Revista
Boliviana de Ingeniería
Volumen
3 | No. 1 | Enero – junio 2021
Página
28 – 40
https://doi.org/10.33996/rebi.v3i1.3
ISSN:
2710 - 0901 | ISSN-L: 2710 - 0901
Evaluación y rediseño de sistemas de
abastecimiento
de agua potable
Evaluation and redesign of drinking water
supply networks
Yeferson
Sergio Romero Nina
sergioromeronina@gmail.com
Código
ORCID: 0000-0002-8239-3498
Universidad
Autónoma Tomás Frías,
Potosí
- Bolivia
Articulo
aceptado en septiembre 2020
Arbitrado
en octubre 2020
Publicado
en enero 2021
Resumen
En
Bolivia existen comunidades menores que viven en condiciones insalubres por
falta de agua potable, en este sentido el presente estudio se propone evaluar
y optimizar el sistema de abastecimiento de agua potable de la comunidad Caiza
D, ubicada en Potosí. Con un enfoque mixto de corte longitudinal se aplica un
proceso validado por criterio de expertos, que consiste en calibrar y llevar
redes en funcionamiento a un software libre que provee información para la toma
de decisiones ingenieriles. Se determina que la bomba deberá tener 1,9 Hp de
potencia, cuatro (4) pulgadas de diámetro y capacidad de 6,4 l/s. Además, el
tanque considerará un consumo promedio anual de 1,5E+05 y un volumen del
reservorio de 25% de Qm, V=37m3. El rediseño del sistema implicará renovar
bomba de agua y tanque de almacenamiento y se considera factible usar la red de
agua existente, previo mantenimiento y renovaciones de componentes oxidados.
Palabras
clave: Red
de agua potable; calibración hidráulica; modelo hidráulico; aducción
Abstract
In Bolivia
there are smaller communities that live in unsanitary conditions due to lack of
drinking water. In this sense, the present study set out to evaluate and later
optimize the drinking water supply system of Caiza D community, located in
Potosí. With a mixed approach of longitudinal cutting, a process validated by
expert criteria was applied, which consists of calibrating and bringing
networks in operation to free software that provides information for engineering
decisions. It was determined that the pump should have 1.9 HP of power, 4
inches in diameter and a capacity of 6,4 l/s, the tank will consider an average
annual consumption of 1.5E + 05 and a reservoir volume of 25% of Qm, V = 37m3.
The redesign of the system will involve renovating the water pump and storage
tank and it was considered feasible to use the existing water network, after
maintenance and renovations of rusted components.
Keywords: Drinking
water network; hydraulic calibration; hydraulic model; adduction
INTRODUCCIÓN
Los
sistemas de abastecimientos de agua potable permiten el aprovisionamiento de
agua a las ciudades y un mal funcionamiento impacta negativamente en toda la
población. En los países en desarrollo aún existen localidades que no cuentan
con este suministro a cabalidad. Este es el caso de Bolivia, donde existen
poblaciones en las que el sistema de agua potable presenta deficiencias y no
abastece al 100%, produciendo problemas relacionados con la calidad de vida, salud
y alimentación.
El
problema se manifiesta principalmente en comunidades con población reducida,
como en la comunidad de Caiza D (ubicada al sud este de la ciudad de Potosí),
que cuenta con una población cercana a 1000 habitantes. En la comunidad existe
un sistema de abastecimiento cuya fuente permitía el abastecimiento de la
demanda de la población. Actualmente, su cobertura ha disminuido y, según la
norma boliviana que regula el abastecimiento de agua, está muy por debajo del
flujo aceptable (Reglamento Nacional, 2004). Las causas son diversas: uso del
agua para el riego de las parcelas aledañas a la tubería de aducción, necesidad
de mantenimiento y crecimiento de la población.
Se
sabe que el servicio de agua potable podría ser mejorado incrementando el caudal
para que el aprovisionamiento sea regular. En este sentido, es importante
determinar el funcionamiento de la red en términos hidráulicos y así determinar
la posibilidad de utilizar la infraestructura existente o confirmar la
necesidad de renovación. Se utiliza entonces la calibración como mecanismo que
permite averiguar la fiabilidad del modelo hidráulico y la veracidad de los
datos utilizados para simular los sistemas (AWWA, 2012).
