DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIN

DEPARTAMENTO CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL TEMA: MODELACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LA CONCORDIA, CANTÓN LA CONCORDIA, PROVINCIA DE SANTO DOMINGO DE LOS TSÁCHILAS AUTOR: CASTILLO MONGE, ÁLVARO DANIEL DIRECTOR: CARVAJAL CEVALLOS, EDGAR BENJAMÍN SANGOLQUÍ - 2017

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA MODELACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE LA CONCORDIA, CANTÓN LA CONCORDIA, PROVINCIA DE SANTO DOMINGO DE LOS TSÁCHILAS

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Objetivo General Simular el funcionamiento de la Red de Agua Potable de la Ciudad de La Concordia mediante el programa EPANET para establecer el comportamiento actual del sistema. Objetivos Específicos § Realizar un diagnóstico del sistema de agua potable § Realizar el levantamiento geo referenciado de la zona de estudio § Simular y verificar, mediante el modelo hidráulico generado en EPANET, las condiciones de funcionamiento de las redes § Determinar un valor de IANC § Presentar recomendaciones para mejorar el servicio de agua potable actual y futuro.

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA BENEFICIOS PARA EL GOBIERNO AUTÓNOMO DESCENTRALIZADO DE LA CONCORDIA Generar diferentes escenarios de funcionamiento de la Red Verificar presiones en cualquier punto de la red y su afectación con la colocación de nueva tubería Adaptar la red a una sectorización producto de un estudio adicional Evaluar la capacidad de la Red de Distribución mediante una simulación con diferentes incrementos o decrementos de la demanda.

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ÁREA DE ESTUDIO Área urbana de la ciudad de LA CONCORDIA BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA RESEÑA HISTÓRICA 31 de octubre del 2007 • El recinto LA CONCORDIA pasa a ser CANTÓN 31 de julio del 2009 5 de febrero de 2012 21 de junio de 2013 • Posesión del primer Concejo Municipal • CONSULTA POPULAR (pertenencia a Esmeraldas o Santo Domingo) • Forma parte de la provincia SANTO DOMINGO DE LOS TSÁCHILAS BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Servicios Públicos Domiciliarios AGUA POTABLE ALCANTARILLADO SANITARIO aruteboc % 42 )anoicnuf on( arutreboc %41 ALCANTARILLADO PLUVIAL ENERGÍA ELÉCTRICA TELEFONÍA RECOLECCIÓN DESECHOS SÓLIDOS %2 sodanoba 0827 sodanoba 2743 arutreboc ed %08 BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Figura 8: Colapso de las rede de Alcantarillado BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Figura 9: Contaminación de aguas negras en esteros y vías BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Figura 10: Vía de evacuación domiciliaria mas común de aguas negras BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA POBLACIÓN DE LA CONCORDIA Proyección al 2017 BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Método Aritmético 2 BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Método Aritmético BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Método Geométrico BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Método Geométrico BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA BREVE INTRODUCCIÓN AL ÁREA DE ESTUDIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ESQUEMATIZACIÓN DE LA RED 6 POZOS PROFUNDOS 6 BOMBAS (1 EN CADA POZO) 1 ESTACIÓN DE BOMBEO (CON 3 BOMBAS, 1 DE ELLAS AVERIADA) UN TANQUE DE RESERVA SUPERFICIAL EN LA INDEPENDENCIA 35. 89 KM DE REDES 3 TANQUES ELEVADOS EN PÉSIMAS CONDICIONES ( NO ESTÁN SIENDO OCUPADOS)

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA REDES DE AGUA POTABLE Una red de distribución es un conjunto de elementos físicos TUBERÍAS VÁLVULAS que, al estar interconectados, TANQUES DE RESERVA forman POZOS DE AGUA SUBTERRÁNEA un sistema cuya finalidad es entregar agua de CALIDAD, en CANTIDAD y CONTINUIDAD a la población ESTACIONES DE BOMBEO PLANTAS DE TRATAMIENTO desde una o más fuentes de OBRA DE TOMA DE AGUA SUPERFICIAL O CAPTACIONES abastecimiento. ELEMENTOS ESPECIALES INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE AGUA POTABLE

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA TIPOLOGÍA DE LAS REDES DE AGUA POTABLE Figura 13: Red ramificada de distribución de AA. PP. Figura 14: Red tipo malla de distribución de AA. PP. INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE AGUA POTABLE

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA FORMAS DE DISTRIBUCIÓN A GRAVEDAD POR BOMBEO Bombeo directo a la red con almacenamiento. INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE AGUA POTABLE

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA COMPONENTES DE UNA RED DISTRIBUCIÓN INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE AGUA POTABLE

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA 4 EPANET LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA La energía no puede ser creada ni destruida, solo se trasforma de un tipo a otro ECUACIÓN DE CONTINUIDAD EN NUDOS La suma algebraica de los caudales volumétricos confluyen en el nudo debe ser cero. PRINCIPIO HIDRÁULICOS UTILIZADOS POR EPANET

