CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009
Simulación del Sistema de Distribución de Agua
Potable de Ciudad Bolívar para Identificar Mejoras y
Acciones Necesarias para Mantener el Acueducto
en Optimas Condiciones Durante los Próximos 30
años
.UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
TRABAJO DE GRADO
Autor: Br. Baradat C, Victor E.
Simulación del Sistema de Distribución de Agua Potable
de Ciudad Bolívar para Identificar Mejoras y Acciones
Necesarias para Mantener el Acueducto en Optimas
Condiciones Durante los Próximos 30 años.
______________________ ______________________ TUTOR ACADÉMICO TUTOR INDUSTRIAL Ing. Liliana Aponte Ing. Lionelo Espina
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO
Autor: Br. Baradat C, Víctor E.
Trabajo de Investigación que se presenta como requisito de para optar al título de Ingeniero en la especialidad de Ingeniería Mecánica.
Nosotros, Miembros del Jurado designado para la evaluación de la Tesis de Grado, titulada:
Simulación del Sistema de Distribución de Agua Potable
de Ciudad Bolívar para Identificar Mejoras y Acciones
Necesarias para Mantener el Acueducto en Optimas
Condiciones Durante los Próximos 30 años.
Presentado por: Victor Eduardo Baradat Castro, para optar al Título de Ingeniero, estimamos que el mismo reúne los requisitos para ser considerado como aprobado.
En fe lo cual firmamos:
_________________________ Jurado
Ing. Edgar Gutiérrez
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO
_________________________ Jurado
DEDICATORIA
A Dios y a la Santísima Virgen del Valle, por ser faro de luz y guía, por darme entendimiento, razón, paz, una familia maravillosa y muchos buenos amigos.
A mis padres Víctor Manuel y Ruth Milena y a mis hermanos Javier Jesús y Jesús Eduardo por su apoyo, paciencia, comprensión y críticas constructivas, con las cuales he podido mejorar mi vida y vencer muchos obstáculos que parecían infranqueables.
A mi futura esposa Isabel María, por su gran amor y apoyo, por ser la más grande fuente de motivación para alcanzar mis metas.
AGRADECIMIENTO
A Dios y a la Santísima Virgen del Valle por iluminar mi camino.
Al personal de la Gerencia de Proyectos de la empresa Hidrobolívar C.A., en especial al Sr. Ansony Rodríguez, a la Ing. Marielis Castro, al Ing. Khristiam Álvarez, por su valiosa ayuda en la recopilación de información para este proyecto.
Al personal de operaciones de la empresa Hidrobolívar C.A., en Ciudad Bolívar, a los Ingenieros Félix Barrientos, Ranse Rivas y Reinaldo Hernández por su valioso aporte de información.
A mi tutor industrial Ing. Lionelo Espina, por el apoyo brindado durante el desarrollo de la tesis de grado.
A mi tutor académico Ing. Liliana Aponte por guiarme en la elaboración de este informe.
Y todas las personas que me apoyaron y ayudaron a realizar mi trabajo de tesis de grado.
RESUMEN
En este trabajo de investigación se simuló el sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar con la finalidad de identificar mejoras y acciones necesarias para mantener el acueducto en óptimas condiciones durante los próximos 30 años, para la Empresa Hidrobolívar C.A., para así elaborar una propuesta de mejora que permita mantener un adecuado suministro del vital liquido a medida que la población aumente y se incluyan las nuevas zonas urbanizadas. El estudio fue realizado aplicando una investigación de tipo Aplicada y de Campo. Se recopiló la información del sistema de captación, almacenamiento y distribución de agua de Ciudad Bolívar, así como las distintas características de los distintos componentes (estaciones de bombeo, tanques, tuberías) que lo integran. La simulación del sistema se realizó por medio de una herramienta de cómputo llamada EPANET. Los resultados obtenidos mediante cálculos y criterios de diseño permitieron generar un modelo capaz de representar con fidelidad la situación actual y futura del sistema, con lo cual se procedió a generar propuestas de mejora del mismo.
Palabras Claves:
Mejora, Sistema, Distribución, Agua, Potable, Ciudad Bolívar, Hidrobolívar, Simulación, EPANET.
ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA ... ii AGRADECIMIENTO ... iii RESUMEN ... iv ÍNDICE GENERAL ... v ÍNDICE DE FIGURAS ... x
ÍNDICE DE TABLAS ... xii
INTRODUCCIÓN ... 14
CAPÍTULO I ... 16
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 16
1.1 OBJETIVOS ... 18 1.1.1 Objetivo General ... 18 1.1.2 Objetos Específicos ... 18 1.2 JUSTIFICACIÓN ... 19 1.3 DELIMITACIÓN ... 19 1.4 ALCANCE ... 20 1.5 LIMITACIONES ... 20 CAPÍTULO II ... 21 2 UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN ... 21 2.1 VALORES ... 22 2.2 POLITICA DE CALIDAD ... 23
2.3 OBJETIVOS DE LA CALIDAD ... 23
2.4 ORGANIGRAMA ESTRUCTURAL DE LA EMPRESA ... 23
2.5 MISION DE LA EMPRESA ... 25
2.6 DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO ... 25
2.6.1 Gerencia General de Proyectos ... 25
2.7 ANTECEDENTES ... 26
2.8 RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE ... 26
2.9 ELEMENTOS QUE FORMAN UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE. ... 27
2.10 CLASIFICACION DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE ... 27
2.10.1 Modelos de Análisis ... 27
2.11 FLUJO VARIADO NO PERMANENTE. ... 29
2.12 DEFINICION DE LAS VARIABLES Y CONCEPTOS UTILIZADOS. ... 29
2.12.1 Línea ... 30
2.12.2 Nudo ... 30
2.12.3 Grado de Conectividad ... 30
2.12.4 Senda, Serie ó Trayecto ... 30
2.12.5 Tipos de Redes De Distribución ... 31
2.13 SISTEMA DE ECUACIONES GENERALES QUE DETERMINAN EL ESTADO ESTACIONARIO DE UNA RED. ... 31
2.13.1 Factor de Fricción ... 33
2.14 MODELOS HIDRAULICOS COMPUTARIZADOS. ... 36
2.14.1 Ventajas ... 36
2.14.2 Uso de un Modelo Computarizado ... 36
2.14.3 Representación de la Red ... 37
2.14.4 Compilación de Datos ... 39
2.14.5 Estimación de la Demanda ... 40
2.14.6 Características de Operación ... 45
2.14.7 Calibrado del Modelo ... 45
2.15 DESCRIPCIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE DE CIUDAD BOLÍVAR ... 46
2.15.1 Fuentes y Captación ... 48
2.15.2 Aducciones ... 49
2.15.3 Sistema de Tratamiento de Agua ... 50
2.15.4 Estaciones de Bombeo ... 51
2.15.5 Aducción y Tuberías Matrices ... 53
2.15.6 Almacenamiento ... 54
2.16 EPANET ... 56
2.16.1 Capacidades para la Elaboración de Modelos Hidráulicos ... 57
2.16.2 Pasos para Utilizar EPANET ... 58
2.17 MODELO MATEMÁTICO EMPLEADO ... 59
CAPÍTULO III ... 60
3 TIPO DE INVESTIGACION ... 60
3.2 INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCION DE DATOS ... 62
3.3 PROCEDIMIENTO PARA LA RECOLECCION Y ANALISIS DE DATOS ... 63
3.4 PROCESO DE INFORMACIÓN ... 63
El proceso de información desarrollado en la empresa contó con los siguientes pasos: ... 63
3.4.1 Descripción General de La Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar ... 63
3.4.2 Analisis de Cálculos para el modelado de La Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar ... 64
CAPÍTULO IV ... 65
4 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA DE USUARIOS DE LA RED 65 4.1 PROYECCION DE POBLACIÓN FUTURA ... 69
4.2 ESTIMACIÓN DE POBLACIÓN PARA LOS SISTEMAS ACTUALES . 75 4.3 ESTIMACIÓN DE CAUDALES REQUERIDOS PARA CADA SUBSISTEMA ... 79
4.4 SIMULACIÓN DEL SISTEMA ... 82
4.4.1 Año 2008 ... 82
4.5 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ... 89
CAPÍTULO V ... 98
5 DESCRIPCIÓN ... 98
5.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ... 98
CONCLUSIONES ... 104
RECOMENDACIONES ... 106
BIBLIOGRAFÍA ... 108
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Diagrama Esquemático de la Red Principal de Distribución de Agua Potable
de Ciudad Bolívar ………...18
Figura 2.1 Ubicación Geográfica de Ciudad Bolívar……….23
Figura 2.3 Diagrama de Moody………35