El
presente estudio tuvo por objetivo evaluar el sistema de abastecimiento de agua
potable de la comunidad Caiza D, mediante la modelación del sistema hidráulico.
Este propósito tiene relevancia social, no sólo para la comunidad Caiza D, sino
para todas las comunidades dispersas en Bolivia que aún no tienen acceso
suficiente de agua potable. El proceso de evaluación propuesto puede replicarse
y evaluar así otras redes de agua.
El
estudio se justifica en la medida en que sea difundido y considerado por la
comunidad de ingenieros y tomadores de decisiones sobre temas de agua. Es
fundamental comprender que las redes de abastecimiento de agua segura, adecuada
y accesible, juntamente con un saneamiento apropiado, son, sin duda,
necesidades básicas y componentes esenciales de la atención primaria de la
salud.
En
el presente estudio se presenta la base teórica del modelo hidráulico aplicado.
El propósito de este modelo está relacionado con el análisis hidráulico que se
necesita y puede ser simulación en régimen estacionario o simulación en período
extendido (Ostfeld, 2012; Walski, 2003). Se identifican cinco (5) aplicaciones
para las cuales es posible construir un modelo: planes maestros, estudios de
protección contra incendios, estudios de calidad del agua, estudios de
eficiencia energética y, finalmente, operación de la red (Christie et al,
2011). Sin embargo, los estudios de calidad de agua exigen un mayor nivel de
calibración (Larado, 2012).
La
calibración de modelos hidráulicos de redes de distribución es un proceso
lógico sencillo, que involucra determinar aquello que está mal en el modelo y
corregir los errores para lograr que el modelo funcione adecuadamente. Resulta
improbable que el problema de calibración de modelos hidráulicos sea resuelto
utilizando un procedimiento analítico simple o una técnica de optimización. Sin
embargo, existen consideraciones generales que pueden ayudar a su aproximación
(Ormsbee, 1994). Se considera el siguiente procedimiento general de siete (7)
pasos al momento de abordar un proceso de calibración (Hutton, 2014): (a) identificar el propósito del modelo, (b) determinar el
valor inicial de los parámetros a estimar, (c) recolectar datos de calibración,
(d) evaluar los resultados del modelo, (e) calibrar a nivel macro, (f) realizar
un estudio de sensibilidad y, finalmente, (g) calibrar a nivel micro.
Por
otra parte, según Shamir (1977), la calibración consiste en determinar las
características físicas y operacionales de un sistema existente, aplicando un
modelo computacional que permita obtener resultados realistas. Walski (2003) la
define como un proceso de dos (2) pasos que consisten en: (a) Comparar las
presiones y caudales simulados con aquellos observados (medidos) para unas
condiciones de operación conocidas y (b) Ajustar los datos de entrada al modelo
de tal forma que exista concordancia entre los valores simulados y observados.
La
calibración es una garantía para la aplicabilidad del modelo y su importancia
sustenta en tres (3) aspectos básicos (Walski, 2003): confianza, conocimiento y
compresión y resolución de problemas. Ésta termina cuando se alcanza la
tolerancia esperada (10% de diferencia entre los valores medidos y simulados
según los estándares normalmente aceptados).
Los
datos de calibración pueden ser recolectados mediante: (a) pruebas de campo
realizadas en hidrantes para obtener datos de caudal y presión (Lansey, 2000),
(b) Datos de telemetría (SCADA) correspondientes a series de tiempo para
caudales, presiones, y niveles de tanques (Walski, 2003) y, finalmente, (c)
Datos referentes a pruebas con trazadores químicos conservativos o no
conservativos (Ormsbee, 1994).
