Informe Final Baradat

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA TRABAJO DE GRADO

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.

Autor: Br. Baradat C, Victor E.

CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO

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. 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.

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TUTOR ACADÉMICO

TUTOR INDUSTRIAL

Ing. Liliana Aponte

Ing. Lionelo Espina

CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO

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:

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Jurado Ing. Edgar Gutiérrez

Jurado Ing. Jesús Ferrer

CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009

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.

ii

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.

Dios los bendiga y los guarde.

iii

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.

iv

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  v

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  2.13.2  Fórmulas Semiempíricas de la Pérdida de Carga ........................... 35  vi

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  3.1 

POBLACION Y MUESTRA .................................................................. 61  vii

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 

5.2 

ESTRUCTURA DE LA PROPUESTA .................................................. 99  viii

CONCLUSIONES .............................................................................................. 104  RECOMENDACIONES ...................................................................................... 106  BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 108  ANEXOS ............................................................................................................ 109 

ix

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 4.17 Comportamiento Simulado del Tanque D (2038)…………………………….94 x

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 Figura 5.2 Simulación del Sistema año 2038……………………………………………….95

xi

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 4.18 Población Estimada del A.U.I. 3 para el período de estudio…………………75 xii

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

xiii

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 realidad de estudio. 14

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.

15

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

16

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.

17

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.

18

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).

19

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.

20

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. Ciudad Bolívar: Avenida 17 de diciembre, Centro Comercial Florida Local Nº 15.

21

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 común. 22

•

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.

2.4

•

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.

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

23

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.

Figura 2.2: Organigrama General de Hidrobolívar.

24

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 25

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).

26

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 27

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 consecuencias pueden ser muy negativas, afectando incluso a la integridad física de la 28

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.

29

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

30

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

Donde: 31

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:

•

Altura total:

32

2.13.1 Factor de Fricción Blasius propone la siguiente expresión de f para tubería lisa: ,

0,3164 · Válida para Re = 3 -103

2.3

105.

En 1930, Von Karman y Prandtl proponen una expresión implícita de f:

,

2

2.4

Cuya 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

2.5

,

La 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 εr, obteniendo: 33

,

2

,

2.7

La 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.

Figura 2.3: Diagrama de Moody.

34

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 ·

,

·

·

,

2.8

O bien, expresada en términos de caudal q sería:

0,279 ·

,

·

·

,

2.9

Finalmente, la pérdida de carga hf puede expresarse como:

10,61 ·

,

·

,

·

,

2.10

Donde L representa la longitud de la tubería, y CH es el coeficiente de HazenWilliams, 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 Hazen-Williams es ampliamente utilizada.

35

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 Un modelo de un sistema de distribución de agua consta de dos partes: el programa de computadora que realiza los cálculos, y los datos descriptivos de los 36

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 37

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.

38

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.

39

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. 40

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. ACTIVIDAD

INTERVALO DE CAUDAL Litros / persona Galones / persona Aeropuerto, por pasajero 10 ‐ 20 3 ‐ 5 Sala de reuniones, por asiento 6 ‐ 10 2 ‐ 3 300 ‐ 500 Con agua municipal y suministro sin medidor 79 ‐ 132 Hotel 200 ‐ 400 53 ‐ 106 400 ‐ 600 106 ‐ 159 Motel 200 ‐ 600 53 ‐ 159 Apartamento con medidor 400 ‐ 800 106 ‐ 211 Apartamento sin medidor Fábrica 40 ‐ 100 11 ‐ 26 1 ‐ 2 Restaurante Campestre 2 ‐ 6 185 ‐ 317 Hospital 700 ‐ 1.200 40 ‐ 60 11 ‐ 16 Oficina 25 ‐ 40 7 ‐ 11 Restaurante Promedio 40 ‐ 60 11 ‐ 16 Escuela 264 ‐ 793 Lavandería 1.000 ‐ 3.000 423 ‐ 528 Almacén 1.600 ‐ 2.000 3 ‐ 5 Cine 10 ‐ 20 Manuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A.

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.

41

Tabla 2.2: Requisitos Normales de Caudal en caso de Incendio USO DEL SUELO CAUDAL DE INCENDIO REQUERIDO (gal/m3) Residencial Unifamiliar 500‐2.000 Residencial Multifamiliar 1.500‐3.000 Comercial 2.500‐5.000 Industrial 3.500‐10.000 Distrito Central de Negocios 2.500‐15.000 1 U.S. galon x 3,7854 = litros Manuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A.