Figura 4.1 Ámbitos Humanos Intermedios……….67
Figura 4.2 Simulación del Sistema año 2008………84
Figura 4.3 Comportamiento Simulado del Tanque C (2008)………..85
Figura 4.4 Comportamiento Simulado del Tanque A (2008)………..85
Figura 4.5 Comportamiento Simulado del Tanque B (2008)………..86
Figura 4.6 Comportamiento Simulado de Planta Angostura (2008)……….….87
Figura 4.7 Comportamiento Simulado del Tanque F´(2008)………...87
Figura 4.8 Comportamiento Simulado del Tanque D (2008)………..88
Figura 4.9 Comportamiento Simulado del Tanque F (2008)………...89
Figura 4.10 Comportamiento Simulado del Tanque J (2008)……….89
Figura 4.11 Comportamiento Simulado del Tanque K (2008)……….90
Figura 4.12 Comportamiento Simulado del Tanque C (2038)……….91
Figura 4.13 Comportamiento Simulado del Tanque A (2038)……….92
Figura 4.14 Comportamiento Simulado del Tanque B (2038)……….92
Figura 4.15 Comportamiento Simulado de Planta Angostura (2038)……….93
Figura 4.16 Comportamiento Simulado del Tanque F´ (2038)………..……….94
Figura 4.18 Comportamiento Simulado del Tanque F (2038)……….95
Figura 4.19 Comportamiento Simulado del Tanque J (2038)……….95
Figura 4.20 Comportamiento Simulado del Tanque K (2038)……….96
Figura 4.21 Comportamiento Simulado del Tanque L (2038)……….96
Figura 4.22 Comportamiento Simulado del Tanque H (2038)……….97
Figura 4.23 Comportamiento Simulado del Tanque H´ (2038)………98
Figura 4.24 Comportamiento Simulado del Tanque E (2038)………98
Figura 5.1 Simulación del Sistema Mejoras año 2008……….……….95
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Caudales Típicos para Varios Tipos de Establecimientos………..42
Tabla 2.2 Requisitos Normales de Caudal de Incendio………..………..43
Tabla 4.1 Densidades de Población por Área (MINFRA 2002)…..………..68
Tabla 4.2 Ámbito Urbano Intermedio 1 (A.U.I.1) Parroquia Catedral……….…………..68
Tabla 4.3 Ámbito Urbano Intermedio 2 (A.U.I.2) Parroquia Marhuanta………….……..69
Tabla 4.4 Ámbito Urbano Intermedio 3 (A.U.I.3) Parroquia Vista Hermosa………69
Tabla 4.5 Ámbito Urbano Intermedio 4 (A.U.I.4) Parroquia La Sabanita………..69
Tabla 4.6 Ámbito Urbano Intermedio 5 (A.U.I.5) Parroquia José A. Páez………69
Tabla 4.7 Ámbito Urbano Intermedio 6 (A.U.I.6) Parroquia Agua Salada……….70
Tabla 4.8 Población Estimada de cada A.U.I. para el período de estudio……….71
Tabla 4.9 Porcentaje de Ocupación de cada A.U.I. para el período de estudio………...72
Tabla 4.10 Densidades Estimadas del A.U.I. 1 para el período de estudio………..73
Tabla 4.11 Densidades Estimadas del A.U.I. 2 para el período de estudio………..73
Tabla 4.12 Densidades Estimadas del A.U.I. 3 para el período de estudio………..73
Tabla 4.13 Densidades Estimadas del A.U.I. 4 para el período de estudio………..73
Tabla 4.14 Densidades Estimadas del A.U.I. 5 para el período de estudio………..74
Tabla 4.15 Densidades Estimadas del A.U.I. 6 para el período de estudio………..74
Tabla 4.16 Población Estimada del A.U.I. 1 para el período de estudio………74
Tabla 4.17 Población Estimada del A.U.I. 2 para el período de estudio………75
Tabla 4.19 Población Estimada del A.U.I. 4 para el período de estudio………75
Tabla 4.20 Población Estimada del A.U.I. 5 para el período de estudio………75
Tabla 4.21 Población Estimada del A.U.I. 6 para el período de estudio………76
Tabla 4.22 Población Estimada para el Subsistema A……….……77
Tabla 4.23 Población Estimada para el Subsistema B……….……77
Tabla 4.24 Población Estimada para el Subsistema C……….……77
Tabla 4.25 Población Estimada para el Subsistema D……….……77
Tabla 4.26 Población Estimada para el Subsistema J y K………...……78
Tabla 4.27 Población Estimada para el Subsistema E……….……78
Tabla 4.28 Población Estimada para el Subsistema H´..……….……78
Tabla 4.29 Población Estimada para el Subsistema E……….……78
Tabla 4.30 Población Estimada para el Subsistema H……….……78
Tabla 4.31 Población Estimada para el Subsistema F´……..……….……78
Tabla 4.32 Población Estimada para el Subsistema L……….……79
Tabla 4.33 Población Total para cada Subsistema….……….……80
Tabla 4.34 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2008………..81
Tabla 4.35 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2018………..81
Tabla 4.36 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2028………..82
Tabla 4.37 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2038………..82
Tabla 5.1 Velocidades Recomendadas para el Transporte de Agua Potable en Tuberías (HIDROBOLÍVAR)………100
INTRODUCCIÓN
HIDROBOLIVAR C.A. es una empresa del estado Venezolano. Está ubicada en el Estado Bolívar en el sur-oriente de Venezuela. Esta compañía tiene como misión normalizar y mejorar los procesos de captación, tratamiento, almacenaje y distribución de agua potable y agua servida tanto industrial como doméstica.
La importancia de esta investigación radica en proponer una mejora para la distribución de agua potable actual y futura en Ciudad Bolívar, con lo cual se incrementará el nivel de vida y bienestar de los habitantes de esta localidad, brindando un adecuado servicio de agua potable de forma continua e ininterrumpida de manera progresiva.
Este proyecto de investigación apunta al estudio de la situación actual que presenta el sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar mediante la recopilación de datos de campo, la elaboración de un modelo del sistema y la posterior simulación del mismo, para de esta manera elaborar una propuesta de mejora que permita mantener un adecuado suministro del vital líquido a medida que la población se incremente y se incluyan las nuevas zonas urbanizadas, además, de generar un plan de acciones que permitan mantener al acueducto en condiciones operativas por las próximas tres décadas.
El tipo de investigación es Aplicada, debido a que se busca crear un modelo práctico que represente lo más fielmente posible las condiciones de funcionamiento y operación del sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar, por lo cual está directamente relacionado con una situación real en el ambiente de trabajo y sus resultados han de evaluarse en términos de aplicabilidad local y no en términos de validez universal. Y según el lugar donde se realiza esta investigación, también se considera como de Campo, estando definida como un proceso sistemático, riguroso y racional de recolección, análisis y tratamiento de datos, recolectados directamente de la
El contenido de éste trabajo de investigación está estructurado en 5 capítulos, de la siguiente manera: Capitulo 1: El Problema, se expondrá el problema y los objetivos de la investigación. Capitulo 2: Marco Teórico, contiene las bases teóricas que sirven de fundamento para el entendimiento de éste trabajo de investigación. Capitulo 3: Marco Metodológico, se presentará el diseño metodológico y las técnicas implementadas para el logro de los objetivos planteados para el estudio. Capítulo 4: Diagnóstico, se presentará un análisis de la situación actual y de los resultados obtenidos. Capitulo 5: Diseño ó Propuesta, se presentará y describirá las propuestas necesarias para alcanzar los resultados, a partir de las estrategias metodológicas utilizadas y el objetivo general de la investigación planteados en el capítulo 1. Finalmente, se presentarán las conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ciudad Bolívar está situada a 43 metros de altitud en la ribera sur del rio Orinoco, en su parte más estrecha, ciudad y puerto fluvial, en el oriente de Venezuela. Limita al norte con el río Orinoco, al este con los municipios Caroní y Piar, al Oeste con el municipio Sucre y al Sur con el municipio Raúl Leoni. Ciudad Bolívar está constituida por las parroquias: Catedral, Agua Salada, Sabanita Vista Hermosa, Marhuanta, José Antonio Páez, Orinoco, Pana-pana y Zea. Cuenta con una población estimada de 350 mil habitantes.