Evaluar
los resultados de una simulación permite medir la presión de un modelo
hidráulico, comparando los resultados y las mediciones realizadas en campo
(Lansey, 2000). La calidad de los datos recabados será determinante para el
éxito de la modelación, Walski (2003) realiza una clasificación cualitativa de
la calidad de los datos, y propone tres (3) tipos: buenos (good data),
malos (bad data) e inútiles (useless data).
Existen
errores que provocan discrepancias entre valores simulados y observados,
identificarlos y minimizarlos requiere de la aplicación iterativa de tres (3)
procesos: macro-calibración, micro-calibración y análisis de sensibilidad. La
macro-calibración se enfoca en la calibración de toda la red de distribución o
zonas de presión y consiste en identificar y corregir las fuentes de error que
ocasionan las diferencias más significativas (Molina, 2015). El análisis de
sensibilidad consiste en variar los parámetros del modelo, cuantificar el
efecto sobre los resultados de la simulación asociado a cada una de estas
variaciones e
identificar
aquellos parámetros que generan mayor impacto en los resultados de la
simulación.
Materiales
y métodos
Se
trata de una investigación aplicada de corte longitudinal que, mediante la
modelación de un sistema hidráulico, pudo evaluar la calidad de un sistema de
redes de abastecimiento de agua potable y, posteriormente, gracias a la
simulación, presenta el esquema del rediseño de la misma red. El proceso que se
aplica para evaluar y rediseñar el sistema de abastecimiento de agua potable de
la comunidad Caiza D combina los lineamientos propuestos por Walski (2013) y
Hulton (2014), según se muestra en la tabla 1.
Tabla 1.
Procesos para la calibración de redes de agua
|
Etapas según Hutton (2014)
|
Etapas según Walski (2003)
|
Etapas del proceso aplicado
|
|
Identificar el propósito del modelo
|
|
Reconocimiento
y diagnóstico del funcionamiento del sistema.
|
|
Determinar
el valor inicial de los parámetros a estimar
|
Recopilación
de métricas en campo (presiones y caudales) que permitieron aplicar los
modelos de simulación.
|
|
Recolectar datos de calibración
|
|
|
Evaluar
los resultados del modelo
|
Rediseño
y calibración la red de agua.
|
|
Realizar
una calibración a nivel macro
|
Comparar las presiones y caudales simulados
con aquellos observados
|
Desarrollo
modelo hidráulico que optimiza el funcionamiento de la red
|
|
Realizar un análisis de
sensibilidad
|
Ajustar los datos de
entrada al modelo
|
|
Realizar una
calibración a nivel micro
|
En la tercera columna
de la tabla 1 se muestra el proceso propuesto, comprende cinco (5) etapas.
Este tiene un enfoque mixto, ya que comprende variables cuantitativas y
cualitativas. Este fue validado aplicando la técnica del juicio de expertos, la
consulta se hizo al Colegio de Ingenieros de Bolivia, quienes recomendaron a
profesionales con amplia trayectoria y conocimiento en redes de abastecimiento
de agua potable.
Con este fin los
paquetes informáticos empleados para procesar la información fueron AutoCAD® y
AutoCAD Civil 3D®. Asimismo se aplicó el paquete informático para modelación de
redes de agua potable: Epanet v2.0® y la extensión Epacad® que permite la
modelación de la red. Para el manejo de imágenes satelitales se utiliza el Google
Maps.
Para las mediciones
de parámetros hidráulicos en campo se cuenta con un caudalímetro 8188-29 Original
System (Gardena), con las siguientes especificaciones técnicas: (a) Permite
mediciones de caudal en tuberías a presión de entre 1” y 360” y (b) la
precisión de la medición es de ± 0.5%, para líquidos homogéneos. También se
cuenta con un presurímetro marca y modelo MARSH WV 26050-0607, con un rango de
medición: 0-160 psi, precisión ± 0.25% y con
temperatura de funcionamiento de -20 a 70 °C.
