Modelo matemático de la red de distribución de agua potable del cantón Sucúa, provincia de Morona Santiago, Ecuador: Análisis, diagnóstico y propuestas de mejora

Abstract

[ES] El presente trabajo tiene como objetivo la elaboración del modelo matemático de la red de distribución de agua potable del cantón Sucúa, el cual permitirá realizar un diagnóstico del estado actual del sistema, identificar los principales problemas de la red y posteriormente realizar propuestas de mejoras. Además, se evaluará el comportamiento que tuvo el sistema de Sucúa con la unificación del sistema de Santa Marianita, la cual se realizó en mayo del 2016. Para realizar el modelo matemático se dispone de información proporcionada por la empresa municipal EPMAPA-S, la cual fue entregada en formato digital. El software que se ha utilizado para la simulación hidráulica es Epanet 2.0. El modelo matemático ha sido creado basándose en los datos y registros de diciembre de 2014, debido a que, para esa fecha existen datos de caudal inyectado al sistema (macromedición). Con los volúmenes inyectados y facturados se ha calculado el balance hídrico técnico de la red y se ha estimado el rendimiento volumétrico global del sistema (48.1 %), el cual le corresponde una calificación de “Inaceptable”. La esqueletización de la red se ha realizado con el plano base de redes del cantón. Para la asignación de cotas en los nodos se ha utilizado las curvas de nivel de la zona y para la asignación de demandas en los nodos se empleó los consumos mensuales registrado por los micromedidores. La calibración del modelo matemático ha sido realizada en dos fases; la fase I propuso un ajuste diario, mediante la estimación de un valor del coeficiente global de los emisores y la fase II formula el ajuste horario, mediante el ajuste del patrón de variación temporal de la demanda. El principal problema que presenta el sistema es el elevado porcentaje de fugas, el cual está asociado a las sobrepresiones de la red, estas presiones superan los límites permisibles por la normativa nacional. Es por ello, como propuesta de mejora se ha planteado realizar la gestión de las presiones mediante la instalación de válvulas reductoras de presión, con esto se ha logrado reducir el valor de la presión media de 43.2 mca a 23.1 mca, esta disminución provoca un descenso del volumen de agua fugada, lo cual representa un ahorro económico para la empresa. La sectorización actual es deficiente, por lo que se ha propuesto una nueva sectorización, en la que se ha procurado respetar el trazado actual y dar uso a los accesorios existentes (que estuvieran en buen estado), esto con el afán de no encarecer el presupuesto para su implementación. Además, se ha incluido en la sectorización tres nuevos sectores: barrio Progreso, barrio la Cruz y urbanización Pazan-Medina. Luego de las mejoras propuestas en la red, el rendimiento global del sistema alcanza un valor de 54.9 %, pasando a una calificación de “Mala”. Una vez concluido el presente trabajo, se ha logrado elaborar el modelo matemático de la red de distribución de agua potable del cantón Sucúa, el cual ha permitido realizar el diagnóstico del estado actual del sistema, identificar los principales problemas de la red y posteriormente realizar propuestas de mejoras, las cuales son factibles, necesarias y rentables para la empresa pública EPMAPA-S. Concerniente a la unificación de los dos sistemas, se puede concluir que la unión no representa un beneficio para el sistema de Sucúa, ya que solo acrecentó el gran problema de fugas que tiene la red por el aumento de las presiones en la zona de unión.

[EN] The objective of this work is to develop a mathematical model of the drinking water distribution network in the canton of Sucúa, which will allow a diagnosis of the current state of the system, identify the main problems of the network and subsequently make proposals for improvements. In addition, the behavior of the Sucúa system will be evaluated with the unification of the Santa Marianita system, which took place in May 2016. To make the mathematical model, information provided by the municipal company EPMAPA-S is available, which was delivered in digital format. The software used for the hydraulic simulation is Epanet 2.0. The mathematical model has been created based on the data and records from December 2014, because, by that date there is data of flow injected into the system (macro-measurement). With the volumes injected and invoiced, the technical water balance of the network has been calculated and the global volumetric yield of the system has been estimated (48.1 %), which corresponds to a qualification of "Unacceptable". The skeletonisation of the network has been carried out with the base plan of the canton's networks. For the assignment of the node levels, the area's contour lines have been used and the assignment of the node demands, the monthly consumption recorded by the micro-meters has been used. The calibration of the mathematical model has been carried out in two phases; phase I proposed a daily adjustment, by estimating a value of the global coefficient of the emitters and phase II formulates the hourly adjustment, by adjusting the pattern of temporal variation of the demand. The main problem presented by the system is the high percentage of leaks, which is associated with network overpressures, these pressures exceed the limits permitted by national regulations. For this reason, as a proposal for improvement, pressure management has been proposed by installing pressure reduction valves, this has reduced the average pressure from 43.2 mca to 23.1 mca, which causes a decrease in the volume of water leaked, which represents an economic saving for the company. The current sectorisation is deficient, so a new sectorisation has been proposed, in which an attempt has been made to respect the current route and to make use of the existing accessories (which would be in good condition), this in an effort not to increase the budget for its implementation. In addition, three new sectors have been included in the sectorization: Progreso neighborhood, La Cruz neighborhood and Pazan-Medina urbanization. After the proposed improvements in the network, the overall performance of the system reached a value of 54.9 %, going on to a rating of "Bad". Once the present work was concluded, the mathematical model of the drinking water distribution network of the Sucúa canton was developed. This model has made it possible to diagnose the current state of the system, identify the main problems of the network and subsequently make proposals for improvements, which are feasible, necessary and profitable for the public company EPMAPA-S. Concerning the unification of the two systems, it can be concluded that the union does not represent a benefit for the Sucúa system, since it only increased the great problem of leaks that the network has due to the increase of the pressures in the union zone.