Tradicionalmente las actividades principales de Ciudad Bolívar han sido la agricultura y la ganadería en pequeña escala. La pesca fluvial es otra actividad que se lleva a cabo en menor proporción. Igualmente la actividad turística ha cobrado valor e importancia económica en los últimos tiempos, lo que ha derivado en una mayor afluencia de personas que visitan la zona. Todos estos aspectos económicos conllevan a generar progreso y una mejora en la calidad de vida de los habitantes de la región.
El acueducto de Ciudad Bolívar está constituido por dos fuentes de abastecimiento superficial, la primera captada en el embalse Guri y transportada por tubería de acero hasta la planta potabilizadora Tocomita y de allí hasta Ciudad Bolívar por medio de una tubería de acero Ø 54” de 70 Km de longitud ; la segunda se ubica al norte de la ciudad y es captada en el margen izquierdo del rio Orinoco por medio de una
Balsa-Toma, en la cual se encuentran instalados 6 equipos de bombeo que transportan el agua por tubería de acero hasta la planta potabilizadora Angostura.
Actualmente el suministro de agua potable en Ciudad Bolívar es insuficiente debido principalmente al elevado crecimiento y distribución poblacional de forma aleatoria que ha venido experimentando, lo que ha traído como consecuencia que las distintas instalaciones destinadas a surtir de agua potable no puedan satisfacer la demanda requerida, a esto se le suma el deterioro de algunos equipos, el estado de envejecimiento de algunas redes de tuberías antiguas lo que generan perdidas por rotura o por obstrucción de las mismas y a la existencia de gran cantidad de tomas de agua ilegales, lo cual agrava aún más la situación.
Figura 1.1: Diagrama Esquemático de la Red Principal de Distribución de Agua Potable de Cd. Bolívar.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo General
Crear un modelo computarizado de funcionamiento de la red de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar para establecer el comportamiento actual y potenciales requerimientos futuros a medida que se incrementa o redistribuye la población y se incluyan nuevas zonas de suministro.
1.1.2 Objetos Específicos
-Recopilar información del sistema de captación, almacenamiento y distribución de agua de Ciudad Bolívar.
-Elaborar el modelo computarizado del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar.
-Calibrar el modelo computarizado con datos reales del funcionamiento del sistema.
-Elaborar la Simulación del modelo con el software EPANET.
-Evaluar posibles escenarios actuales y futuros.
-Evaluar fortalezas y debilidades del sistema para generar mejoras ya sea en forma de modificaciones ó ampliaciones en caso de ser necesario.
1.2 JUSTIFICACIÓN
La importancia de esta investigación recae en la creación de una propuesta de mejora y un plan de mantenimiento que mejore la distribución de agua potable actual y futura en Ciudad Bolívar con lo cual se incrementara el nivel de vida y bienestar de los habitantes de esta localidad y se asegura de brindar un servicio adecuado de manera continua e ininterrumpida de manera progresiva.
1.3 DELIMITACIÓN
La metodología a implementar para el desarrollo de ésta investigación será documentar los patrones de consumo de agua actuales de Ciudad Bolívar para así proceder a realizar un modelo que refleje la condición actual del sistema de suministro de agua potable. Luego se procede a realizar una serie de mediciones de presión y caudal en distintos puntos del sistema, para de esta forma generar un modelo corregido (calibrado) que sea más preciso y acorde con las condiciones reales de operación del sistema.
Dicho modelo será evaluado mediante la aplicación del software de simulación de redes hidráulicas “EPANET”, creando un simulacro de las distintas partes involucradas en el Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar.
Al obtener la simulación en condiciones actuales del sistema, se procederá a su evaluación para así generar propuestas de mejoras y un plan de mantenimiento del mismo, luego se procede a evaluar las tendencias de crecimiento poblacional de la ciudad, para de esta manera generar propuestas de adecuación del sistema para un periodo de treinta (30) años divididos en intervalos de diez (10) años (2018,2028 y 2038).
1.4 ALCANCE
Este proyecto de investigación apunta al estudio de la situación actual que presenta el sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar para de esta manera elaborar una propuesta de mejora que permita mantener un optimo suministro del vital liquido a medida que la población aumente y se incluyan las nuevas zonas urbanizadas, además de generar un plan de acciones que permitan mantener al acueducto en condiciones operativas por los próximos treinta (30) años.
1.5 LIMITACIONES
-Debido al estado de envejecimiento de las tuberías del sistema, el caudal no puede ser medido directamente sino que debe ser determinado mediante cálculos, lo cual puede introducir errores que disminuyan la precisión del modelo.
-Algunos problemas que pueden afectar la construcción del modelo son: estimación de consumo errónea, errores en las dimensiones de las tuberías involucradas, rodetes de bombas desgastados, válvulas totalmente abiertas o cerradas de las cuales no se tiene conocimiento, perdidas no reportadas en el sistema, etc.
-El período de tiempo en el cual se recopilan los datos tiene un impacto significativo en la calibración del modelo debido a que algunos parámetros que describen el sistema de distribución de agua tales como demanda o condiciones de borde (velocidad, presión) pueden variar con respecto a éste.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2 UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN
HIDROBOLÍVAR es una empresa establecida a partir del 26 de marzo de 2005 por iniciativa del gobierno regional y los once municipios del estado Bolívar representados en sus autoridades, gobernador y alcaldes, quienes en una acción sin precedentes acordaron unificar esfuerzos consolidando una institución para dar respuestas a la grave problemática del estado en materia de agua potable y saneamiento.
Aunado a ello, HIDROBOLÍVAR se ha propuesto la recuperación a corto plazo de los sistemas de bombeo para mejorar el suministro de agua potable. En este sentido, está acometiendo las acciones necesarias con la finalidad de avanzar hasta optimizar la operatividad de las balsas tomas y estaciones de rebombeo, así como mejorar notablemente las condiciones laborales de los operarios que laboran en las plantas de potabilización.
HIDROBOLIVAR consta de dos sedes, una en Puerto Ordaz y otra en Ciudad Bolívar, la ubicación geográfica de cada una de ellas son:
Puerto Ordaz: UD-321 Zona Industrial Matanza Sur, Trasversal B, Parcelas No.321-08-04/08-05.
Figura 2.1: Ubicación Geográfica de Ciudad Bolívar. 2.1 VALORES
• Integridad, Ética y Compromiso: se valoran los comportamientos que reflejan ética, transparencia, honradez, disposición y auto-motivación como medio para obtener credibilidad y respeto.
• Orientación a los Procesos y a los Clientes: se aprecian los aportes
para mejorar los procesos a través de la identificación y logro de objetivos cuantificables, realistas y rentables, enfocados a satisfacer las necesidades de los clientes.
• Comunicación Abierta: se promueve el intercambio de información dentro de un espíritu abierto y sincero como medio de abordar y resolver los problemas cotidianos dentro de la organización.
• Trabajo en Equipo: se estimula el trabajo e equipo por tener un resultado superior a los esfuerzos individuales hacia el logro de un fin
• Creatividad e Innovación: se valora la búsqueda continua de nuevas soluciones que agreguen valor a la misión de Hidrobolívar.
2.2 POLITICA DE CALIDAD
En HIDROBOLIVAR, estamos comprometidos a prestar un servicio de agua potable e industrial, que satisfaga los requisitos establecidos en las normas sanitarias, mejorando continuamente los procesos, desarrollando las competencias de nuestro capital humano, manteniendo un ambiente de trabajo seguro, promoviendo la participación comunitaria organizada para la solución de problemas del servicio de agua y mejorando continuamente el Sistema de Gestión de Calidad.
2.3 OBJETIVOS DE LA CALIDAD
• Mantener la producción y calidad de agua potable e industrial, dentro de los planes establecidos en la empresa.