Se
realiza el levantamiento topográfico para modificar la aducción y la zona de la
Red (referenciado a bancos de Nivel “Bench Nark”). Las nivelaciones en las
poligonales fueron cada 5 m y también se considera terrenos con pendiente
abrupta. Por su parte, las mediciones se efectuaron en cámaras ingreso a
domicilio cuya tubería es de PVC. Para el dimensionamiento de la red de
distribución y conducciones en general se aplica la fórmula de William & Hazen
con la ecuación (1).
Donde:
J: pérdida de carga
unitaria (m/m)
Q: es el caudal (m3/s)
C: coeficiente de
rugosidad, que depende del material (adimensional 100 -140)
D: diámetro de la tubería
(plg).
RESULTADOS
Se
presenta el proceso de calibración de la red de agua potable para la comunidad Caiza
D, según el proceso ya especificado de cinco etapas.
Reconocimiento y
diagnóstico del funcionamiento del sistema
El reconocimiento
considera las condiciones actuales con relación a: obra de toma, aducción,
tanque de almacenamiento, red de abastecimiento y proyección de crecimiento
demográfico. Se presenta la síntesis del diagnóstico en la Tabla 2.
Las mediciones de parámetros hidráulicos en campo son
indispensables para calibrar un
sistema hidráulico y, para este fin, es importante también la contemporaneidad
de las mediciones. Se lleva a cabo para tal efecto las mediciones periódicas de
parámetros hidráulicos en la red. Las mediciones se obtienen en diferentes
periodos de tiempo, comprendidos entre 2015 y 2016. Los parámetros hidráulicos
que se midieron son los siguientes: caudal en diferentes puntos estratégicos de
la red actual y presión en los mismos puntos donde se midieron los caudales.
Tabla 2.
Síntesis del diagnóstico de la comunidad (sin proyecto)
|
COMPONENTE
|
DESCRIPCIÓN
|
|
OBRA
DE TOMA
|
•
No se cuenta con cámara de llaves.
•
El consumo de la red de agua está
destinado para consumos de las familias y para riego. Abastece alrededor del 70% del consumo básico familiar,
existe escases.
•
Se percibe que no ha habido
mantenimiento en los últimos años.
•
La cámara colectora requiere
reparación o renovación.
|
|
ADUCCIÓN
|
•
La aducción se encuentra muy deteriorada.
•
Filtración importante
•
Se requiere nueva aducción.
|
|
TANQUE
DE ALMACENAMIENTO
|
•
No posee tapa sanitaria.
•
El caudal que recibe es casi la
mitad del que se aforó en la obra
de toma.
•
El tanque se encuentra en mal
estado, debido a la acumulación de
arena y falta de mantenimiento.
|
|
RED
DE ABASTECIMIENTO
|
•
Presenta conexiones en mal estado.
•
Se verifica que las tuberías son
antiguas lo que hace que haya
demasiada fricción en sus paredes interiores.
•
Tuberías inadecuadas para trabajar a presión.
•
La operación de la red se realiza
por personal no autorizado.
•
Las presiones de campo con las que
opera el sistema son muy bajas, no permite la operación de
aparatos sanitarios.
•
Es necesario darle una combinación
de diámetros adecuada para así cumplir con los requerimientos según Norma Boliviana NB-689.
|
|
PROYECCIONES
DEMOGRÁFICAS
|
•
Según datos del censo nacional la
población tiene tasa crecimiento positiva, el cálculo de la proyección de
crecimiento se realizó con base en los dos últimos censos nacionales (1992 y
2001) y al último censo comunitario (2011).
|
Las mediciones se efectuaron en
cámaras ingreso a domicilio cuya tubería es de PVC. Se obtuvieron los
siguientes datos de campo promediados en cuanto a presiones y caudales,
asumiendo un modelo estacionario en fechas de estiaje.
Una vez completados
los pasos precedentes, se procede a iniciar las corridas de simulación
confirmando antes los datos insertados (validación) y después fijando los
parámetros operativos: unidades de caudal LPS, fórmula de pérdidas H-W, peso
específico relativo 1, viscosidad relativa
1, máximo iteraciones 60, precisión 0,01, continuar en caso número equilibrio,
curva modulaciones 1, factor de demanda 1.