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.

42

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 43

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:

44

·

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.

45

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 De acuerdo a la Propuesta De Actualización Del Plan Maestro De Abastecimiento De Agua Potable para Corto, Mediano Y Largo Plazo en Ciudad Bolívar, Estado Bolívar, 46

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 Campito. 47

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 48

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

49

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.

50

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.

51

•

2.15.4.2

Estación de bombeo Caja de Agua: conformada por tres (3) equipos horizontales para llenar el estanque J. La capacidad conjunta de funcionamiento de esta estación de bombeo es de 190 lps. Estos equipos son: dos (2) bombas centrífugas horizontales, Marca: KSB, tipo: ETA 20050K, y una (1) bomba centrífuga horizontal, Marca: KSB, tipo: ETA 15050K. Sistema Guri

•

•

•

Estación de bombeo Tanque C: el caudal bombeado por esta estación proviene de la aducción de Tocomita, a través de un empalme directo en dicha tubería. Esta estación está ubicada en la Avenida Libertador, frente a los Bloques de Vista hermosa, en terrenos del estanque C y cuenta con cuatro (4) equipos de bombeo, destinados para el llenado del estanque B y sustentar la estación de rebombeo B y la estación de rebombeo Mi Campito. Los equipos instalados en C son los siguientes: Cuatro (4) bombas centrífugas horizontales, carcasa partida, de 16” X 12” X 23”, GPM: 7604, 1765 RPM, Cabezal: 230 Pie, modelo: 150, diámetro impele: 16,800, año de fabricación: 1998, Marca: Itt A-C Pump, Tipo: 9100. Estación de rebombeo B: el caudal bombeado por esta estación proviene de la estación de bombeo ubicada en tanque C. Está ubicada en la Urbanización Giraluna, en terrenos del estanque B. Esta estación cuenta con cinco (5) equipos de bombeo destinados para el llenado del estanque A: Cinco (5) bombas centrífugas horizontales, carcasa axialmente partida, Q= 808,82 m3/h, 160 lps, 55 mca, 1750 RPM, diámetro imp: 390 mm, potencia requerida: 200 HP, acople flexible Omega E-50, Marca: KSB Venezolana, modelo: RDL 200-400. Estación de rebombeo Mi Campito: el caudal bombeado por esta estación proviene de la estación de bombeo ubicada en C, a través de un empalme directo en la tubería de alimentación de Ø = 48” (900 mm). Esta estación cuenta con dos (2) equipos de bombeo destinados para el abastecimiento de los sectores aledaños a esta. Las características de los equipos instalados en Mi Campito son: dos (2) bombas centrífugas horizontales (en reserva), dos (2) bombas centrífugas verticales, marca: Peerless Pumps, diámetro imp: 225,425 mm, cabezote: SHP 8" X 8" X 16" - 1/2".

52

2.15.5 Aducción y Tuberías Matrices

2.15.5.1

Sistema Angostura

Desde la planta de tratamiento existen tres subsistemas a saber, El Perú, que envía el agua hacia los sectores Las Flores, Agua Salada, Los Próceres y parte vieja de El Perú, mediante una tubería de Ø = 16”, Ø = 12” y Ø = 6”; La Sabanita, cuya tubería matriz transporta hacia la zona alta de La Unión y parte alta de La Sabanita, mediante una tubería de Ø = 16”. Caja de Agua, con una tubería matriz que envía el agua hacia los estanques situados en Caja de Agua, mediante una tubería de Ø = 24”.

2.15.5.2

Sistema Guri

La aducción de Tocomita está constituida por una tubería de acero de Ø = 52” y Ø = 48” y aproximadamente 70,00 km de longitud, transportando actualmente por gravedad 1.450 lps hasta Ciudad Bolívar. De esta aducción, al llegar a la carretera que conduce a Maipure, se deriva una tubería compuesta por tres tramos, el primero de Ø = 16” y 1.410,00 metros de longitud, el segundo de Ø = 24” y 2.090,00 metros de longitud, y el tercero de Ø = 20” y 1.500,00 metros de longitud que alimenta a los sectores Venezuela, Cañafístola II, Maipure I, Maipure II, Casanova y Marhuanta. La aducción principal al llegar al Nodo O, ubicado en el cruce de la Avenida Libertador con la Avenida Angostura, se divide en dos ramales: el primero de Ø = 16”, sigue por la Avenida Angostura hasta la Avenida 17 de Diciembre, donde cruza hacia el Noreste hasta llegar a los estanques J y K (Caja de Agua), que alimenta eventualmente en caso de falla de la toma del río Orinoco. El segundo ramal, de Ø = 48”, sigue hacia el sur por la Avenida Libertador, sirviendo al estanque C situado en Vista Hermosa a una distancia de 1.008,50 metros. Desde el estanque C continúa un tramo de 942,90 metros hasta llegar a la Avenida Naiguatá y se divide nuevamente en el nodo X. El primer ramal sigue por la 53