• Atender oportunamente los requerimientos de los clientes. • Mejorar continuamente los procesos.
• Desarrollar las competencias del capital humano. • Garantizar un ambiente de trabajo seguro.
• Mantener nuestro sistema de Gestión de la Calidad.
2.4 ORGANIGRAMA ESTRUCTURAL DE LA EMPRESA
HIDROBOLÍVAR posee una estructura organizativa encabezada por una Gerencia General, la cual se encuentra conformada por una Gerencia de Proyectos, una Gerencia de Construcción y una División de Administración de Contratos
La Gerencia de Proyectos está integrada por ingenieros mecánicos, civiles y eléctricos, donde cada uno tiene a su disposición un asistente. Asimismo, dicha gerencia cuenta con un grupo de dibujantes y con una planoteca.
No obstante, la División de Administración de Contratos está conformada por los administradores de contratos y por los analistas de costos, mientras que la Gerencia de Construcción está constituida por ingenieros mecánicos, civiles, inspectores y asistentes.
Cabe destacar, que el Topógrafo es contratado por la Gerencia de Proyectos y los Fiscales son contratados por la Gerencia de Construcción
En la Figura 3 se puede observar el organigrama general de la empresa HIDROBOLÍVAR.
2.5 MISION DE LA EMPRESA
Garantizar el suministro de agua potable continuo y confiable, así como la recolección, conducción, tratamiento y disposición de los vertidos cloacales, a través de la supervisión de las actividades de operación y mantenimiento de los sistemas, con la participación de las comunidades, cumpliendo con los parámetros, de calidad, cantidad, eficacia y sustentabilidad dentro del ámbito de responsabilidades de HIDROBOLÍVAR en la Región Guayana.
2.6 DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO
2.6.1 Gerencia General de Proyectos
La Gerencia General de Proyecto e Inspección de Obras Civiles y Mecánicas, se encarga de realizar las siguientes funciones:
• Dirigir la concepción, desarrollo e implementación de planes a corto, mediano y largo plazo para la presentación de los servicios de los acueductos, cloacas y drenajes de la ciudad y poblaciones menores de Guayana.
• Establecer sistemas de seguimiento de actividades autorizadas para la ejecución de planes, programas, proyectos de construcción e inspección en las operaciones y mantenimientos.
• Realizar inspecciones oculares de los diferentes comprobantes físicos de los sistemas de abastecimiento de agua y recolección de cloacas.
• Organizar la información que precisa para la operación y mantenimiento de los sistemas.
• Aprobar los programas de asistencias y capacitación técnica para cada uno de los acueductos, utilizando personal asesor especializado.
• Velar por todas las dependencias que están a su cargo, de tal forma que cumpla con los programas aprobados y que los recursos que se han
asignados sean manejados dentro de las normas y las leyes que rigen la ley.
2.7 ANTECEDENTES
La empresa HIDROBOLIVAR es una empresa del estado Venezolano. Está ubicada en el sur-oriente de Venezuela. Nace por iniciativa del Gobierno Regional y Alcaldías para normalizar y mejorar los procesos de captación, tratamiento, almacenaje y distribución de agua potable y agua servida tanto industrial como doméstica.
El sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar fue concebido a partir de un estudio realizado en el año 1976 por el ingeniero Gumersindo Teruel, y el período de tiempo para el cual se previó su funcionamiento óptimo fue de 30 años y de la Propuesta de Actualización del Plan Maestro de Abastecimiento de Agua Potable para Corto, Mediano y Largo Plazo en Ciudad Bolívar, estado Bolívar realizado por los ingenieros Reinaldo Hernández y Ranse Rivas en el año 2007.
2.8 RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE
Una red hidráulica de distribución a presión es un sistema encargado del transporte y distribución de un fluido, en este caso, el agua, desde los puntos de producción y almacenamiento hasta los puntos de consumo. La característica del flujo a presión, en contraposición al transporte en lámina libre, implica que el fluido llena completamente la sección de las conducciones y no está en contacto con la atmósfera salvo en puntos muy concretos y determinados (cuando el fluido es vertido en los puntos de consumo o en la superficie libre de los depósitos).
2.9 ELEMENTOS QUE FORMAN UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE.
Atendiendo a su aspecto topológico, una red de distribución está constituida por nudos y líneas: los nudos se identifican con puntos determinados de la red que tienen un interés concreto por sus características. Puede tratarse de puntos de consumo, puntos de entrada/salida de algún subsistema, ó simplemente puntos de conexión de tuberías u otros elementos. Las líneas representan a los elementos que disipan la energía del fluido (elementos pasivos) tales como tuberías, válvulas de regulación, etc., ó también a aquellos elementos que comunican energía al fluido (elementos activos) como son las bombas elevadoras.
2.10 CLASIFICACION DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE
Existen diferentes tipos de modelos de una red de distribución, que conforman una visión simplificada del sistema dependiendo del cometido para el que se pretenda utilizar. En una primera clasificación podemos distinguir entre modelos de análisis y
modelos de diseño, aun cuando la frontera que los separa no está, en ocasiones,
completamente definida.
Siguiendo esta primera clasificación, podemos hablar de los siguientes tipos de modelo:
2.10.1 Modelos de Análisis
2.10.1.1 Análisis en Régimen Permanente
En este tipo de modelos se considera que el flujo posee un régimen permanente, esto es, se mantiene constante a lo largo del tiempo. En la realidad, el flujo no se desarrolla en régimen permanente en casi ninguna ocasión, pero cuando los cambios en el tiempo son de pequeña magnitud o se desarrollan muy lentamente, la hipótesis
resulta apropiada. Este tipo de modelos reflejan la respuesta del sistema en un instante de tiempo ante unas condiciones dadas de funcionamiento.
Constituyen los modelos de análisis más utilizados.
2.10.1.2 Análisis en Régimen No Permanente
Los caudales que discurren por una red de distribución no se mantienen constantes en el tiempo, debido tanto a las lógicas fluctuaciones de la demanda como a las operaciones de control que se ejercen sobre el sistema. No obstante, podemos diferenciar dos escalas de variabilidad temporal que dan lugar a los siguientes tipos de modelos:
2.10.1.2.1 Simulación de la Operación del Sistema:
En este caso se analiza la evolución de las variables del sistema a lo largo de períodos de funcionamiento determinados, que suelen corresponder a situaciones en las que cíclicamente se "repite" el estado del sistema, normalmente de duración diaria. Su interés reside en que permiten evaluar las variaciones la presión en los nudos, variaciones de nivel en los depósitos, arranque y parada de grupos de bombeo, posicionamiento de las válvulas de regulación, etc. La simulación temporal puede llevarse a cabo considerando la evolución dinámica del sistema, o bien aproximar su comportamiento como una sucesión de estados permanentes, mantenidos cada uno de ellos a lo largo de un intervalo de tiempo de estudio.
2.10.1.2.2 Análisis en Régimen Transitorio:
Bajo esta denominación se estudian los fenómenos que acontecen como consecuencia de un cambio brusco en la velocidad de circulación del fluido, y cuyas
instalación. Estos modelos permiten por tanto analizar situaciones transitorias críticas, al objeto de establecer los casos en los que pueda aparecer riesgo para el sistema y estudiar las medidas correctoras pertinentes.
2.11 FLUJO VARIADO NO PERMANENTE.
Las características del flujo (presión y temperatura) varían con el espacio y con el tiempo. Debido a que el flujo uniforme no permanente no existe, este nuevo tipo se conoce con el nombre de flujo no permanente. En el caso de las tuberías, el flujo no permanente está relacionado con el fenómeno de golpe de ariete.
En el caso de un modelo de análisis de una red de distribución en régimen no permanente, El flujo no permanente a través de conductos cerrados está descrito por las ecuaciones de dinámica y continuidad. Las hipótesis que se adoptan para la deducción de las ecuaciones básicas que permiten el modelado del flujo a través de tuberías son:
• El flujo en un conducto es unidimensional y la distribución de velocidad es uniforme en toda la sección transversal del conducto.
• Las fórmulas para calcular el estado uniforme de las perdidas por fricción son validas durante condición no uniforme. La validez de estas
suposiciones todavía no han sido verificadas.