Recopilación de
métricas en campo
Se usa la calibración
como mecanismo que para averiguar la fiabilidad del modelo y la veracidad de
los datos utilizados para simular los sistemas. La Figura 1 permite visualizar
el esquema de nudos y tuberías de la red, según el reporte de
medición la red actual cuenta con 190 tuberías con longitud total de 2.512,98
m, con diámetros entre 20,80 y 66,80 mm.
Figura 1. Esquema
de nudos y tuberías
En la tabla 3 se muestran los
estadísticos finales en cuanto a caudales y presiones.
Tabla
3. Resumen
Estadístico Prueba T de Student para la Presiones y Caudales
|
Estadístico
|
PRESIONES
|
CAUDALES
|
|
Var 1
|
Var 2
|
Var 1
|
Var 2
|
|
Media
|
8,74
|
9,25
|
1,06
|
0,97
|
|
Varianza
|
7,67
|
8,65
|
1,09
|
1,56
|
|
Observaciones
|
14
|
14
|
9
|
9
|
|
Coeficiente
de correlación de Pearson
|
0,979
|
|
0,982
|
|
|
Diferencia
hipotética de las medias
|
0
|
|
0
|
|
|
Grados
de libertad
|
13
|
|
8
|
|
|
Estadístico
t
|
-3,147
|
|
0,844
|
|
|
P(T<=t)
una cola
|
0,004
|
|
0,212
|
|
|
Valor
crítico de t (una cola)
|
1,771
|
|
1,860
|
|
|
P(T<=t)
dos colas
|
0,008
|
|
0,423
|
|
|
Valor
crítico de t (dos colas)
|
2,160
|
|
2,306
|
|
El
proceso de calibrar implica varias corridas hasta alcanzar a reflejar el
sistema actual (debido a inconsistencias en la topología de la red). Se logra
en la mayoría de los puntos una diferencia entre lo medido y lo simulado del
10%. El reporte estadístico presentado en la tabla 2 indica que a través de las
pruebas y medidas tomadas tanto en campo como en el programa el coeficiente de
correlación es superior a 0.9, lo que significa que las muestras son
estadísticamente similares.
Luego
de presentar las características técnicas de los diferentes elementos que
componen el sistema de abastecimiento de la red de agua potable y con todos los
datos obtenidos en campo y en simulación, se procedió a identificar las
alternativas seleccionadas a las principales problemáticas del funcionamiento
actual del sistema. Con este fin se estima la proyección de la demanda, según
se presenta en la Figura 2.
Figura
2. Proyección
de la demanda
Según
la proyección de la demanda presentada en la Figura 2, se determina un caudal
medio diario de Qmd de 1,785 [l/s], causal máximo diario de Qmaxd de 2,142
[l/s] y un caudal máximo horario de Qmáxh de 5.654 [l/s].
Por
una comparación de los resultados obtenidos del análisis de aguas realizado
para la fuente del sistema en estudio con los valores referenciales de la
norma, la calidad del agua es apta para consumo, en cuanto a sus parámetros
físicos, químicos y bacteriológicos.
Se
compara los resultados del análisis del agua con los valores referenciales de
la NB-689. El análisis físico determinó: (a) turbiedad de 0,35, muy por debajo
del valor máximo aceptable que es 5, (b) Color 5 UC en escala Pt-Co, 1/3 del
máximo aceptable que es 15 UC, (c) 365 mg/l sólidos totales disueltos, siendo
1000 mg/l el máximo aceptable y, finalmente, (d) Las características de olor,
sabor y temperatura están dentro de los parámetros aceptables. Según el
análisis químico las características del agua se encuentran dentro de los márgenes
aceptables para el consumo humano, se considera las variables: dureza, calcio,
magnesio, manganeso, hierro, sulfato, cloruro, fluoruros, nitratos, nitritos y
pH. Por su parte, el análisis bacteriológico dio negativo en coliformes totales
y en Escherichia coli (E. coli). Finalmente, se realizaron análisis
complementarios que determinaron inexistencia de Demanda Bioquímica de Oxígeno
DBO5 y Oxígeno disuelto OD y conductividad de 606 mmhos/cm, siendo
la máxima aceptada 1500 mmhos/cm.
