Dimensionamiento de equipos de bombeo para edificaciones residenciales - Tanque elevado

Para poder suplir las necesidades de agua potable a construcciones con fines residenciales es conveniente la instalación de un sistema de bombeo para impulsar el fluido en condiciones constantes y confortables.

Para el dimensionamiento y selección del sistema de bombeo para edificaciones residenciales, se tiene que conocer cómo va a hacer la presurización del agua potable, esta se puede hacer de dos maneras: desde tanque elevado y bombeando directamente a la red.

Los tanques elevados no suelen ser la mejor solución por los costes y dificultades que suponen construir o adquirir un depósito lo suficientemente grande en la parte superior del edificio además de las consecuencias que pueden traer cuando son parte de la estructura del edificio a la hora de un sismo y en algunas ocasiones, se requiere de un equipo de bombeo adicional para presurizar los pisos superiores. Usualmente se prefiere esta configuración en edificios pequeños o casas cuando el tanque se encuentra en una estructura independiente. 

El dimensionamiento para la elevación de agua es de las aplicaciones de bombeo más sencillas donde la presión dependerá de la altura geométrica entre el depósito inferior al tanque elevado más las pérdidas en la tubería y el caudal vendrá dado por el volumen del tanque elevado divido entre el tiempo en que se requiera llenarlo; luego la distribución de agua será por gravedad desde el tanque elevado.

Para hacer un cálculo preciso de la presión requerida es necesario tener los planos de la edificación con los detalles del montante hacia el tanque elevado, sin embargo es posible hacer una buena aproximación basada en experiencia, conociendo el número de pisos que hay entre el depósito inferior y el tanque elevado. Considerando que entre cada piso hay una distancia de 3 metros se puede determinar la diferencia de cotas entre los tanques para luego aproximar las pérdidas por fricción como un 20% de esa altura estática siempre que la instalación se haga con los diámetros de tubería correctos. Para el tanque elevado no se requiere de presión residual pero se podría considerar en el cálculo de presión como un factor de seguridad para evitar subestimar este valor.

Para definir el caudal del bombeo se debe determinar el volumen del tanque elevado que está relacionado con la demanda diaria de agua de la edificación y el número de días de reserva de agua con las que se quiera contar. En ocasiones el volumen y los días de reservas están señalados en las normativas técnicas de cada región sin embargo, se puede considerar algunos valores referenciales tales como la dotación de agua por persona (250 litros por día) y que en promedio hay 4 personas por unidad de vivienda. Al conocer el número de viviendas de la edificación y considerando uno o dos días de reserva de agua se puede determinar el volumen del depósito, luego el caudal será este volumen dividido entre el tiempo de llenado arbitrario que se puede sugerir que se haga en unas 4 horas.

Los valores a los que se hacen referencia para en el cálculo de la presión y caudal sistemas de bombeo para edificios con fines residenciales están basados en la experiencia, siempre hay que estar atentos a las particularidades de cada caso y cumplir con la normativa técnica doméstica de cada región.

Es recomendable que los grupos elevadores estén conformados por dos bombas centrífugas dispuestas para trabajar en paralelo, seleccionadas a la presión calculada y que cada una sea capaz de dar el 100% del caudal, de esta manera pueden funcionar alternadamente para alargar la vida útil del equipo, aditivamente para atender sobre demanda y en caso de que alguna falle quede la otra de respaldo. 

En la mayoría de los casos el punto de operación de las bombas para este tipo de aplicación estarán marcados por presiones medias y caudales bajos a un régimen prácticamente constante; por lo que convendría seleccionar bombas centrífugas multietapa, como las que se muestran en las figuras, por los niveles de eficiencia con las que trabajan a las condiciones descritas.

Para la operación automática del grupo elevador es necesario contar con la instrumentación adecuada. Una configuración válida puede ser la de controlar mediante un tablero control para el arranque automático de los equipos con interruptores de nivel o flotantes eléctricos dispuestos en el tanque elevado que envíen la señal de arranque por nivel bajo, parada por nivel alto y funcionamiento aditivo por nivel de emergencia al tablero de control que será capaz de alternar las bombas en cada ciclo de llenado. Adicionalmente es necesario incluir otro interruptor de nivel o flotante eléctrico en el tanque donde aspira el sistema la protección de funcionamiento en seco del grupo elevador, que apague el equipo y de alarma de bajo nivel. En este caso, la operación manual solo quedaría para prácticas de mantenimiento del grupo de bombeo.

Un correcto dimensionamiento del sistema y selección de bomba garantizará la vida útil de los equipos y la adecuada provisión del servicio de agua potable a los habitantes con el menor consumo de energía posible.

Martin Gathmann - Ingeniero Mecánico