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA PRINCIPIO HIDRÁULICOS UTILIZADOS POR EPANET

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA La ecuación de Bernoulli

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ECUACIÓN DE CONTINUIDAD EN NUDOS PRINCIPIO HIDRÁULICOS UTILIZADOS POR EPANET

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA EPANET PERDIDAS DE ENERGÍA POR ROZAMIENTO Hazen-Williams Darcy – Weisbach

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA EPANET PERDIDAS MENORES

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA Modelo • Esquematización simplificada de la realidad con fines de estudio, análisis y diseño VENTAJAS • Permite realizar cambios o variaciones a la red, y obtener resultados de manera inmediata. • Optimiza el tamaño o diámetro de tubería a utilizar en nuevos ramales de servicio • Permite visualizar y controlar en tiempo real la variación de presiones y caudales • Puede ser empleado para la operación del sistema en tiempo real y ser adaptado a un SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition ó Supervisión, Control y Adquisición de Datos)

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA EPANET Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), Traducido al español por la Universidad Politécnica de Valencia (España)

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA BENEFICIOS QUE OFRECE EPANET Las redes modeladas pueden tener un número infinito de elementos. Se puede utilizar las fórmulas de Hazen-Williams, de Darcy-Weisbach o de Chezy-Manning. Admite perdidas menores en accesorios. Considera diferentes tipos de demanda con su propia curva de variación en el tiempo para diferentes nudos Determina el consumo energético y sus costos Figura 29: Beneficios que ofrece EPANET. INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA MEJORAS EN LA VERSIÓN EPANET 2. 0 Se puede crear o editar el trazado de toda la red de una manera gráfica Se puede cargar una imagen de fondo para facilitar el trazado Se puede seleccionar elementos de acuerdo a características similares entre ellos, para editarlos de manera mas rápida. Se han incrementado las opciones de visualización gráfica y de muestra de resultados con escalas de colores Un nuevo navegar global del proyecto puede ser mostrado para editar o manejar un sistema de gran tamaño. Entre otras. INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INTERFAZ GRÁFICA DE EPANET INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ESQUEMA GENERAL DE UNA RED EN EPANET INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA NUDO ELEMENTO: Datos conocidos del elemento La cota respecto a un nivel de referencia (para el presente trabajo el nivel de referencia es el nivel del mar) La demanda de agua o el caudal Y, si el caso determinara analizar la calidad de agua, este parámetro debe ser conocido La altura piezométrica Valores que pueden ser obtenidos luego del La Presión en el punto análisis La calidad del agua Pueden presentar curvas de demanda variable en el tiempo Se puede asignar diferentes tipos de demanda según el tipo de usuario (residencial, público, etc. ) Puede ser tomado como punto de ingreso al sistema de un contaminante Otras consideraciones: INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA DEPÓSITO o TANQUE DE RESERVA ELEMENTO: Datos conocidos del elemento La cota de solera (se puede comparar con la cota de la base del tanque para la cual el nivel de agua es cero) El diámetro o su geometría si no es de forma cilíndrica El nivel de agua inicial El nivel de agua mínimo El nivel de agua máximo Valores que pueden La calidad inicial del agua La altura piezométrica ser obtenidos luego La presión (nivel del agua) del análisis Otras La calidad de agua El volumen de agua puede variar con el tiempo en la simulación consideraciones: Los niveles de agua mínimo y máximo que deben ser conocidos, determinan el funcionamiento del tanque. Para el nivel mínimo, el suministro de agua a la red se suspende, y para el nivel máximo el abastecimiento de agua al tanque se INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ELEMENTO: Datos conocidos del elemento ESTANQUE o EMBALSE La cota o altura piezométrica La calidad de agua Valores que pueden ser No tiene datos de salida, debido a que se asume que es una obtenidos luego del análisis fuente inagotable de suministro de agua y sus datos conocidos no se verán afectados por la simulación Otras consideraciones: La altura piezométrica coincide con la cota de la superficie libre del agua. INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA TUBERÍAS ELEMENTO: Datos conocidos del elemento Nudos inicial y final Diámetro Longitud Coeficiente de rugosidad (de acuerdo al material de fabricación). Este valor depende de la fórmula que se escoja en las propiedades del proyecto para calcular las pérdidas de carga por fricción. Estado: Este parámetro le indica a EPANET si la tubería está abierta, cerrada o contiene un válvula

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA TUBERÍAS ELEMENTO: Valores que Caudal de circulación pueden ser Velocidad del agua en el tramo obtenidos Pérdidas de carga unitaria luego del Factor de fricción para la fórmula Darcy-Weisbach análisis Otras Calidad del agua EPANET, asume que las tuberías están totalmente llenas en todo momento consideracio La dirección de circulación del agua va desde el punto con mayor carga hidráulica hasta el punto que tenga menor carga. nes: Para calcular las pérdidas de carga debido a la rugosidad o fricción, el program permite escoger entre los siguientes métodos: üHazen – Williams üDarcy-Weisbach üChezy-Manning