[CA] El present treball té com a objectiu l'elaboració del model matemàtic de la xarxa de distribució d'aigua potable del cantó Sucúa, el qual permetrà realitzar un diagnòstic de l'estat actual del sistema, identificar els principals problemes de la xarxa i posteriorment realitzar propostes de millores. A més, s'avaluarà el comportament que va tindre el sistema de Sucúa amb la unificació del sistema de Santa Marianita, la qual es va realitzar al maig del 2016. Per a realitzar el model matemàtic es disposa d'informació proporcionada per l'empresa municipal EPMAPA-S, la qual va ser entregada en format digital. El programari que s'ha utilitzat per a la simulació hidràulica és Epanet 2.0. El model matemàtic ha sigut creat sobre la base de les dades i registres de desembre de 2014, pel fet que, per a aqueixa data existeix dades de cabal injectat al sistema (macromedición). Amb els volums injectats i facturats s'ha calculat el balanç hídric tècnic de la xarxa i s'ha estimat el rendiment volumètric global del sistema (48.1%), el qual li correspon una qualificació de “Inacceptable”. L'esqueletización de la xarxa s'ha realitzat amb el pla base de xarxes del cantó. Per a l'assignació de cotes en els nodes s'ha utilitzat les corbes de nivell de la zona i l'assignació de demandes en els nodes es va emprar els consums mensuals registrat pels micromedidores. El calibratge del model matemàtic ha sigut realitzada en dues fases; la fase I va proposar un ajust diari, mitjançant l'estimació d'un valor del coeficient global dels emissors i la fase II formula l'ajust horari, mitjançant l'ajust del patró de variació temporal de la demanda. El principal problema que presenta el sistema és l'elevat percentatge de fugides, el qual està associat a les sobrepressions de la xarxa, aquestes pressions superen els límits permissibles per la normativa nacional. És per això, com a proposta de millora s'ha plantejat realitzar la gestió de les pressions mitjançant la instal·lació de vàlvules reductores de pressió, amb això s'ha aconseguit reduir el valor de la pressió mitjana de 43.2 mca a 23.1 mca, aquesta disminució provoca un descens del volum d'aigua escapolida, la qual cosa representa un estalvi econòmic per a l'empresa. La sectorització actual és deficient, per la qual cosa s'ha proposat una nova sectorització, en la qual s'ha procurat respectar el traçat actual i donar ús als accessoris existents (que estigueren en bon estat), això amb l'afany de no encarir el pressupost per a la seua implementació. A més, s'ha inclòs en la sectorització tres nous sectors: barri Progrés, barri la Creu i urbanització Pazan-Medina. Després de les millores proposades en la xarxa, el rendiment global del sistema aconsegueix un valor de 54.9%, passant a una qualificació de “Dolenta”. Una vegada conclòs el present treball, s'ha aconseguit elaborar el model matemàtic de la xarxa de distribució d'aigua potable del cantó Sucúa, el qual ha permés realitzar el diagnòstic de l'estat actual del sistema, identificar els principals problemes de la xarxa i posteriorment realitzar propostes de millores, les quals són factibles, necessàries i rendibles per a l'empresa pública EPMAPA-S. Concernent a la unificació dels dos sistemes, es pot concloure que la unió no representa un benefici per al sistema de Sucúa, ja que només va acréixer el gran problema de fugides que té la xarxa per l'augment de les pressions en la zona d'unió.