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Se construyó el escenario básico del sistema, mediante el trazado de redes de distribución y la asignación de los tanques de cada subcuenca. La tabla 21 muestra las redes y zonas definidas a partir de una nomenclatura de registro en el sistema. Así mismo, la figura 24 recopila el trazado de las redes básicas para cada cuenca.
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Básicamente, se decidió que los escenarios variaran de acuerdo al material de la tubería seleccionada (PVC y Polietileno de Alta Densidad PEAD) y a la simplicidad de la red (red simple y red mallada). Por su parte, las alternativas correspondieron al análisis de la demanda de acuerdo a la posibilidad de que (i) todo el sistema se encontrara funcionando al mismo tiempo (Caudal máximo posible), (ii) se presente una demanda ajustada a través de la aplicación de un coeficiente de simultaneidad de los aparatos sanitarios (Caudal máximo probable), y (iii) se apliquen coeficientes de mayoración para la evaluación del sistema ante períodos críticos en un futuro (RAS, 2000).
En la figura 25 se aprecian los diferentes escenarios y alternativas a evaluar en las redes de las subcuencas Campo de Fútbol y CJFD-Barón. Para una mayor comprensión las alternativas fueron clasificadas de la siguiente forma: (a) Caudal máximo posible, (b) Caudal máximo probable y (c) RAS 2000. De esta forma, se establecieron inicialmente 18 modelaciones hidráulicas.
Figura 25. Selección de Escenarios y alternativas en WaterCAD.
La alternativa a fue considerada en el caso en que el sistema llegara a presentar una demanda máxima a través del funcionamiento de todos los sistemas sanitarios, de riego, de lavado y de control, en un mismo instante. Por esta razón, esta alternativa es clave para evaluar el comportamiento del sistema frente a un consumo pico. No obstante, dicha condición es poco probable que se registre en la realidad debido a que la mayoría de los usos no exigirán un volumen diario constante, pero es una alternativa que podrá comprobar el análisis de velocidades, presiones y circunstancias de almacenamiento claves para determinar la viabilidad del sistema frente a condiciones improbables de servicio.
Por su parte, para la alternativa b se utilizó el coeficiente de simultaneidad (k) descrito por Roy B. Hunter en 1932, en el cual se expresa que algunos de los aparatos sanitarios funcionarán al mismo tiempo (Pérez Carmona, 2004). Por lo anterior, se establecieron los caudales circulantes basados en este coeficiente. Por ejemplo, para el edificio de la Facultad de Ingeniería, cada piso posee 6 sanitarios de tanque (S). Como cada tanque es equivalente a 5 unidades de suministro para uso público (U), al cual se le asigna un caudal unitario de 0.25 l/s, por cada piso se obtendría un k de 0.45 y, por tanto, el caudal total de suministro (ktotal) sería de 0.67 litros por segundo (LPS) para cada uno de los tres niveles previstos. En
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En último lugar, para la alternativa c el caudal resultante se generó a través de la maximización del consumo estipulado en la alternativa a, es decir, en 1.6 veces la mayoración del caudal máximo probable (RAS, 2000), con el objetivo de conocer el máximo comportamiento posible frente a un aumento no esperado de la demanda producto del crecimiento de la población del campus en un futuro.
Tabla 22. Estimación caudales por coeficiente de simultaneidad para la alternativa b (Caudal máx. probable). Parámetros Caudal baños Fac. de Ingeniería
(por piso)
Caudal baños
públicos hombres públicos mujeres Caudal baños de suministro Caudal llaves
Número de aparatos S (und) 6,00 4,00 5,00 1,00
Coef. Simultaneidad K 0,45 0,58 0,50 - Unidades equivalentes por aparato U 5,00 5,00 5,00 5,00 Total Unidades 30,00 20,00 25,00 5,00 Q para 5 und (LPS) 0,25 0,25 0,25 0,25 Q total suministro (LPS) 1,50 1,00 1,25 - Q total (ktotal) (LPS) 0,67 0,58 0,63 -
No obstante, aunque WaterCAD permite el análisis en tres modelos diferentes: (i) simulación estática que supone que los caudales permanecen constantes en un instante de tiempo, con lo cual no se varían las condiciones operativas, (ii) simulación cuasi-estática que divide el periodo de estudio en intervalos de demanda constante y ejecuta distintos cálculos por cada intervalo, permitiendo conocer llenados y vaciados de los depósitos, y (iii) simulación dinámica no estacionaria que considera la variabilidad del tiempo y factores como la compresibilidad del fluido, la deformación de tuberías, la celeridad de ondas de retorno, etc., (Joshi, et al., 2004), el sistema fue evaluado únicamente mediante el modelo de simulación estática, debido a que la complejidad del campus imposibilitó el establecimiento de una curva patrón de comportamiento del consumo del agua en el campus.
Conformemente, se procedió a realizar la primera serie de modelaciones a las tres subcuencas, tomando el escenario 1 y la alternativa b, Tubería en PVC y Caudal Máximo Probable, respectivamente, como los contextos básicos de análisis, puesto que permitiría conocer la respuesta de los sistemas de distribución de cara al consumo más factible.
4.1.6.1 Modelación Subcuenca Campo de Fútbol: Escenario 1, bajo condición de Caudal Máximo Probable.
El primer escenario de análisis para la Subcuenca Campo de Fútbol correspondió a la evaluación del comportamiento hidráulico del sistema frente a la instalación de la tubería en Policloruro de Vinilo PVC, por la cual circularía un caudal máximo probable. De esta forma, mediante la asignación de diferentes diámetros, el análisis final logró definir el dimensionamiento de las tuberías, los gradientes de presión, los caudales y las velocidades, comprobando que se encontraran dentro de los rangos permisibles del RAS 2000 calculados en el numeral 2.6.1.
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Tabla 23. Comportamiento hidráulico de la red de la Subcuenca Campo de Fútbol frente a un caudal máximo probable.