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA BOMBAS ELEMENTO: Datos El nudo de aspiración conocidos del El nudo de impulsión La curva característica Caudal Carga luego del Consumo de energía análisis Costo por consumo energético Otras El caudal que atraviesa una bomba es unidireccional elemento Valores que pueden ser obtenidos consideracione Las bombas puede encenderse o apagarse según la caída de presión en un nodo o el comportamiento de un tanque de reserva o depósito, mediante controles y los patrones de tiempo También se puede considerar la variación de velocidad s:

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA VÁLVULAS ELEMENTO: Datos conocidos del elemento Valores que pueden ser El nudo aguas arriba y el nudo aguas abajo Diámetro Estado (forzado o no) Caudal de paso obtenidos luego del análisis Pérdida de carga

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA LEYES O CONTROLES DE OPERACIÓN - EPANET Determinan el modo de operación de la red durante la simulación, controlando el comportamiento de los elementos de la misma Leyes de control simple: LINK IDlínea estado IF NODE IDnudo ABOVE/BELOW valor LINK IDlínea estado AT TIME tiempo LINK IDlínea estado AT CLOCKTIME hora_real AM/PM Ley de control Significado LINK 12 CLOSED IF NODE 23 Cerrar la Línea 12 cuando el nivel en el Depósito 23 exceda de ABOVE 5 5 m LINK 12 OPEN IF NODE 130 Abrir la Línea 12 si la presión en el Nudo 130 cae por debajo BELOW 20 de 20 m LINK 12 CLOSED AT CLOCKTIME La Línea 12 se cerrará a las 10 AM

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Leyes de control basadas en reglas LINK IDlínea estado IF NODE IDnudo ABOVE/BELOW valor LINK IDlínea estado AT TIME tiempo Ley de control Significado RULE 1 LINK IDlínea estado AT CLOCKTIME hora_real AM/PM IF TANK 1 LEVEL ABOVE 4. 8 Si el nivel del tanque 1 está por encima de 4, 8 THEN PUMP 335 STATUS IS CLOSED Apagar la bomba 335 AND PIPE 330 STATUS IS OPEN Y abrir o permitir el paso de caudal por la tubería 330 RULE 1 IF LINK B-1 FLOW > 15. 1 Si el caudal de la bomba B-1 es mayor a 15. 1, THEN PUMP B-1 STATUS IS CLOSED entonces APAGAR la Bomba

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA TOPOGRAFÍA – Levantamiento Geo referenciado

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA EQUIPOS Y SOFTWARE UTILIZADO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Etapas del levantamiento 1) Se crea una red de puntos base con procedimiento ESTÁTICO (Se debe tomar en cuenta el alcance de los equipos) 2) Control y ubicación de esquinas 3) Trabajo de escritorio. Análisis de datos y generación de polígonos manzaneros y curvas de nivel

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA FUENTES DE ABASTECIMIENTO Pozo 1: Virgen Del Cisne INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Pozo 2: Barrio Bélgica INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Pozo 3: Estadio Barrio Las Palmas INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Pozo 4: Barrio Santa Rosa INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Pozo 5: La Independencia Barrio San Vicente INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA Pozo 6: Estación Principal La Independencia INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ESTACIONES DE BOMBEO 6 (UNA BOMBA EN CADA POZO 1 ESTACIÓN LA INDEPENDENCIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ALMACENAMIENTO El sistema de agua potable actual cuenta con un tanque de almacenamiento que se encuentra en la Estación Principal La Independencia y que reúne los caudales que se extraen de los pozos número cinco y seis, con un volumen de 240 m 3. Existen tres tanques elevados de almacenamiento en mal estado han cumplido su vida útil y no forman parte de la red de agua potable de la ciudad. INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA RED DE DISTRIBUCIÓN El GADM proporcionó el catastro de redes dibujado a mano sobre un plano de la ciudad 8 Excavaciones aleatorias para comprobar los datos INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA REGISTRO FOTOGRÁFICO INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA CATASTRO DE USURIOS INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA INVESTIGACIÓN DE CAMPO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA MODELACIÓN Y CALIBRACIÓN DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA CONCORDIA INTERACTUAR CON EPANET CIVIL 3 D EPACAD EXCEL

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA MODELACIÓN DEL SISTEMA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA COBERTURA TERRITORIAL MODELACIÓN

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA COBERTURA POBLACIONAL

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA COBERTURA POBLACIONAL

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA DOTACIÓN

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA CAUDAL MEDIO DIARIO

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA ÍNDICE DE AGUA NO CONTABILIZADA

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MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA PROYECCIÓN AL AÑO 2040 Tasa de crecimiento de 3. 21% y población proyectada al 2017 de 34638 habitantes (Población de servicio 2017 adoptada para la modelación) Índice de Agua No Contabilizada de 31. 28% (8. 1 ÍNDICE DE AGUA NO CONTABILIZADA) Dotación de 168. 56 L / hab. / día (Tabla 38: Demanda real de AA. PP. por abonado año 2016) Porcentaje de cobertura del servicio de 37. 97% de población atendida (7. 2. 4. 2 Cobertura poblacional)

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

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MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA CONCLUSIONES

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MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA RECOMENDACIONES

MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA

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MODELACIÓN HIDRÁULICA LA CONCORDIA GRACIAS