Alcantarillado por gravedad

Una alcantarilla por gravedad es un conducto que utiliza la energía resultante de una diferencia de elevación para eliminar el agua no deseada. El término alcantarilla implica la eliminación de aguas residuales o escorrentía superficial en lugar de agua destinada a uso; ^{[ 1 ]} y el término gravedad excluye el movimiento de agua inducido a través de tuberías de impulsión o alcantarillas de vacío . La mayoría de las alcantarillas son por gravedad porque la gravedad ofrece un movimiento de agua confiable sin costos de energía donde las pendientes son favorables. Las alcantarillas por gravedad pueden desembocar en sumideros donde se requiere bombeo para forzar las aguas residuales a una ubicación distante o elevarlas a una elevación mayor para su entrada a otra alcantarilla por gravedad, y a menudo se requieren estaciones de bombeo para elevar las aguas residuales a las plantas de tratamiento de aguas residuales . Las alcantarillas por gravedad pueden ser alcantarillas sanitarias , alcantarillas combinadas , alcantarillas pluviales o alcantarillas de efluentes .

Los sistemas de alcantarillado por gravedad suelen asemejarse al patrón de escorrentía regional, con grandes colectores principales en cada valle que reciben el flujo de colectores laterales más pequeños que se extienden ladera arriba. Los sistemas de alcantarillado en terrenos relativamente llanos requieren una planificación y construcción cuidadosas para minimizar las pérdidas de energía en caídas libres, curvas pronunciadas o uniones turbulentas. Cada tramo del colector debe experimentar de forma rutinaria la velocidad mínima necesaria para mantener los sólidos en suspensión y evitar obstrucciones por deposición de sólidos en áreas de baja velocidad. Sin embargo, los colectores en áreas montañosas pueden requerir características de disipación de energía para evitar daños en el colector por altas velocidades del fluido y los efectos de erosión de sólidos arenosos en flujo turbulento . Los colectores cubiertos se entierran por debajo de la línea de congelación para evitar la congelación y a suficiente profundidad para recibir el flujo por gravedad de las fuentes de aguas residuales previstas. ^{[ 2 ]} Los colectores por gravedad largos pueden requerir profundidades de excavación significativas o túneles para mantener pendientes aceptables cerca de la salida del colector.

La disponibilidad de bombas confiables permite elevar acumulaciones de agua hacia alcantarillas por gravedad desde sumideros de recolección en excavaciones como minas o cimientos de edificios, pero el costo de bombear la escorrentía superficial desalienta el uso de estaciones de bombeo en desagües pluviales o alcantarillas combinadas. El costo capitalizado de operación y mantenimiento de estaciones de bombeo y suministros de energía de emergencia generalmente justifica un costo inicial considerable para excavación o túnel para construir una alcantarilla por gravedad. ^{[ 3 ]} El tratamiento de aguas residuales es más eficiente en ubicaciones centralizadas; y a menudo se requiere bombeo para elevar las aguas residuales desde elevaciones más bajas hasta la cabecera de la planta de tratamiento de aguas residuales . Las estructuras llamadas reguladores permiten el desbordamiento hacia alcantarillas de descarga por gravedad cuando el flujo máximo en alcantarillas combinadas excede la capacidad de bombeo. ^{[ 4 ]} Las alcantarillas sanitarias son preferidas para el bombeo rentable de aguas residuales cuando se requiere tratamiento. Las alcantarillas por gravedad son preferidas donde las pendientes son favorables, pero las estaciones de bombeo a menudo mueven las aguas residuales a las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Las alcantarillas de vacío tienen una presión negativa permanente; gracias a las mejoras tecnológicas, se han vuelto más comparables a las alcantarillas por gravedad en cuanto a costos de operación y mantenimiento, y son más económicas de instalar. ^{[ 5 ]}

Las primeras alcantarillas eran zanjas para eliminar el agua estancada de lugares fangosos donde el terreno seco era preferible para la actividad humana. Las primeras alcantarillas cumplían una función similar a la de los desagües pluviales modernos (a veces llamados alcantarillas pluviales). Las alcantarillas combinadas evolucionaron a partir de la práctica de usar el flujo en las primeras zanjas de drenaje para eliminar otros desechos, incluyendo las heces de animales de tiro . ^{[ 1 ]} Las alcantarillas se volvieron infértiles a medida que aumentaban las concentraciones de desechos en comunidades con alta densidad de población. Se instalaron alcantarillas para cubrir los líquidos infértiles. Las comunidades prósperas usaban mampostería y ladrillos para cubrir las primeras alcantarillas. Se usaban tuberías de terracota para alcantarillas de bajo volumen. ^{[ 6 ]} La parte de una alcantarilla que descarga en un cuerpo de agua natural se llama emisario . ^{[ 7 ]}

La Revolución Industrial aumentó la densidad de población en los distritos manufactureros y produjo tuberías útiles para los sistemas de drenaje, desagüe y ventilación desde los edificios hasta las alcantarillas. Las alcantarillas por gravedad se han construido con tuberías de hierro fundido , arcilla vitrificada , hormigón prefabricado , fibrocemento y plástico . ^{[ 8 ]} Si bien algunas alcantarillas antiguas de ladrillo siguen en uso, las nuevas alcantarillas con diámetros superiores a 1 metro (39 pulgadas) suelen utilizar hormigón armado . Las tuberías de metal corrugado pueden utilizarse para desagües pluviales o aguas residuales con un riesgo igualmente bajo de corrosión. ^{[ 9 ]} Las secciones transversales no circulares pueden presentar ventajas para las alcantarillas de gran diámetro. ^{[ 10 ]}