Avenida Libertador con un Ø = 24” y una longitud de 1.653,00 metros para alimentar al estanque B, situado en el sector Giraluna, en donde cambia a Ø = 20” y después de recorrer 2.441,49 metros alimenta al estanque A, situado al norte de la Avenida Perimetral en el sector La Democracia, cambiando Ø = 16” y recorriendo dicha avenida en dirección Este-Oeste en una longitud de 2.960,00 metros hasta llegar al sector de Mirador, en donde cruza hacia el Norte y después de recorrer unos 760,00 metros alimenta al estanque D situado en el barrio Brisas del Orinoco. El segundo ramal comienza en el cruce de la Avenida Libertador con la Avenida Naiguatá, es una tubería de Ø = 48” que recorre la última de las avenidas nombradas en dirección este-oeste, llega al nodo Y ubicado en el cruce con la Avenida España, con una longitud de 3.571,48 metros, de este nodo parte una tubería de Ø = 28” (700 mm) que recorre una longitud 2.480,95 metros en el sentido norte-sur de la Avenida España y llega al estanque D, la tubería de Ø = 48” continúa hacia el nodo Z, ubicado en la Urbanización el Perú con una longitud del tramo de 1.447,51 metros, cruza luego hacia el sur en la avenida de acceso a la zona Industrial Fanatracto, y después de recorrer 640,49 m llega a la estación de rebombeo Mi Campito para continuar hacia el estanque F’, sitio al que llega luego de 1.488,10 m.

2.15.6 Almacenamiento El sistema de acueducto cuenta con diez (10) estanques de almacenamiento de los cuales seis (6) están fuera de servicio, quedando cuatro (4) operativos, Las estructuras de almacenamiento disponibles en Ciudad Bolívar son las siguientes:

2.15.6.1

Estanque “A”

Capacidad 5.000 m3, ubicado en la Avenida Libertador, frente al antiguo Hipódromo de Ciudad Bolívar a una cota de suelo y de rebose de 132,50 y 164,00 m.s.n.m., respectivamente. Este estanque se llena, por bombeo, a través de un 54

empalme en el alimentador proveniente de la estación de rebombeo B. Actualmente presenta filtraciones, razón por la cual no se está llenando.

2.15.6.2

Estanque “B”

Capacidad 10.000 m3, ubicado en los terrenos militares adyacente a la Urbanización Giraluna, a una cota de suelo y de rebose de 111,00 y 121,50 m.s.n.m., respectivamente. Posee una estación de bombeo completa y operativa para elevar agua al estanque A. Es llenado, por bombeo, a través de un empalme en el alimentador proveniente de la estación de bombeo C. 2.15.6.3

Estanques “B1” y “B2”

El primero con una capacidad de 1.000 m3, está ubicado en la Avenida Libertador, frente a las residencias militares. El segundo con una capacidad de 515 m3, está ubicado en la Calle Colón cruce con Calle Centurión de La Sabanita. Ambos están fuera de servicio por deterioro integral de sus instalaciones. 2.15.6.4

Estanque “C”

Capacidad 20.000 m3, ubicado en terrenos militares frente a los bloques de la Urbanización Vista Hermosa, a una cota de suelo de 65,00 y 75,00 m.s.n.m., respectivamente. Es llenado por gravedad, a través de un empalme en el alimentador principal Ø=52” proveniente de la Planta de Tratamiento Tocomita. Posee una estación de bombeo en funcionamiento. 2.15.6.5

Estanque “D”

Capacidad 5.000 m3, ubicado en el Barrio Brisas del Orinoco, a una cota de suelo y de rebose de 131,68 y 142,00 m.s.n.m., respectivamente. Actualmente no está operativo, debido a que no hay presión suficiente para su llenado.

