Análisis y elaboración del modelo matemático de la red de distribución de agua potable de la ciudad de Riobamba-Ecuador. Propuestas de mejora

Abstract

[EN] Distribution systems of drinking water are an essential part of everyday life, welfare and population growth. The purpose of this investigation is to simulate, analyze, evaluate and establish technical criteria for the performance of the distribution of potable drinking water in the city of Riobamba, Ecuador. The distribution network in question caters to an area of approximately 50 square kilometers with a population of around 249.891 inhabitants. The water supply is divided into nine sectors called: Tratamiento, Tapi, Recreo, Carmen, Saboya, Maldonado, Piscin, Veranillo and Yaruquies. The distribution is accomplished through gravity, and each sector is characterized by having its own storage area and distribution. The research development has allowed a mathematical simulation model of the water system of the city of Riobamba to be designed. Three software programs have been utilized (ARCGIS 10.3, ARCView_GISRed 2.1, EPANET 2.0) which constitutes the support for the creation of the network, allocation levels, consumption requirements and the necessary simulations. Additionally, the Municipal Water and Sewerage Department of Riobamba (EMAPAR) has cooperated fully providing the necessary data to carry out the preparation of the document. In order to create the model, a design of the network is obtained through file generation in shape format, which together with the raster image; a software package and its tool GISRed with spatial interpolation permitted to assign levels to each of the nodes, and permitting the verification of the possible disconnection points between pipes. Once the network was illustrated, an executable .inp file in Epanet was created where you can continue with the development of the model. The hydraulic load has been operated by dependent pressure leakage, and weighted according to the length of the pipe (Almandoz, 2003). Injected and billed volumes produce an approximate volumetric efficiency of the city (close to 72 %), as well as for each of the sectors. Two stages of analysis are set: a) consumption provided by the company, b) estimated consumption through data volumes billed by each sector. With these scenarios, appropriate simulations are performed for a diagnosis of the operational characteristics of the network (pressure, pressure drop, flow, etc.). The following results were obtained:  The system is capable of supplying a higher volume output to which is currently required.  Several areas of the city have overpressure.  Much of the network works at low speeds. Once the network was analyzed, two possible ideas for improving the network which would have an economic and sustainable savings for the city were proposed. The first is to install pressure reducing valves that would reduce overpressure in most sectors, while reducing current leakage as well. The second proposal that is being studied is leakage management, which analyzes real losses generated by the network’s physical defects (cracks in pipes, connections, valves, etc.). The primary objective is to detect and repair such shortcomings; this is feasible as long as the company is aware of the economic investment that involves. Once the active leakage control program is executed, an estimated 80 % of efficiency is expected, consequently, large savings are expected from the previous water loss.

[ES] Los sistemas de distribución de agua potable son parte fundamental en el transcurso cotidiano, el bienestar y el desarrollo de la población. Mediante el presente trabajo se pretende simular, analizar, evaluar y establecer criterios técnicos del comportamiento de la red de distribución de agua potable de la ciudad de Riobamba-Ecuador. La red en cuestión abastece un área aproximada de 50 km2, con una población de alrededor de 249.891 habitantes. El abastecimiento se encuentra distribuido en 9 sectores: Tratamiento, Tapi, Recreo, Carmen, Saboya, Maldonado, Piscin, Veranillo, y Yaruquies. La distribución se realiza por gravedad, y cada sector se caracteriza por tener depósitos propios para su almacenamiento y distribución. Con el desarrollo del trabajo se ha obtenido el modelo matemático de simulación de la red de agua de la ciudad. Para ello se han empleado tres software (ARCGIS 10.3, ARCView_GISRed 2.1 y EPANET 2.0) que constituyen el medio de soporte para la creación de la esqueletización de la red, asignación de cotas, consumos y la realización de las simulaciones necesarias. Adicionalmente, se ha contado con la colaboración de la Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Riobamba (EMAPAR) quien ha proporcionado los datos necesarios para llevar a cabo la elaboración del documento. Para la creación del modelo se trabaja con una esqueletización de la red que se obtiene por medio de la generación de archivos en formato shape, a través de los cuales, en conjunto con la imagen Ráster, el paquete informático GISRed y su herramienta de interpolación espacial fue posible la asignación de cotas a cada uno de los nudos, además de la verificación de las posibles desconexiones entre las tuberías. Una vez esqueletizada la red, se genera un archivo .inp ejecutable en Epanet, donde se puede continuar con el desarrollo del modelo. En la carga hidráulica se ha trabajado con fugas dependientes de la presión, y ponderadas según la longitud de la tubería (Almandoz, 2003). Con los volúmenes inyectados y facturados se estima el rendimiento volumétrico de la ciudad (próximo al 72 %), y de forma particularizada para cada uno de los sectores. Se establecen dos escenarios de análisis: a) Consumos proporcionados por la empresa, b) Consumos estimados mediante datos de volúmenes facturados de cada sector. Con estos escenarios, se realizan las simulaciones oportunas para obtener un diagnóstico de las características operacionales de la red (presiones, pérdidas de carga, caudales, etc.). Se obtienen los siguientes resultados:  El sistema es capaz de abastecer un volumen superior al demandado actualmente.  Se tienen en varias zonas de la ciudad presiones excesivas.  Gran parte de la red trabaja con velocidades bajas. Una vez analizada la red se plantean dos propuestas de mejora que tendrían un ahorro económico y sostenible para la ciudad. La primera es implementar la instalación de válvulas reductoras de presión que permitan ayudar a las sobrepresiones ocasionadas en la mayoría de sectores, disminuyendo al mismo tiempo el caudal fugado. La siguiente propuesta que se estudia es la gestión de fugas, analizando las pérdidas reales que se generan por defectos físicos de la red (fisuras en las tuberías, acometidas, válvulas, etc.). El objetivo primordial es detectar y reparar este tipo de inconvenientes, esto es factible siempre y cuando la empresa sea consciente de la inversión económica que involucra. Una vez que se ejecute el programa de control activo de fugas se estima tener una eficiencia del 80 %, y así tener un ahorro económico en el caudal fugado.