• Conducción de características homogéneas y estacionarias: material, sección transversal y espesor constantes.
2.12 DEFINICION DE LAS VARIABLES Y CONCEPTOS UTILIZADOS.
Haciendo abstracción de la red como un sistema topológico compuesto de nudos y líneas, vamos a establecer diversas definiciones en torno a los elementos que componen una red de distribución.
2.12.1 Línea
Una línea es un segmento de la red que transporta un caudal constante y no tiene ramificaciones. Un caso particular que no responde exactamente a esta definición, pero que habitualmente se considera como tal en la bibliografía es el de la línea con consumos distribuidos a lo largo de su longitud.
2.12.2 Nudo
Un nudo corresponde al punto donde se reúnen dos o más líneas, o bien al extremo final de una línea. Cuando un nudo recibe un aporte externo de caudal se denomina nudo fuente; inversamente, cuando un nudo aporta caudal hacia el exterior se denomina nudo de consumo. Cuando un nudo ni recibe ni aporta caudal al exterior se denomina nudo de conexión.
2.12.3 Grado de Conectividad
El grado de conectividad (G) es una propiedad del nudo dentro de una red y es igual al número de líneas conectadas directamente al nudo menos uno.
Según el tratamiento matemático que se le da a un nudo en el modelo, se suele hablar también de nudos de caudal como aquellos nudos en los cuales el caudal aportado o consumido es un dato conocido, mientras que se denominan nudos de
presión a aquellos en los cuales la altura piezométrica es un dato conocido.
2.12.4 Senda, Serie ó Trayecto
Se denomina senda, serie o trayecto a una sucesión de líneas conectadas todas ellas entre sí, sin formar ramificaciones. Se denomina malla a un trayecto cerrado que tiene su origen y final en el mismo nudo. Una malla se llama independiente, básica
o no redundante cuando no se superpone con ninguna otra malla. Por el contrario, una
malla será redundante o no básica cuando se superponga a dos o más mallas básicas.
2.12.5 Tipos de Redes De Distribución
Atendiendo a sus características topológicas, las redes de distribución se clasifican en ramificadas y malladas. Desde un punto de vista intuitivo, una red ramificada se caracteriza por una forma arborescente, cuyas líneas se subdividen formando ramificaciones. Las propiedades topológicas de una red ramificada consisten básicamente en que no posee mallas y que dos nudos cualesquiera sólo pueden ser conectados mediante un único trayecto. Las redes malladas, como su nombre indica, se caracterizan por la existencia de mallas; en una red mallada pura puede definirse un conjunto de mallas básicas que incluyan a todas y cada una de las líneas de la red y en consecuencia, cualquier par de nudos de la red mallada puede ser unido por al menos dos trayectos diferentes.
2.13 SISTEMA DE ECUACIONES GENERALES QUE DETERMINAN EL ESTADO ESTACIONARIO DE UNA RED.
Como es sabido, la energía específica de un fluido en un sistema de conducciones se cuantifica habitualmente como energía por unidad de peso, en metros de columna de agua. Cuando existe una pérdida el fluido se desplaza en la conducción hacia posiciones con una menor energía específica.
Suponiendo la incompresibilidad del fluido, la energía total específica de un fluido en una conducción se cuantifica como:
2.1
Z = Cota geométrica del elemento fluido. Representa el término de la energía
potencial que posee el mismo por el hecho de estar elevado sobre una cota de
referencia.
Altura de presión, es el término de "energía" de presión del fluido. Habitualmente se considera el valor de la presión manométrica, de modo que la presión atmosférica toma el valor cero.
Altura cinética, correspondiente a la energía cinética específica del fluido en movimiento.
γ= Peso específico del fluido (en el caso del agua, 9810 Newton/m3). g= Aceleración gravitatoria = 9,81 m/s2.
Cuando entre dos secciones 1 y 2 de la conducción existen pérdidas por fricción o un aporte de energía, la ecuación de Bernoulli se escribe como:
2.2
. En relación a la energía del fluido se suele operar con los siguientes conceptos: • Altura geométrica: z
• Altura piezométrica:
2.13.1 Factor de Fricción
Blasius propone la siguiente expresión de f para tubería lisa:
0,3164 ·
, 2.3Válida para Re = 3 -103 105.
En 1930, Von Karman y Prandtl proponen una expresión implícita de f:
2
, 2.4Cuya aplicación resulta apropiada en un rango de Re mayor que la de Blasius. En 1933 Nikuradse realiza diversos ensayos sobre tuberías artificialmente dotadas de rugosidad, con valores perfectamente calibrados, cuyo resultado se resume en la siguiente ecuación:
2
, 2.5La cual es válida para tubos rugosos con flujo en régimen turbulento plenamente desarrollado. Por otro lado, las experiencias de Nikuradse confirman plenamente la fórmula de Poiseuille, válida en régimen laminar (Re 2000):
2.6
Colebrook presentó en 1938 una fórmula (conocida como ecuación de Colebrook-White) que se ajustaba bastante bien a los valores del factor de fricción f observados experimentalmente para tubos comerciales, en función del número de Reynolds Re y la rugosidad relativa
ε
, obteniendo:2
, , 2.7La cual engloba a las expresiones de Von Karman (2.4) y Nikuradse (2.6) con la única limitación de que el flujo sea en régimen turbulento (Re≥4000).
En 1944, L.F. Moody tras ensayar con nuevos materiales publicó sus resultados, esta vez en forma gráfica, en un ábaco que se conoce en la bibliografía como diagrama de Moody, y que muestra la Figura 7.
2.13.2 Fórmulas Semiempíricas de la Pérdida de Carga
Además de las ecuaciones presentadas, diversos autores han intentado representarlas pérdidas de carga de la conducción mediante fórmulas obtenidas empíricamente, que por su gran sencillez han llegado a adquirir una amplia aceptación. Entre ellas, cabe destacar la fórmula de Hazen-Williams (1903), cuya expresión, una vez transformada a unidades del sistema internacional resulta:
0,355 ·
·
,·
, 2.8O bien, expresada en términos de caudal q sería:
0,279 ·
·
,·
, 2.9Finalmente, la pérdida de carga hf puede expresarse como:
10,61 ·
,·
,·
, 2.10Donde L representa la longitud de la tubería, y CH es el coeficiente de
Hazen-Williams, que depende fundamentalmente del material de la tubería, y viene tabulado en la mayoría de los textos de Hidráulica. Como orden de magnitud, se puede citar que un valor CH= 140 correspondería al mejor grado de calidad de una tubería lisa y nueva
(Walski), mientras que en tuberías de baja calidad superficial, con mucho tiempo de uso, incrustaciones, etc., podemos encontrar valores del orden CH= 40÷80. La expresión de
2.14 MODELOS HIDRAULICOS COMPUTARIZADOS.
Los problemas clásicos de flujo de redes de tuberías suelen preguntar qué caudales y presiones existen e una red sujeta a un conjunto conocido de re flujos de entrada y de salida. Se necesitan dos conjunto de ecuaciones para resolver el problema.
El primero, requiere satisfacer la ley de conservación e caudal en cada unión de tuberías. El segundo, especifica una relación no lineal entre el caudal y la pérdida de carga en cada tubería, como las ecuaciones de Hazen-Williams o de Darcy-Weisbach.
Siempre que una red contenga bucles o más de una fuente de presión fija, estas ecuaciones forman un sistema acoplado de ecuaciones no lineales que pueden resolverse empleando métodos iterativos, que requieren auxilio del computador.
Como la mayoría de los sistemas de interés son mallados, el modelado por computadora se hace necesario para analizar su comportamiento.
2.14.1 Ventajas
• Organización sistemática, edición, y comprobación de errores de los datos de entrada requeridos por el modelo.
• Ayuda para revisión de la salida del modelo, como mapas codificados por colores, gráficas de series temporales, histogramas, mapas de curvas de nivel, y propuestas de objetos específicos.
• Unión con otro software, como bases de datos, hojas de cálculo,
programas de diseño por computadora (CAD), y sistemas de información geográfica (GIS).
• Capacidad para realizar otro tipo de análisis, como los de optimización del tamaño de tuberías, control optimizado de bombeo, calibrado automático, y modelado de la calidad del agua.