55

2.15.6.6

Estanque “F”

Capacidad 5.000 m3, está ubicado frente a la Zona Industrial de la ciudad, en la Avenida Perimetral, a una cota de suelo y de rebose de 128,00 y 159,86 m.s.n.m., respectivamente. Durante su construcción se estimó llenarlo por bombeo a través de un empalme en el alimentador proveniente de la estación de rebombeo B, pero los equipos instalados en B no tienen la capacidad para tal fin. Dicho estanque no está operativo porque no se cuenta con presión suficiente para su llenado. 2.15.6.7

Estanque “F´”

Capacidad 1.200 m3, está ubicado en la Zona Industrial, con cota de suelo y de rebose de 116,00 y 145 m.s.n.m., respectivamente. El mismo no está operativo porque no se cuenta con presión suficiente para su llenado. 2.15.6.8

Estanques “J´” Y “K”

Capacidad 4.000 m3 y 515 m3 respectivamente, están ubicados en el Casco Central de la ciudad, a una cota de suelo de 57,35 m.s.n.m. Las cotas de rebose de los estanque J y K son de 65,85 y 82,60 m.s.n.m., respectivamente.

2.16 EPANET EPANET es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodos prolongados del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de suministro a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses. EPANET efectúa un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías, las presiones en los nudos, los niveles en los depósitos, y la concentración de las especies químicas presentes en el agua, a lo largo del periodo de simulación dividido en múltiples intervalos de tiempo. Además de la concentración de las distintas especies, puede

56

también simular el tiempo de permanencia del agua en la red y su procedencia desde las diversas fuentes de suministro. EPANET se ha concebido como una herramienta de investigación para mejorar nuestro conocimiento sobre el avance y destino final de las diversas sustancias transportadas por el agua, mientras ésta discurre por la red de distribución. Entre sus diferentes aplicaciones puede citarse el diseño de programas de muestreo, la calibración de un modelo hidráulico, el análisis del cloro residual, o la evaluación de las dosis totales suministradas a un abonado. EPANET puede resultar también de ayuda para evaluar diferentes estrategias de gestión dirigidas a mejorar la calidad del agua a lo largo del sistema. Entre estas pueden citarse: •

Alternar la toma de agua desde diversas fuentes de suministro.

•

Modificar el régimen de bombeo, o de llenado y vaciado de los depósitos

•

Implantar estaciones de tratamiento secundarias, tales como estaciones de re cloración o depósitos intermedios.

•

Establecer planes de limpieza y reposición de tuberías.

EPANET proporciona un entorno integrado bajo Windows, para la edición de los datos de entrada a la red, la realización de simulaciones hidráulicas y de la calidad del agua, y la visualización de resultados en una amplia variedad de formatos. Entre éstos se incluyen mapas de la red codificados por colores, tablas numéricas, gráficas de evolución y mapas de isolíneas.

2.16.1 Capacidades para la Elaboración de Modelos Hidráulicos Dos de los requisitos fundamentales para poder construir con garantías un modelo de la calidad del agua son la potencia de cálculo y la precisión del modelo hidráulico utilizado. EPANET contiene un simulador hidráulico muy avanzado que ofrece las siguientes prestaciones: 57

No existe límite en cuanto al tamaño de la red que puede procesarse •

Las pérdidas de carga pueden calcularse mediante las fórmulas de Hazen-Williams, de Darcy-Weisbach o de Chezy-Manning.

•

Contempla pérdidas menores en codos, accesorios, etc.

•

Admite bombas de velocidad fija o variable.

•

Determina el consumo energético y sus costes

•

Permite considerar varios tipos de válvulas, tales como válvulas de corte, de retención, y reguladoras de presión o caudal.

•

Admite depósitos de geometría variable (esto es, cuyo diámetro varíe con el nivel)

•

Permite considerar diferentes tipos de demanda en los nudos, cada uno con su propia curva de modulación en el tiempo

•

Permite modelar tomas de agua cuyo caudal dependa de la presión (p.ej. rociadores)

•

Admite leyes de control simples, basadas en el valor del nivel en los depósitos o en la hora prefijada por un temporizador, y leyes de control más complejas basadas en reglas lógicas.