[CA] Els sistemes de distribució d'aigua potable són part fonamental del transcurs quotidià, el benestar i el desenvolupament de la població. Mitjançant el present treball es pretén simular, analitzar, avaluar i establir criteris tècnics del comportament de la xarxa de distribució d'aigua potable de la ciutat de Riobamba- Equador. La xarxa en qüestió abasteix una àrea aproximada de 50 km², amb una població al voltant de 249.891 habitants. L'abastiment es troba distribuït en 9 sectors: Tratamiento, Tapi, Recreo, Carmen, Saboya, Maldonado, Piscin, Veranillo i Yaruquies. La distribució es realitza per gravetat, i cada sector es caracteritza per tenir un dipòsit propi per al seu emmagatzematge i distribució. Amb el desenvolupament del treball s'ha obtingut el model matemàtic de simulació de la xarxa d'aigua de la ciutat. Per a açò s'han utilitzat tres softwares (ARCGIS 10.3, ARCView_GISRed 2.1 y EPANET 2.0) que constitueixen un mig de suport per a la creació de la esqueletització de la xarxa, assignació de quotes, consums i la realització de les simulacions necessàries. Addicionalment, s'ha comptat amb la col·laboració de l'Empresa Municipal d'Aigua Potable i Clavegueram de Riobamba (EMAPAR), qui ha proporcionat les dades necessàries per a dur a terme l'elaboració del document. Per a la creació del model es treballa amb una esqueletització de la xarxa que s'obté per mitjà de la generació dels arxius en format “shape”, per mitjà dels quals, en conjunt amb la imatge Ráster, el paquet informàtic GISRed i la seua ferramenta d'interpolació espacial, fou possible l'assignació de quotes a cada un dels nucs, a més de la verificació de les possibles desconnexions entre les conduccions. Una vegada esqueletitzada la xarxa, es genera un arxiu .inp executable en Epanet, on es pot continuar amb el desenvolupament del model. En la càrrega hidràulica s'ha treballat amb fugides dependents de la pressió, i ponderades segons la longitud de la conduccions (Almandoz, 2003). Amb els volums injectats i facturats s'estima el rendiment volumètric de la ciutat (pròxim al 72 %), i de forma particularitzada per a cadascun dels sectors. S'estableixen dos escenaris d'anàlisi: a) Consums proporcionats per l'empresa, b) Consums estimats mitjançant dades de volums facturats de cada sector. Amb aquests escenaris, es realitzen les simulacions oportunes per obtenir un diagnòstic de les característiques operacionals de la xarxa (pressions, pèrdues de càrrega, caudals, etc.). S'obtenen els següents resultats:  El sistema és capaç d'abastir un volum superior al demandat actualment.  Es tenen en diverses zones de la ciutat pressions excessives.  Gran part de la xarxa treballa amb velocitats baixes. Una vegada analitzada la xarxa es plantegen dues propostes de millora que tindran un estalvi econòmic sostenible per a la ciutat. La primera és implementar la instal·lació de vàlvules reductores de pressió que permeten ajudar a les sobrepressions ocasionades en la majoria de sectors, disminuint al mateix temps el caudal escapolit. La següent proposta que s'estudia, és la gestió de fugides analitzant les pèrdues reals que es generen per defectes físics de la xarxa (fissures en les conduccions, escomeses, vàlvules, etc.). L'objectiu primordial és detectar i reparar aquest tipus d'inconvenients, açò és factible sempre i quan l'empresa siga conscient de la inversió econòmica que involucra. Una vegada que s'execute el programa de control actiu de fugues s'estima tenir una eficiència del 80 %, i així tenir un estalvi econòmic en el caudal escapolit.