durante el día cuando la electricidad sea más cara, permitiendo que solo la torre presurice el sistema y atienda a sus clientes. El almacenamiento de energía de esta manera también se lleva a cabo a mayor escala para ayudar con la confiabilidad de la red eléctrica, pero ese es un tema para otro video. El almacenamiento elevado también es beneficioso durante un corte de energía, ya que mantiene el sistema presurizado incluso cuando las bombas están fuera de servicio.
¿Pero qué tan elevados deben ser? Es posible que sepa que la presión dentro de un cuerpo de agua está relacionada con la profundidad. Cuanto más profundo vayas, mayor será la presión. Al igual que en una piscina o en el océano, un sistema de distribución de agua tiene la misma relación entre profundidad y presión. Simplemente, está confinado dentro de una serie de tuberías. Entonces, puede imaginar un sistema de distribución de agua como un océano virtual bajo el cual todos vivimos, y la superficie del agua en tanques de almacenamiento elevados representa la superficie del océano virtual. Imaginar un sistema de agua de esta manera hace que sea fácil ver el desafío de entregar agua a los clientes con la presión correcta. Si nuestras ciudades fueran planas, esto sería bastante simple. Todos los edificios se ubicarían a la misma profundidad en el océano virtual. Pero la mayoría de las áreas tienen al menos cierta cantidad de relieve topográfico. Los clientes en elevaciones bajas están en el fondo del océano virtual, donde las presiones pueden ser demasiado altas. Puede pensar que esto es algo bueno, pero las tuberías de plomería y los electrodomésticos solo están clasificados para ciertas presiones, por lo que exceder esos valores puede causar daños graves. A veces, los edificios en elevaciones bajas estarán equipados con válvulas especiales para reducir la presión. Los clientes en elevaciones altas estarán cerca de la superficie del océano virtual, con una presión de agua muy baja. Como mencioné, esto no solo puede ser frustrante, sino que también puede provocar la contaminación del sistema. Para resolver este desafío, muchas ciudades grandes mantienen sistemas de distribución separados llamados zonas de presión, cada una con su propia torre de agua, para atender a los clientes en diferentes alturas dentro de la ciudad.
Pero , ¿qué sucede si necesita atender a clientes en diferentes alturas en la misma ubicación?Los edificios altos, como los rascacielos, pueden tener una presión de agua adecuada en los pisos inferiores, mientras que los pisos superiores pueden subir cerca de la superficie o incluso por encima del océano virtual en el sistema de distribución de agua. Entonces, en lugar de depender de la presión del agua de la ciudad, la mayoría de los edificios altos usan sus propias bombas para suministrar agua a los pisos superiores. Y algunas ciudades, como Nueva York, incluso requieren que cada edificio tenga su propio tanque de almacenamiento elevado.
No todas las ciudades usan torres de agua. Algunos tienen todo su suministro de agua a mayor altura, lo que minimiza la necesidad de agregar presión al sistema. Y, a veces, tiene más sentido confiar únicamente en las bombas para mantener el sistema en funcionamiento. Después de todo, las torres de agua no son baratas, ocupan bastante espacio y pueden permitir que el agua se estanque si no circula lo suficiente. Pero, con los suministros públicos de agua, la confiabilidad es clave. Y ha pasado mucho tiempo desde que la gravedad se desconectó de una tormenta eléctrica, por lo que los tanques de almacenamiento elevados (de alguna forma o moda) definitivamente llegaron para quedarse. Gracias por mirar y cuéntame lo que piensas.
