Planificación de cisternas de agua potable

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Actualizado - 10 de diciembre de 2025

La planificación de las cisternas de agua potable implica varios factores físicos que deben tenerse en cuenta si se quiere conseguir la calidad del agua potable y la capacidad de bombeo deseadas con el menor esfuerzo posible.

Análisis del agua y valores límite

En primer lugar, debe realizarse un análisis de laboratorio de cada fuente de agua, mediante el cual se comparan los valores del agua con los valores límite aplicables para poder tomar medidas específicas para cumplirlos en caso necesario:

• Acrilamida 0,10 μg/l
• Antimonio 10 μg/l
• Arsénico 10 μg/l
• Benceno 1,0 μg/l
• Benzo(a)pireno 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Boro 1,5 mg/l
• Bromato 10 μg/l
• Cadmio 5,0 μg/l
• Clorato 0,25 mg/l
• Clorito 0,25 mg/l
• Cromo 25 μg/l
• Cobre 2,0 mg/l
• Cianuro 50 μg/l
• 1,2-dicloroetano 3,0 μg/l
• Epiclorhidrina 0,10 μg/l
• Fluoruro 1,5 mg/l
• Ácidos haloacéticos (HAA) 60 μg/l
• Plomo 5 μg/l
• Mercurio 1,0 μg/l
• Microcistina-LR 1,0 μg/l
• Níquel 20 μg/l
• Nitrato 50 mg/l
• Nitrito 0,50 mg/l
• Pesticidas 0,10 μg/l
• Plaguicida total 0,50 μg/l
• PFAS totales 0,50 μg/l
• Suma de PFAS 0,10 μg/l
• Hidrocarburos aromáticos policíclicos 0,10 μg/l
• Selenio 20 μg/l
• Tetracloroeteno y tricloroeteno 10 μg/l
• Trihalometanos totales 100 μg/l
• Uranio 30 μg/l
• Cloruro de vinilo 0,50 μg/l

Dureza del agua

La dureza del agua representa el contenido de carbonato cálcico (CaCO₃) en mmol/l, ppm o mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Iones alcalinotérreos según el sistema internacional de unidades SI (Sistema Internacional de Unidades), desfasada también en °dH (la dureza alemana 1 °dH corresponde a 0,1783 mml/l).

• agua blanda -> menos de 8,4 °dH, lo que corresponde a menos de 1,5 mmoll
• medio -> 8,4 ... 14 °dH, correspondiente a 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Agua dura -> superior a 14 °dH, lo que corresponde a más de 2,5 mmol/l

La dureza del agua se refleja, entre otras cosas, en los depósitos de cal en las tuberías, en las superficies mojadas por el agua y en el consumo de más detergente cuanto más calcárea, es decir, más dura, sea el agua.

Ablandamiento del agua

El ablandamiento del agua puede realizarse de dos maneras: 

• intercambiador de iones (en este caso, el agua pasa a través de un filtro de resina saturado con iones de sodio, por lo que los iones de calcio y magnesio disueltos en el agua se intercambian por los iones de sodio de la resina.
  En función del caudal, los intercambiadores de iones se saturan tarde o temprano de iones de calcio y magnesio, por lo que deben enjuagarse y regenerarse con una solución de sal común (NaCl) altamente concentrada. Entonces pueden volver a absorber iones de calcio y magnesio y liberar iones de sodio en consecuencia.
  En función del rendimiento, estos sistemas requieren grandes cantidades a lo largo de un año. Tipo EN 973 Sal certificada de gran pureza con una pureza superior al 99,5 %.
  La desventaja es el enriquecimiento del agua con sodio, que contrarresta la idea de agua potable „baja en sodio“. Asimismo, por supuesto, los costes recurrentes de la sal de regeneración y los costes de mantenimiento asociados.
• Ósmosis inversa, presionando el agua a alta presión a través de finos poros filtrantes de 0,00001 µm. El inconveniente, sin embargo, es que el agua resultante ya no contiene minerales y, por lo tanto, tiene que ser remineralizada para que pueda ser utilizada por el organismo humano.
  Las desventajas son los costes periódicos de la membrana de ósmosis (cartucho filtrante) y el „agua“ que se produce durante la ósmosis inversa, que puede ascender hasta 50% de consumo adicional de agua.
• Destilación, lo que también da lugar a un agua sin ningún contenido mineral y, por tanto, contraproducente para la salud humana.
  Otra desventaja es el elevado consumo de energía.
• Cristalización de semillas, en el que un catalizador (relleno de microesferas de cerámica o polímero especialmente recubiertas a las que se adhieren y cristalizan los iones de calcio y carbonato) convierte la calcita que provoca los depósitos calcáreos en cristales de aragonito en forma de aguja que ya no se adhieren.
  El agua sigue conteniendo todos los minerales, incluida la „cal“ en forma de cristales de aragonito).
  Esta agua puede ser plenamente utilizada por el organismo.
  Estos dispositivos tienen una vida útil de más de diez años, dependiendo del caudal y las dimensiones. Se conectan en bucle a la línea principal de suministro de agua doméstica después del contador de agua.
  