2.14.2 Uso de un Modelo Computarizado
componentes físicos del sistema, demandas de los consumidores, y características operativas. Los pasos implicados en el modelado del proceso se resumen:
1. Determinar la clase de preguntas que el modelo deberá responder. 2. Representar los componentes del mundo real del sistema de distribución
en términos que el modelo del ordenador pueda trabajar con ellos.
3. Obtener los datos necesarios para caracterizar los componentes incluidos en el modelo.
4. Realizar hipótesis sobre el uso del agua a través de la red modelada dentro del período de tiempo que está siendo analizado.
5. Caracterizar cómo opera la red de distribución a lo largo del período de tiempo que está siendo analizado.
6. Calibrar el modelo con las observaciones hechas en campo.
7. Aplicar el modelo para responder las preguntas identificadas en el paso1 y documentar los resultados.
2.14.3 Representación de la Red
2.14.3.1 Componentes de la Red
Los modelos computarizados requieren que un sistema de distribución de la vida real pueda ser conceptualizado como una sucesión de enlaces conectados conjuntamente en sus puntos finales, que se denominan nodos o nudos.
El agua fluye a lo largo de los enlaces y entra o sale del sistema en los nodos. Los enlaces consisten en tubos, bombas, o válvulas de control. Las tuberías transportan agua de un punto a otro, las bombas elevan la altura hidráulica del agua, y las válvulas de control mantienen la presión o condiciones de flujo especificados. Otros tipos de válvulas, como las de cierre o de control, se consideran propiedades de las tuberías. Los nodos consisten en uniones de depósitos, tanques y tuberías. Las uniones son los nodos donde los enlaces se conectan entre sí y donde tiene lugar el consumo de agua.los nodos depósito representan entornos de altura fija, tales como lagos, acuíferos
de agua subterránea, pozos de plantas de tratamiento, o conexiones a partes del sistema que no están siendo modeladas. Los tanques son instalaciones de almacenamiento, cuyo volumen y nivel de agua puede cambiar en un período extendido de operación del sistema.
2.14.3.2 Esquematización de la Red
Al momento de construir un modelo de red, se debe decidir qué tuberías incluir en éste; al proceso de representar solamente algunas tuberías seleccionadas se le denomina esquematización (o esqueletización). Por ejemplo, un modelo altamente esquematizado puede ser suficiente para planificar inversiones o para estudios de control de bombeo. Semejante modelo no será adecuado para modelar la calidad de agua o para análisis del caudal de incendios donde interesan otros impactos más localizados.
Usualmente, se esquematiza una red decidiendo primero sobre el menor diámetro de tubería a incluir en el modelo. A estas tuberías se añaden las que conectan con los grandes consumidores de agua, instalaciones mayores, y puntos particulares de interés, como las localizaciones de monitoreo. Deberían añadirse tuberías adicionales que cierren bucles juzgados de interés a estos bucles cerrados y que sean importantes.
Las ventajas de un modelo esquematizado son los requisitos reducidos de manejo de datos y la mejor comprensión de la salida (resultados) del modelo.
Las desventajas incluyen la necesidad de utilizar juicios de ingeniería acerca de qué tuberías incluir y las dificultades al agregar la demanda de consumidores individuales a los nodos contenidos en el modelo. Un modelo con todos los colectores proporciona una descripción más precisa del comportamiento del sistema a expensas de tener que suministrar más datos y obtener unos resultados difíciles de entender.
2.14.4 Compilación de Datos
La tabla 5 presenta un listado del conjunto mínimo de propiedades que deben proporcionarse para los diversos componentes de un modelo de red.
2.14.4.1 Etiquetas ID (Identificadoras)
Debe señalarse a cada nodo y enlace un solo número o etiqueta de modo que pueda identificarse durante el proceso. Caracterizar por etiquetas proporciona más flexibilidad que numerarlas porque es más fácil incluir información útil, como zonas de presión o nombres de lugares.
2.14.4.2 Alturas Nodales
Es importante obtener las elevaciones o alturas precisas en los puntos del entorno del sistema tales como depósitos y tanques de almacenamiento, y en localizaciones donde las medidas de presión se hacen con propósitos de calibrado. Cada pie de error (0,3m) en altura introducirá casi media libra por pulgada cuadrada (3,45 Kpa, 0,0375 Kg/m2) de error en las estimaciones de presión.
2.14.4.3 Diámetros de Tuberías
La información histórica sobre diámetros de tubería sólo refleja el tamaño del conducto y la fecha de instalación. El diámetro del tubo de hierro sin revestir puede reducirse significativamente con el tiempo por causa de las incrustaciones producidas por la corrosión. El efecto de esta reducción sobre los caudales y pérdidas de carga está computado junto con las variaciones del coeficiente de rugosidad durante la calibración del modelo.
2.14.4.4 Rugosidad de las Tuberías
El coeficiente de rugosidad de tubería representa la contribución de las superficies irregulares de pared a la pérdida de carga producida por fricción. El tipo de coeficiente usado depende de la fórmula de pérdida de carga que esté siendo utilizada. Para la fórmula de Hazen-Williams, el coeficiente es una cantidad adimensional conocida como factor C, cuyo valor disminuye con el aumento de la rugosidad de la superficie. La fórmula de Darcy-Weisbach usa un coeficiente en unidades de longitud que representa la altura de los elementos de rugosidad de toda la pared de tubería, así su valor aumenta con el aumento de la rugosidad superficial.
2.14.4.5 Curvas de Bombas
El conjunto de curvas que muestran la altura, eficiencia o rendimiento, y potencia en función del caudal se conocen como curvas características de la bomba y son normalmente suministradas por el fabricante, sin embargo, la características de las bombas pueden variar con el tiempo; por lo tanto deben realizarse pruebas periódicas para controlar el rendimiento real de la bomba.
2.14.5 Estimación de la Demanda
Las demandas de agua, o tasas de consumo, para un sistema de distribución son análogas a la carga colocada sobre una estructura. Ambas juegan un papel principal al determinar el comportamiento de sus respectivos sistemas. Las demandas medias pueden estimarse y asignarse a las uniones de la red de varios modos.
Para aumentar el nivel de detalle y precisión, se clasifican por categorías de uso del suelo, tipo y número de casas u hogares, rutas de medida, y contadores individuales de facturación.
Se debe prestar especial atención a los grandes consumidores de agua, como ciertas industrias, establecimientos comerciales, universidades y hospitales. El agua no contabilizada, que puede ser de hasta del 10 al 20 por ciento de la demanda total y se distribuye uniformemente a lo largo de todas las uniones de la red.
Tabla 2.1: Caudales Típicos para Varios Tipos de Establecimientos.
Las tasas medias de consumo deben ajustarse para reflejar la estación y la hora del día para la cual el modelo se calcula. Los factores de ajuste estacionales pueden basarse en las tasas medias de producción registradas en diferentes épocas del año. Los factores de ajuste diurnos pueden estimarse realizando un balance del sistema de abastecimiento durante 24 horas. Este proceso cuenta el consumo total en cada hora del día como diferencia entre la cantidad neta de agua que entra en el sistema desde todos los puntos de caudal, extensiones o ramales y la cantidad de agua añadida al almacenamiento. El factor de ajuste para cualquier hora del día es igual al consumo en esa hora dividido entre el consumo medio diario.
264 ‐ 793 423 ‐ 528 3 ‐ 5 Manuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A. 1 ‐ 2 185 ‐ 317 11 ‐ 16 7 ‐ 11 11 ‐ 16 106 ‐ 159 53 ‐ 159 106 ‐ 211 11 ‐ 26 3 ‐ 5 2 ‐ 3 79 ‐ 132 53 ‐ 106 1.000 ‐ 3.000 1.600 ‐ 2.000 10 ‐ 20 2 ‐ 6 700 ‐ 1.200 40 ‐ 60 25 ‐ 40 40 ‐ 60 400 ‐ 600 200 ‐ 600 400 ‐ 800 40 ‐ 100 10 ‐ 20 6 ‐ 10 300 ‐ 500 200 ‐ 400 Lavandería Almacén Cine Restaurante Campestre Hospital Oficina Restaurante Promedio Escuela Motel Apartamento con medidor Apartamento sin medidor Fábrica Aeropuerto, por pasajero Sala de reuniones, por asiento Con agua municipal y suministro sin medidor Hotel ACTIVIDAD INTERVALO DE CAUDAL Litros / persona Galones / persona
Tabla 2.2: Requisitos Normales de Caudal en caso de Incendio
Es de vital importancia considerar el tipo de comunidad a la cual se pretende abastecer, la cual está constituida por sectores comerciales, residenciales, industriales o recreacionales, cuya composición porcentual es variable para cada caso. Esto permite determinar el consumo de agua prevaleciente, así se tiene:
Consumo Doméstico: constituido por el consumo familiar de agua para beber, lavado de ropa, baño y aseo personal, cocina, limpieza, riego de jardín, lavado de carro, adecuado funcionamiento de las instalaciones sanitarias, entre otros. Representa generalmente el consumo predominante en el diseño.