Rediseño y calibración la red de agua
Dada
la identificación del estado actual del sistema de abastecimiento de agua
potable en la comunidad de Caiza D en flujo estacionario, y encontrando
deficiencias en su funcionamiento es preciso identificar los parámetros a considerar
para el planeamiento de la optimización hidráulica de la red: demanda y
presiones de servicio.
Realizadas
las estimaciones se determinaron los valores requeridos para el diseño de la
bomba de agua: caudal del bombeo de 6,4 l/s, diámetro mínimo de 4 plg, pérdidas
de carga desde la aducción al punto de bomba (Hazen - Williams) de 1,796 m,
pérdidas de carga de la bomba al tanque de 0,0026 m/m, carga total de 46,5 m y
cálculo de la potencia de la bomba de 1.9 Hp. Por tanto, según los criterios de
selección del tipo de bomba que se determina tiene 2 Hp de potencia y con una
capacidad de 10 l/s. Garantizando el funcionamiento de la aducción. Se usará la
bomba 40-315.
El
cálculo de la demanda de la red actual sirve para evaluar y calibrar la red y
generar presiones óptimas de servicio, considerando los lineamientos dados por
los Reglamentos del Agua y la Norma NB 689. Se traza una red matriz compuesta
por una serie de diámetros comerciales a fin de optimizar su funcionamiento,
permitiendo proyectar un nuevo diseño de la aducción que incluye una bomba que
permitirá aprovechar entre un 80 y 100% la obra de toma.
Considerando
que la bomba se posicionó en la progresiva 0 + 683,68, se realiza el cálculo de
la nueva línea aducción. Para este cálculo se utiliza la ecuación de Hazen –
Williams, en cuanto a la obtención de pérdidas por fricción se utiliza un
coeficiente C de 150 para un material de PVC. En tal caso se determinaron los
valores de pérdida de carga, con sus respectivas cotas piezométricas, según se
presenta en la tabla 4.
Tabla 4. Reporte
de la nueva aducción
|
Prog.
|
Descripción
|
L[m]
|
Elev[m]
|
Q[l/seg]
|
Mat
|
Dnominal[plg]
|
Dreal[mm]
|
St[m/m]
|
hf[m]
|
Cota
piezométrica
[m]
|
|
0,00
|
CA
|
0,00
|
3172,209
|
2,1417819
|
PVC
|
4,00
|
105,1
|
6,32E-04
|
0,00E+00
|
3172,21
|
|
158,70
|
Tubería p1
|
158,70
|
3170,559
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
1,40E-01
|
3170,56
|
|
372,20
|
Tubería p10
|
9,67
|
3167,97
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
8,55E-03
|
3167,97
|
|
461,69
|
Tubería p11
|
89,49
|
3167,381
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
7,91E-02
|
3167,38
|
|
501,80
|
Tubería p12
|
40,11
|
3165,353
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
3,55E-02
|
3165,35
|
|
584,76
|
Tubería p13
|
82,96
|
3166,395
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
7,34E-02
|
3166,39
|
|
586,71
|
Tubería p15
|
1,95
|
3165,32
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
1,73E-03
|
3165,32
|
|
596,48
|
Tubería p16
|
9,77
|
3165,541
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
8,63E-03
|
3165,54
|
|
600,58
|
Tubería p17
|
4,10
|
3165,528
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
3,62E-03
|
3165,53
|
|
606,88
|
Tubería p18
|
6,30
|
3166,014
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
5,57E-03
|
3166,01
|
|
609,33
|
Tubería p19
|
2,45
|
3166,251
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
2,17E-03
|
3166,25
|
|
641,88
|
Tubería p26
|
2,75
|
3164,668
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
2,43E-03
|
3164,67
|
|
657,53
|
Tubería p30
|
2,32
|
3164,26
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
2,05E-03
|
3164,26
|
|
666,99
|
Tubería p31
|
9,46
|
3164,422
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
8,36E-03
|
3164,42
|
|
683,68
|
BOMBA
|
16,69
|
3164,171
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
1,48E-02
|
3164,17
|
|
697,60
|
Tubería p33
|
13,92
|
3165,159
|
2,1417819
|
PVC
|
3,00
|
81,7
|
8,84E-04
|
1,23E-02
|
3165,16
|
En
la tabla 4 se presenta el reporte de la nueva aducción, el cual permite
verificar que las tuberías en la red están funcionando dentro de los parámetros
requeridos de pérdida de fricción y cota piezométrica. La cota piezométrica de
la bomba de agua es 3.164,17 m.
