Fundamentos Esenciales de Hidráulica y Tratamiento de Agua

Conceptos Fundamentales en Hidráulica

Para comprender el funcionamiento de las instalaciones hidráulicas y el tratamiento del agua, es esencial familiarizarse con una serie de términos y principios clave:

Definiciones Básicas

• Caudal: Cantidad de agua que atraviesa una determinada sección por unidad de tiempo. Se mide comúnmente en m³/h, l/s o l/h.
• Velocidad: Relación entre la distancia recorrida por un cuerpo y el tiempo invertido para ello. Para el agua en conducciones, la velocidad recomendada suele estar entre 0,5 y 3,5 m/s.

Regímenes de Flujo del Agua

El comportamiento del fluido dentro de una tubería puede clasificarse en diferentes regímenes:

• Régimen Laminar: Los filetes de líquido se mueven paralelos a la pared del tubo, con un flujo ordenado y sin mezcla significativa entre capas.
• Régimen Turbulento: El fluido se desplaza completamente perturbado, formando torbellinos en todas direcciones, lo que genera una mezcla intensa.
• Régimen de Transición: El fluido se desplaza en un estado intermedio entre el régimen laminar y el turbulento, mostrando características de ambos.

Presión y Alturas en Sistemas Hidráulicos

La presión y las diferentes alturas son conceptos cruciales para el diseño y la operación de sistemas de agua:

• Presión: Relación entre una fuerza aplicada y la superficie sobre la que actúa.
• Principio de Pascal: La presión en un líquido es la fuerza que ejerce este sobre las paredes del recipiente que lo contiene, transmitiéndose uniformemente en todas direcciones.
• Presión Relativa: Es la variación de presión a partir de la presión atmosférica.
• Presión Absoluta: Presión total experimentada por el agua, resultante de la suma de la presión atmosférica más la presión relativa.

Suministros de Agua según CTE

El Código Técnico de la Edificación (CTE) establece presiones mínimas para diferentes usos:

• Griferías Comunes: 100 kPa o 1 bar.
• Fluxores y Calentadores ACS: 150 kPa o 1,5 bar.

Tipos de Altura Piezométrica

En el estudio de la hidráulica, se distinguen varias alturas:

• Altura Piezométrica: Si a un tubo por el que circula agua se le realizan derivaciones verticales, el agua se elevará por dichos tubos a una altura distinta en cada uno, reflejando la presión en ese punto.
• Altura Cinética: Altura equivalente a la energía cinética del fluido, calculada a partir de la velocidad del agua.
• Altura Geométrica: Altura en metros alcanzada por el agua, medida desde un plano o cota de referencia.

Pérdidas de Carga en Instalaciones

Las pérdidas de carga representan la disminución de presión que experimenta el fluido a lo largo de su recorrido por la instalación, debido a la fricción y a los obstáculos.

Tipos de Pérdidas de Carga

• Pérdida de Carga Lineal: Pérdida de carga que ocurre en tramos rectilíneos de la tubería.
  • Conducciones Enterradas: 100 a 350 mm.c.a. por metro lineal.
  • Conducciones Exteriores (poco uso): 70 a 200 mm.c.a. por metro lineal de tubería.
  • Conducciones Interiores (edificio): 50 a 150 mm.c.a. por metro lineal de tubería.
• Pérdida de Carga Localizada: Causada por los obstáculos que encuentra el agua al circular por el conducto, como estrechamientos, codos, válvulas o desviaciones.

Golpe de Ariete: Fenómeno y Prevención

El Golpe de Ariete es una sobrepresión producida sobre los elementos de una instalación ante cualquier modificación brusca de la velocidad de circulación del agua (por ejemplo, al cerrar rápidamente una válvula).

Para evitar el Golpe de Ariete, se recomienda:

• Dimensionar correctamente los conductos.
• Limitar la presión a 3 bares.
• Instalar receptores de agua flexibles.
• Instalar válvulas motorizadas con cierre lento.
• Utilizar dispositivos antiarietes, ventosas, purgadores, etc.

Tratamiento y Calidad del Agua

El tratamiento del agua es fundamental para asegurar su potabilidad y adecuación para diversos usos.

Tratamientos en Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAP)

Las ETAP emplean diversas técnicas para purificar el agua:

• Aportación de derivados de cloro.
• Ozono.
• Rayos UV.
• Filtros de carbón activado.

Parámetros Organolépticos del Agua

Estos parámetros determinan las características perceptibles del agua, como el gusto, el olor, el color y el grado de turbidez:

• Gusto y Olor, Color: Se tratan comúnmente mediante ozonización y carbón activado.
• Turbidez: Se corrige agregando componentes químicos que reagrupen las partículas (coagulación-floculación), seguida de eliminación de sedimentos y filtración.

Dureza del Agua

La dureza del agua se debe a la presencia de iones de Calcio (Ca) y Magnesio (Mg) disueltos, que se combinan con aniones y pueden reducir la solubilidad de jabones o formar incrustaciones.

• Dureza Total: Conjunto de todas las sales de Ca y Mg contenidas en el agua.
• Dureza Temporal: Combinación de Mg y Ca con los carbonatos y bicarbonatos, que puede eliminarse por ebullición.
• Dureza Permanente: Combinación de Mg y Ca con sulfatos, nitratos y cloruros (aniones), que no se elimina por ebullición.
• Dureza Cálcica: Combinación del Ca con sulfatos, nitratos y cloruros.
• Dureza Magnésica: Combinación del Magnesio con sulfatos y nitratos de cloro.

Tipos de Corrosión en Instalaciones

La corrosión es un proceso de deterioro de los materiales, especialmente metales, debido a la interacción con el agua:

• Corrosión Uniforme: Toda la superficie del metal en contacto con el agua se cubre de una capa coloreada de óxido.
• Corrosión por Picadura: La capa de protección interna del metal se disuelve en algún punto específico, creando pequeños orificios.
• Corrosión por Aireación Diferencial: Ocurre cuando una parte del agua contiene más oxígeno que otra, creando diferencias de potencial eléctrico.
• Corrosión Galvánica: Se produce cuando el agua circula entre metales diferentes con distinto potencial electroquímico, actuando como un electrolito.
• Corrosión por Corrientes Vagabundas: Sucede cuando elementos metálicos de la instalación pasan por un tramo electrificado, induciendo corrientes que aceleran la corrosión.

Procesos de Tratamiento Específicos

Además de los tratamientos generales, existen procesos específicos para abordar problemas particulares del agua:

• Filtración: Proceso en el que se instalan filtros especiales que disponen de diferentes poros para retener partículas.
• Descalcificación: Eliminación de la cal (sales de Ca y Mg) del agua para reducir su dureza.
• Desnitratación: Eliminación de nitratos del agua.
• Dosificación: Inyección controlada de determinados productos químicos en el agua para su tratamiento.
• Ósmosis Inversa: Proceso que invierte de forma artificial la ósmosis natural, aplicando presión desde un punto a otro de un cubeto separado por una membrana semipermeable para purificar el agua.

Tipos de Filtros Comunes

Existen diversos tipos de filtros utilizados en sistemas de tratamiento de agua:

• Filtros de candela o cartucho poroso.
• Filtros de paño o hilo trenzado.
• Filtros de funda lavable.
• Filtros autolimpiables.
• Filtros multiestrato.
• Filtros de carbón activado.

Secuencia Típica de una Instalación de Tratamiento de Agua

Una configuración común para el tratamiento de agua en una instalación podría seguir este orden:

Contador → Filtro → Descalcificador → Reductor de Presión → Dosificador