Comercial o Industrial: puede ser un gasto significativo en casos donde las áreas a desarrollar tengan una vinculación industrial o comercial. Cuando el comercio o industria constituye una situación normal, tales como pequeños comercios o industrias, hoteles, estaciones de gasolina, otros, ello puede ser incluido y estimado dentro de los consumos per cápita adoptados, y diseñar en base a esos parámetros.
Consumo Público: está constituido por el agua destinada a riego de zonas verdes, parques y jardines públicos, así como a la limpieza de calles.
Consumo por Pérdida en la Red: es motivado por juntas en mal estado, válvulas y conexiones defectuosas y puede llegar a representar de un 10% a un 15% del consumo total.
1 U.S. galon x 3,7854 = litros Manuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A. 500‐2.000 1.500‐3.000 2.500‐5.000 3.500‐10.000 2.500‐15.000 Residencial Unifamiliar Residencial Multifamiliar Comercial Industrial Distrito Central de Negocios CAUDAL DE INCENDIO REQUERIDO (gal/m3) USO DEL SUELO
Consumo por Incendio: en términos generales, puede decirse que un sistema de abastecimiento de agua representa el más valioso medio para combatir incendios, y que en el diseño de alguno de sus componentes este factor debe ser considerado de acuerdo a la importancia relativa en el conjunto y de lo que esto puede significar para el conglomerado que sirve.
Las Normas INOS, Normas de Proyecto y Especificaciones de Materiales para los Sistemas de Abastecimiento de Agua de Urbanizaciones contemplan:
Consumo Contra Incendio: Para el cálculo de las dotaciones contra incendio se supone una duración de los mismos de 4 horas. Los gastos a usar son los siguientes:
1) 10 L/s: zona residencial unifamiliar de viviendas aisladas.
2) 16 L/s: zona residencial, comercial o mixta con 120% de área de construcción aislada o construcciones unifamiliares contiguas.
3) 32 L/s: zona industrial, de comercio, vivienda con áreas de construcción mayores de 120 por 100 metros y áreas de reunión pública como iglesias, cines, teatros, graderíos para espectadores, otros.
4) No se exigirá dotación de incendio en un parcelamiento con un promedio igual a 4 lotes por Ha, o menor, destinados a viviendas unifamiliares aisladas.
Variaciones Periódicas: un punto muy importante en los estudios previos al diseño de los abastecimientos de agua es el de las variaciones que experimentan los consumos en relación al consumo total medio; en otras palabras, la rata a la cual el consumo se produce.
Estas variaciones se expresan en términos porcentuales del consumo medio anual.
• Consumo medio diario anual (Qm): a partir de este valor se obtiene el caudal de diseño utilizado en el proyecto de construcción de sistemas de distribución de agua potable. Este consumo medio diario anual (Qm) puede ser obtenido: a) como la
sumatoria de las dotaciones asignadas a cada parcela en atención a su zonificación, de acuerdo al plano regulador de la ciudad; b) como el resultado de una estimación de consumo per cápita para la población futura del período de diseño; y c) como el promedio de los consumos diarios registrados en una localidad durante un año de mediciones consecutivas.
• Consumo máximo diario (Qdiario): se define como el día de máximo consumo (máxima demanda), el cual debe ser satisfecho, ya que de lo contrario originará situaciones deficitarias para el sistema. A tal respecto, se utiliza un coeficiente pico o factor de ajuste (K) comprendido entre el 120% y 160% del consumo medio diario. Este se expresa en Lts/seg, su ecuación se muestra a continuación:
·
2.11 Donde:
Factor de ajuste (1,20 – 1,60). Consumo medio.
• Consumo máximo horario (Qhor): se define como la hora de máximo consumo del día de máximo consumo. Durante un día cualquiera, los consumos de agua de una comunidad presentarán variaciones hora a hora dependiendo de los hábitos y actividades de la población.
Este consumo es aproximadamente el 200% del consumo promedio diario anual y de 275% para poblaciones pequeñas (menos de 1.000 habitantes), expresándolo en L/s. El consumo máximo horario puede obtenerse a través de la ecuación:
·
2.12 Donde:
(2,00 – 2,75). Consumo medio.
2.14.6 Características de Operación
La información adicional necesaria para operar un modelo de red incluye el estado de todas las bombas y válvulas, los niveles iniciales de agua en todos los tanques de almacenamiento.
Cuando se hace un análisis de un período extendido, el modelo también necesita conocer cuántas bombas y válvulas están controladas durante el período de simulación.
Esta información puede representarse a través de un calendario fijo de apertura y cierre de bombas o válvulas, o a través de un conjunto de reglas que describan qué condiciones (niveles del depósito de agua o presiones nodales) producirían un cambio de estado de una bomba o válvula.
2.14.7 Calibrado del Modelo
El calibrado es el proceso de hacer ajustes en las entradas del modelo, de modo que la salida reproduzca medidas observadas con un grado razonable de precisión.
Las entradas ajustables del modelo, incluyen coeficientes de rugosidad de la tubería y demandas nodales. Las salidas observadas del modelo son presiones, caudales, niveles de agua en tanques, y predicciones de la calidad de agua.
Se pueden realizar dos niveles de calibración. Un nivel sirve como comprobación de que el modelo está produciendo resultados razonables, pero no necesariamente precisos, por lo que se deben comprobar los siguientes comportamientos problemáticos:
• Presiones irracionalmente bajas (por ejemplo, negativas) o altas.
• Bombas operando fuera de su rango permisible o que están cortadas por esta razón.
• Bombas con ciclos de arranque/parada irracionales. • Depósitos que continuamente se llenan o vacían.
• Nodos desconectados de cualquier fuente a causa de tuberías, bombas, o válvulas cerradas.
El segundo nivel de calibrado implica ajustes de los parámetros de entrada al modelo para que concuerden mejor con las observaciones de campo. Esto requiere la adquisición de datos de campo, preferiblemente bajo más e una condición de operación.
Debe darse prioridad a las condiciones de medida en las fronteras del sistema; esto incluye caudales y presiones en los puntos de suministro o e conexiones entre zonas y niveles de agua en los depósitos de almacenamiento. La selección de puntos adicionales de muestreo depende de qué uso se esté haciendo del modelo. Se debe evitar seleccionar lugares que proporcionan información duplicada. Si es posible, se debe tratar de incluir lecturas de cualquier medidor instalado, porque los caudales computados tienden a mostrar más respuesta a los cambios en los parámetros de entrada que las presiones.
2.15 DESCRIPCIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE DE CIUDAD BOLÍVAR
realizado por los ingenieros Reinaldo Hernández y Ranse Rivas en el año 2007 (pág. 83) la Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar está conformada de la siguiente manera:
El suministro de agua potable para Ciudad Bolívar se lleva a cabo desde dos (2) fuentes superficiales de abastecimiento diferentes, una sin regulación y otra con regulación, que determinan a su vez la existencia de dos grandes sistemas interconectados de abastecimiento de agua, denominados Sistema Angostura y Sistema Guri respectivamente.
El primero capta agua cruda desde el río Orinoco y la procesa para su potabilización en la Planta de Tratamiento Angostura (PTA), ubicada en el sector Perro Seco de Ciudad Bolívar.