Realizadas
las estimaciones se determina los valores requeridos para el tanque de
almacenamiento: consumo promedio anual, Qm de 1,5E+05 l, volumen del reservorio
considerando 25% de Qm de 37m3, con el valor del volumen (V) se
define en reservorio de sección cuadrada que se obtiene de la Norma:
PL-AP-13-05 Tanque Elevado De HºAº PARA 50 M3. Por tanto, se determina que el
tanque de almacenamiento será del tipo elevado, diseñado en hormigón armado con
una altura total de 20 m, según NB-689.
Desarrollo modelo
hidráulico que optimiza el funcionamiento de la red
Se
determina para cada tramo de todo el circuito las pérdidas de carga
correspondientes y las razones de estas al caudal considerado en cada caso la
fórmula de Hazen- Williams. Se realizan verificaciones en el programa Epanet®,
en cuanto a las tuberías de la red permite tomar criterios para determinar los
diámetros de redes considerando presiones y velocidades. La tabla 5 es
representativa de los resultados obtenidos.
Tabla 5. Reporte
de la red propuesta
|
ID Línea
|
Longitud
|
Diámetro
|
Rugosidad
|
Caudal
|
Velocidad
|
Pérdida Unit.
|
Factor Fricción
|
|
m
|
plg
|
LPS
|
m/s
|
m/km
|
|
Tubería p1
|
74,56
|
0,75
|
140
|
0,05
|
0,3
|
1,8
|
0,036
|
|
Tubería p2
|
71,96
|
1,5
|
140
|
-2,05
|
1,58
|
70,48
|
0,023
|
|
Tubería p3
|
71,89
|
3
|
140
|
4,68
|
1,33
|
29,02
|
0,021
|
|
Tubería p4
|
73,61
|
3
|
140
|
6,93
|
1,98
|
60,08
|
0,02
|
|
Tubería p10
|
43,28
|
1
|
140
|
-0,29
|
0,52
|
14,84
|
0,029
|
|
Tubería p11
|
47,25
|
1
|
140
|
-0,37
|
0,66
|
22,94
|
0,028
|
|
Tubería p24
|
11,47
|
1
|
140
|
0,16
|
0,3
|
5,09
|
0,031
|
|
Tubería p25
|
14,07
|
1
|
140
|
0,43
|
0,77
|
30,91
|
0,027
|
|
Tubería p31
|
39
|
1
|
140
|
-0,6
|
1,08
|
57,14
|
0,026
|
|
Tubería p32
|
30,29
|
1
|
140
|
-0,45
|
0,81
|
33,84
|
0,027
|
En
la tabla 5, se muestra una tabla representativa de todo el universo, se
advierte que la pérdida unitaria y la velocidad se encuentran dentro del rango
de parámetros admisibles.
Para
la elaboración del presupuesto de inversión del proyecto se consideró el
desglose de materiales, mano de obra y equipo para cada uno de los ítems de
ejecución de la obra.
El
tiempo requerido para la ejecución de la obra está planificado para ocho (8)
meses y deberá estimarse el cronograma y moneda, ubicación de la obra, vías de
acceso a la obra, disponibilidad de agua, disponibilidad de combustible y
energía, condiciones climáticas, disponibilidad de mano de obra de la región,
disponibilidad de materiales de construcción y, finalmente, bancos de préstamo y costo de transporte. Asimismo, se
considera los porcentajes de herramientas menores, cargas sociales, gastos
generales y administrativos impuestos y utilidades, estos están normados bajo
la ley de contrataciones a través del Decreto Supremo Nro. 27328.