Tecnologías de cristalización de semillas

La dureza del agua no cambia con ninguna de las tecnologías siguientes. Sin embargo, los depósitos de cal se reducen considerablemente, ya que el CaCO₃ ya está unido en microcristales finos estables o en nanocristales muy finos.

TAC

Cristalización asistida por plantillas - El soporte del núcleo de cristalización es un medio sólido, por ejemplo, resina o granulado. En ellos se forman cristales de carbonato cálcico cuando el agua fluye a través de ellos, que se desprenden inmediatamente del medio y son arrastrados con el agua.
Ideal para caudales bajos, ya que la formación de microcristales tarda más que la de nanocristales en el proceso NAC.

NAC

Cristalización asistida por nucleación - es básicamente idéntico al proceso TAC, pero aquí se producen nanocristales en lugar de microcristales. Esto significa que el número de partículas es mayor y los cristales más pequeños.
Esto es ventajoso si se requiere un alto caudal, ya que el tiempo de contacto con el medio es por tanto más corto y la formación de cristales es más rápida que con el proceso TAC debido al sistema.

MAC

Cristalización asistida por medios - resume ambos procesos, TAC y NAC, bajo un mismo término general. El término MAC suele emplearse cuando se utilizan tecnologías propias que difieren de las tecnologías habituales de los procesos TAC/NAC.

Proveedor de sistemas con cristalización de semillas

Como siempre, es importante separar el grano de la paja, es decir, qué fabricante no sólo afirma, sino que demuestra la función de sus productos con los correspondientes certificados de centros de ensayo y/o estudios independientes.

Como ya se ha mencionado, el tiempo de contacto del agua que fluye es funcionalmente significativo, por lo que las fichas técnicas de los distintos productos deben evaluarse por separado con respecto a este criterio y el sistema global debe adaptarse en consecuencia.

Aquí destacan positivamente los siguientes fabricantes:

• EscalaParada - support@scalestopplus.com
  Pruebas independientes del Universidad Estatal de Arizona y DVGW (W512 de 2013) demuestran la eficacia con 99% en cada caso
• Tecnología del agua - info@watertechgroup.com
  anuncia su producto Escala segura con una eficacia del 99,9
• Aqon Puro - info@aqon-pure.com
  demuestra la eficacia de su sistema con dos estudios: el Hohenstein Innovations gGmbH y la GSA (Enlace 1, Enlace 2, Enlace 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  ofrece una gama de productos bajo el nombre One-Flow en
• Lavado Cristal - clean@crystalwash.fr
  se limita a una Especificación de eficacia a partir de 88 ... 97 % y se refiere a la eficacia del proceso TAC generalmente reconocida por DVGW-W512
  

Rendimiento de la fuente

En el caso de una perforación de pozo existente o prevista, los parámetros caudal y tasa de extracción son elementales, junto con otros parámetros, en el cálculo de la cantidad de agua subterránea que debe extraerse en la unidad de tiempo. La explicación, incluido el cálculo, puede encontrarse muy claramente en este sitio web.

La extracción de agua de un río suele estar sujeta a autorización y limitada en términos de cantidad.

Selección de la bomba de alimentación

Una bomba de pozo profundo se utiliza para bombear agua subterránea desde profundidades de entre 8 y 90 metros. Hay que tener en cuenta que la altura de extracción y la profundidad de la bomba (profundidad de succión) suman la altura de impulsión total.

AplicaciónEjemplo:

Profundidad de la bomba (filtro de aspiración) 20 m + punto de extracción más alto 30 m = 50 m es la altura de impulsión total de la bomba de pozo profundo.

Sin embargo, además de la diferencia de altura pura, también deben tenerse en cuenta las pérdidas por fricción en el trazado de la tubería (rugosidad de la tubería, accesorios, etc. = altura dinámica). Éstas deben añadirse en consecuencia al seleccionar la bomba.