Desde esta planta se inicia la distribución por bombeo a las diferentes matrices que abastecen a los sectores de las parroquias La Sabanita (en donde se encuentra el estanque B2, inoperativo), Agua Salada y a los estanques J (punto de interconexión entre ambos sistemas) y K. Este sistema tiene tres estaciones de bombeo ubicadas dentro de las instalaciones de la planta (La Sabanita, El Perú y Caja de Agua).
El segundo sistema capta agua cruda desde el embalse Guri, del río Caroní y procesa el agua desde la Planta de Tratamiento Tocomita (PTT), ubicada a orillas del embalse, dentro del campamento Guri, desde donde sale una tubería de aducción hacia la ciudad (nodo O). Desde este nodo parten las matrices que se interconecta al Sistema Angostura y la matriz que abastece los estanques: C (Vista Hermosa), B (Gira Luna), B1 (La Fundación), A (al lado del Cementerio Jobo Liso), D (Brisas del Orinoco), F (Brisas del Este) y F’ (Zona Industrial El Perú). Este sistema tiene una estación de bombeo (estanque C) y dos estaciones de rebombeo (estanque B y sector Mi Campito).
En total existen diez (10) estanques de almacenamiento identificados como A, B, B1, B2, C, D, F’, F, J y K, ubicados en diferentes puntos de la red principal de la ciudad. Adicionalmente existe una (1) estación de bombeo en el estanque C y dos (2) estaciones de rebombeo, ubicadas una en el estanque B y la otra en el sector Mi
2.15.1 Fuentes y Captación
Las dos fuentes en conjunto proporcionan un aproximado de 2.050 lps, destinados para abastecer una población de 328.542 habitantes en el año 2007 (INE, 2001); utilizando una dotación de 321,48 lts/hab/día el consumo sería de 1.222,5 litros por segundo (lps)
2.15.1.1 Sistema Angostura
Este sistema capta agua cruda desde el río Orinoco a la altura de las poblaciones de Ciudad Bolívar y Soledad.
La captación de agua del río Orinoco se realiza a través de una Balsa-Toma, ubicada en el Sector La Toma, es una balsa de estructura metálica que descansa sobre flotadores metálicos, con un área de 208 m2 (Dim.13 m x 16 m). Sobre esta plataforma flotante se encuentran instalados seis (6) equipos de bombeo con una capacidad de 240 lps y 44 mca, para impulsar el agua hasta la Planta de Tratamiento Angostura, mediante una tubería de aducción de 1.290,00 metros de longitud y diámetro de treinta pulgadas (Ø = 30”).
2.15.1.2 Sistema Guri
El segundo sistema capta agua cruda desde el Embalse Guri emplazado sobre el río Caroní, que además de producir energía eléctrica, también sirve para el abastecimiento de agua.
La captación de agua del río Caroní está conformada por una Torre-Toma con una capacidad de 5000 lps, con cotas inferior y superior de 229,50 y 272 m.s.n.m. respectivamente, con varias compuertas en las cuales penetra el agua por gravedad, a una tubería de acero de tramos de diámetro Ø = 68” (1.700 mm), Ø = 54” (1.350 mm) y
dos ramales de Ø = 30” (750 mm), para llevar el agua cruda a la Planta de Tratamiento Tocomita, ubicada a orillas del embalse, dentro del Campamento Guri.
2.15.2 Aducciones
2.15.2.1 Sistema Angostura
Desde la toma en la balsa sobre el río Orinoco hasta la planta existe una tubería de acero, de tipo estándar de aproximadamente 1.290,00 metros de longitud y Ø = 30”.
2.15.2.2 Sistema Guri
Desde la Torre-Toma hasta la planta de tratamiento existe una tubería de acero, con diámetros que varían entre Ø = 68”, Ø = 54” y dos tuberías de Ø = 30” cada uno hasta llegar a la planta de tratamiento y una longitud de 3.000 metros aproximadamente.
La primera etapa de aducción está constituida por una tubería de Ø = 68”, va desde la Torre-Toma hasta una caseta techada compuesta por dos tanquillas subterráneas de 6 x 3 x 2 m por donde pasa la tubería y en ella se encuentra una válvula mariposa de Ø = 68”, una reducción a Ø = 54”, una placa de orificio de Ø = 33” (825 mm) en la tubería de Ø = 54” y un nodo de 6” (150 mm) con dos salidas, una para una ventosa de Ø = 6” y la otra para una válvula de Ø = 4”.(100 mm) La segunda etapa de la tubería de Ø = 54” va desde la caseta hasta la planta de tratamiento con una distancia aproximada de 3.000 metros. Entre ellas se encuentra una bifurcación de la tubería de Ø = 54” en dos (2) tuberías de Ø = 30”. En la unión, las tuberías de Ø = 30” se encuentran con una placa orificio y una válvula de mariposa de Ø = 24” (600 mm), posteriormente las dos tuberías de Ø = 30” se unen, con un empalme de Ø = 42” (1.050
mm) en la salida. La tubería de Ø = 42” entrega el agua cruda a la Planta de Tratamiento del Sistema Guri.
2.15.3 Sistema de Tratamiento de Agua
2.15.3.1 Sistema Angostura
La Planta de Tratamiento Angostura se encuentra ubicada en el sector Perro Seco del casco central de la ciudad. Está diseñada para producir un caudal de hasta 960 Lps de agua tratada. Actualmente, según estimaciones del personal de la planta, produce a plena capacidad.
Los procesos que se llevan a cabo en esta planta para el tratamiento del agua comprenden las etapas de tratamiento primario que incluyen los procesos de coagulación y mezclado (mezcla rápida), floculación (mezcla lenta) y sedimentación; un tratamiento secundario consistente en la filtración y por último la estabilización y desinfección.
2.15.3.2 Sistema Guri
La Planta de Tratamiento Tocomita recibe las aguas provenientes del embalse Guri del río Caroní, está diseñada para producir un caudal máximo de 2.000 lps de agua tratada.
Su ubicación al norte del embalse de la Represa Hidroeléctrica Guri, a una cota de terreno de 228 m.s.n.m., permite conducir el agua por gravedad hacia la ciudad, mediante una aducción de 66,00 kilómetros (km.) de longitud aproximadamente, conformada por una tubería de acero de Ø = 52 ” (1.300 mm) que se extiende desde la planta hasta el estanque C.
2.15.4 Estaciones de Bombeo
2.15.4.1 Sistema Angostura
Además de la estación de bombeo emplazada en la Balsa-Toma ubicada en el sector La Toma, dentro de la estructura de la Planta de Tratamiento Angostura se encuentran tres (3) estaciones de bombeo de agua potable para atender diferentes sectores de la ciudad. A continuación se hace un resumen de las características más relevantes de las estaciones de bombeo.
• Estación de bombeo Balsa-Toma: conformada por seis (6) bombas centrífugas verticales, tipo turbina de 2 tazones (Bronce), 240 lps, 44 mca, Peso = 300 Kg, Marca: Bombagua, Modelo 15HH-410, hecha en Venezuela. Los equipos instalados impulsan el agua por una tubería de Ø = 30” hasta la Planta de Tratamiento.
• Estación de bombeo Sabanita: conformada por tres (3) equipos verticales, una (1) bomba centrífuga vertical, tipo turbina de 3 tazones (bronce), 120 lps, 80 mca, Peso = 400 Kg, Marca: Bombagua, Modelo 15H-277/3, hecha en Venezuela, y dos (2) bombas centrífugas verticales, tipo turbina de 4 tazones (bronce), 120 lps, 140 mca, Peso = 500 Kg, Marca: Bombagua, Modelo 15H-277/4, hecha en Venezuela. Dos de los equipos instalados impulsan el agua por una tubería de acero de Ø = 16” (400 mm) y el otro equipo por una tubería de Ø = 12” (300 mm). La capacidad conjunta de funcionamiento de esta estación de bombeo es aproximadamente de 300 lps.
• Estación de bombeo El Perú: conformada por Dos (2) bombas centrífugas horizontales, Marca: KSB, tipo: CPK-S 150-500. Estos equipos impulsan el agua hacia los sectores ubicados al Oeste de la ciudad, a saber la parte antigua del sector El Perú, Agua Salada y Zanjonote, mediante una tubería de impulsión de Ø = 12”. La capacidad conjunta de funcionamiento de esta estación de bombeo es de 275 lps.