CONCLUSIONES
La
investigación presenta el proceso de calibración en sistemas de abastecimiento
de agua en la comunidad de Caiza D, proponiendo un proceso para obtener la
calibración manual de la red. La novedad
científica de este aporte radica en comparar los resultados simulados del
modelo hidráulico con las mediciones obtenidas en campo, mediante varios
ajustes al modelo, hasta alcanzar la concordancia entre los datos históricos
obtenidos y la simulación. Una vez realizada la evaluación se determinó
necesario el rediseñó del sistema de abastecimiento del suministro.
Para realizar el proceso de calibración es preciso
disponer de información que permita caracterizar la red; visitas, aforos, censo
poblacional. Asimismo, el trabajo de campo fue fundamental ya permitió conocer
la magnitud real del proyecto. Se resalta la utilidad de las herramientas
aplicadas, se sugiere el uso del Caudalímetro 8188-29 Original System (Gardena)
Alemania, ya que permitió evaluar mediciones de caudales con un error de ±0.5%
y el Presurímetro MARSH WV 26050-0607 que permite hacer un control de presiones
con un error de ± 0.25%.
El procedimiento aplicado permite establecer la relación
entre los sistemas de red de agua potable en ejecución y los diseños de
sistemas de este suministro, ya que es una primera aproximación a la evaluación
y calibración de redes de agua potable por demás importante para el futuro
desarrollo socio económico de la localidad de Caiza D y otras comunidades
pequeñas que aún no tienen un sistema de red de agua aceptable en Bolivia. En
este sentido, se logró proponer un esquema de calibración hidráulica para el
sistema de distribución de agua potable desarrollado con el software EPANET®,
mediante la modelación hidráulica de la red evaluando el escenario actual.
Asimismo, se realizó un análisis estadístico de las presiones de servicio,
encontrando que es muy útil para la calibración de la red. Con este análisis se
prueba que el escenario de calibración propuesto proporciona a la red las
presiones adecuadas que se ajustan a la necesidad actual de la comunidad y
principalmente de los usuarios.
REFERENCIAS
AWWA. American Water Works
Association (Ed.). (2012). Manual de entrenamiento para operadores de sistemas de
distribución de agua. American Water Works Association
Hutton, C. J., Kapelan, Z.,
Vamvakeridou-Lyroudia, L., & Savić, D. (2014). Application of formal and
informal Bayesian methods for water distribution hydraulic model calibration.
Journal of Water Resources Planning and Management, 140(11), 04014030
Lansey, K. E., & Mays, L. W.
(2000). Optimal design of water distribution systems. Water Distribution System
Handbook, McGraw-Hill, New York
Molina Arce, S. X. (2015). Metodología para la calibración
preliminar de modelos de redes de distribución de agua mediante la utilización
conjunta de demandas y consumos dependientes de la presión
Ormsbee, L. E., & Lansey, K. E.
(1994). Optimal control of water supply pumping systems. Journal of Water
Resources Planning and Management, 120(2), 237-252. Ostfeld, A., Salomons, E., Ormsbee, L., Uber, J. G.,
Bros, C. M., Kalungi, P., ... & McKillop, R. (2012). Battle of the water
calibration networks. Journal of Water Resources Planning and Management,
138(5), 523-532
Reglamento Nacional NB 689. (2004). REGLAMENTOS TÉCNICOS DE
DISEÑO PARA SISTEMAS DE AGUA POTABLE. Ministerio de Agua – Viceministerio de
servicios básicos. Bolivia
Shamir, U., & Howard, C. D. (1977). Engineering analysis of water-distribution systems. Journal
(American Water Works Association), 510-514.
Walski, T. M., Chase, D. V., Savic, D. A., Grayman, W.,
Beckwith, S., & Koelle, E. (2003). Advanced water distribution modeling and management