Suponiendo una capacidad de bombeo de 3.000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), utilizando, por ejemplo, tubería de PE/HDPE DN65 (D = 0,0752) con una rugosidad según la ficha técnica de ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, la viscosidad cinemática del agua de ≈ 1-10^-6 m²/s, y una densidad ρ = 1000 kg/m³ y velocidad de flujo de g = 9,81 m/s², así como la consideración de los equivalentes de accesorios, etc. por el calculado 1,2 veces la longitud de tubería de 200 m, lo que corresponde a 240 m y una diferencia de altura a salvar de H_s 50 m (altura estática) con una aceleración media debida a la gravedad de g = 9,81 m/s² (como constante), resulta el siguiente cálculo:

• Sección transversal DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Velocidad del flujo
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Número de Reynolds (número característico, bajo = flujo laminar, alto = flujo turbulento)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Coeficiente de fricción de la tubería (Swamee-Jain)
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( (ε : ( 3,7 ⋅ D )) + ( 5,74 : Re^0,9 ) ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• Pérdida por fricción de la tubería (Darcy-Weisbach)
  h_f  = f ⋅ ( L : D ) ⋅ ( v² : 2g )
  h_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  h_f  = f ⋅ ( 3,200 ) ⋅ ( 0.001813634 m )
  h_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• Pérdida de moldeo equivalente
  (en lugar de L (longitud de la tubería) L_eq (set con 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0.0068324004 m
• Cabeza total
  h_muerto = H_s + h_f  + h_eq
  h_muerto = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Presión a la salida de la bomba
  p = ρgH_muerto
  p = 1000⋅9.81⋅50.1708100108 = 492175.6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10.000 = 4,921756462064206 bar
• Capacidad de la bomba hidráulica
  PAG_h = ρgQH_muerto
  PAG_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Potencia del motor eléctrico PAG_motor con eficiencia η = 0,65
  PAG_motor= Ph : η
  PAG_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominalmente, una bomba de unos 630 W proporciona la potencia necesaria. En la práctica, con un aumento del 80% como reserva de seguridad, se supone que es de alrededor de 1,1 kW.

Válvulas

Si cada cisterna de la red debe ser separable individualmente, lo que tiene sentido en caso de trabajos de mantenimiento o fugas, se requiere una válvula de cierre y antirretorno, así como una válvula de descarga o drenaje para cada cisterna.

Las válvulas motorizadas deben tener la opción de accionamiento manual (de emergencia).

Todos los componentes deben diseñarse de acuerdo con los requisitos WRAS/DVGW para agua potable (asiento de EPDM y diafragma de NBR). Las bridas de montaje para la conexión de actuadores deben diseñarse de acuerdo con la norma ISO 5211, las bridas de motor de acuerdo con la norma ISO5211 F05/F07.

El índice de fugas debe ser Clase VI lo que significa estanqueidad absoluta (sin burbujas), es decir, un índice de fugas nulo. Todas las válvulas con asiento de (PTFE)/EPDM cumplen este requisito.
Los asientos metálicos sólo alcanzan la clase IV: se permite un caudal de fuga de 10 ml/min bajo presión de prueba.

El funcionamiento de los actuadores a 230 V CA o a 24 V CC (batería) se decide por el requisito de operatividad automatizada incluso si falla el suministro eléctrico público.
Todos los componentes eléctricos de los sistemas expuestos a la intemperie deben cumplir los siguientes requisitos IP65 (estanco al polvo, protección contra chorros de agua), mejor IP67 (estanco al polvo, protección contra inmersión de corta duración).

Las válvulas motorizadas deben tener interruptores de fin de carrera, idealmente un control a través de 0 ... 10 V, o 4 ... 20 mA si se desea controlar posiciones distintas de abierto/cerrado.

Medición del nivel

Los sensores ultrasónicos y de presión son adecuados para controlar el nivel. Mientras que los sensores de presión, colocados en el fondo de la cisterna, están constantemente expuestos al agua, la medición por ultrasonidos es sin contacto: el sensor se monta en la tapa de la cisterna o debajo de ella y, por tanto, es rápidamente accesible.

Los sensores ultrasónicos industriales emiten una corriente de 4 ... 20 mA, que genera una tensión dependiente del valor medido a través de un convertidor IU calibrado (corriente a tensión), que es evaluada por un microcontrolador y mostrada como valor medido, convertido en litros, metros cúbicos o porcentajes.

Sin embargo, los precios de los sensores ultrasónicos suben en consonancia con el aumento de la gama, alcanzando los cuatro dígitos de euros. Los sensores con una distancia de medición de hasta 2,2 metros rondan el 200 euros, lo que limita la profundidad de la cisterna a unos 2 metros si no se quiere desbordar el presupuesto.