2.16.2 Pasos para Utilizar EPANET Los pasos a seguir normalmente para modelar un sistema de distribución de agua con EPANET son los siguientes: 1. Dibujar un esquema de la red de distribución o importar una descripción básica del mismo desde un fichero de texto. 2. Editar las propiedades de los objetos que configuran el sistema. 3. Describir el modo de operación del sistema. 4. Seleccionar las opciones de cálculo. 5. Realizar el análisis hidráulico o de calidad del agua. 58

6. Observar los resultados del análisis.

2.17 MODELO MATEMÁTICO EMPLEADO Consideraciones: 1. Fluido incompresible (Agua). 2. Temperatura del fluido 25 oC. 3. Estado estacionario de la red (Ecuación de Bernoulli) 4. Pérdidas de carga debidas a la fricción (Ecuación de Hazen-Williams). 5. Régimen no permanente (variación de caudales y presiones en el tiempo).

59

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO

3

TIPO DE INVESTIGACION La investigación, de acuerdo con Sabino (2000), se define como “un esfuerzo

que se emprende para resolver un problema, claro está, un problema de conocimiento” (p. 47), por su lado Cervo y Bervian (1989) la definen como “una actividad encaminada a la solución de problemas. Su Objetivo consiste en hallar respuesta a preguntas mediante el empleo de procesos científicos” (p. 41). Desde el punto de vista puramente científico, la investigación es un proceso metódico y sistemático dirigido a la solución de problemas o preguntas científicas, mediante la producción de nuevos conocimientos, los cuales constituyen la solución o respuesta a tales interrogantes. El diseño de estudio para el desarrollo de esta investigación depende del problema de investigación; y el problema en este caso es bien conciso: “Simulación del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar para Identificar Mejoras y Acciones Necesarias para Mantener el Acueducto en Óptimas Condiciones Durante los Próximos 30 años”. En primer lugar, se realizó el estudio de la situación actual del sistema de distribución de agua potable de Ciudad Bolívar, se realizaron visitas técnicas a las estaciones principales que se encargan del almacenamiento y distribución del agua, se recolectaron datos referentes a la altura de los tanques, caudales de entada y salida, presiones de bombeo, etc.. 60

En segundo lugar, se estimó la demanda de consumo de agua de la ciudad, la cual fue comparada con las gráficas de los datos obtenidos para así determinar las zonas críticas de suministro de agua y empezar con la esquematización (simplificación) y construcción del modelo de la red de distribución de agua potable. En tercer lugar, se procedió a calibrar el modelo para de esta forma hacer coincidir los datos de salida arrojados por el mismo con los datos recolectados en el campo y de esta manera obtener resultados válidos y precisos. Por tanto, según la finalidad de éste estudio es del tipo Aplicado, 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 tipo de Campo, estando definida como un proceso sistemático, riguroso y racional de recolección, análisis y tratamiento de datos, recolectados directamente de la realidad de estudio. Ander Egg (1974) conceptualiza la investigación de campo de la siguiente manera: "Es un modelo de investigación que consiste en la observación directa de cosas, comportamientos, de personas, grupos, hechos, etc., donde los datos son recolectados directamente por el investigador en el lugar objeto de estudio o análisis", (p.95).

3.1

POBLACION Y MUESTRA Para lograr el objetivo general de este trabajo de investigación se ha establecido

como población a la red de distribución de agua potable de HIDROBOLIVAR conformado por las estaciones principales de bombeo que suministran agua al sistema y los sistemas de distribución principales (hasta Ø12”) que se encuentra ubicada en Ciudad Bolívar, capital del Estado Bolívar, Venezuela.

61

La muestra de esta investigación está conformada por los caudales de consumo de cada sector de Ciudad Bolívar. El procedimiento de medición y registro de caudal a nivel residencial de la ciudad es un proceso complejo, ya que para medir el consumo de agua potable de cada suscriptor es necesario contar con un medidor de flujo para cada uno de los clientes adscritos a esta red de distribución y para cada uno de los usuarios no autorizados que se encuentran conectados. Por lo tanto se empleó el principio de continuidad para estimar de forma aproximada el consumo de agua local necesario para abastecer a los principales sectores de la ciudad, tomando en cuenta las pérdidas en las tuberías y las posibles tomas no autorizadas.

3.2

INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCION DE DATOS La recolección de los datos o informaciones necesarios para el enlace entre los

objetivos de la investigación, el problema y la realidad de la población, está determinada por los siguientes medios, recursos o herramientas:

•

Planos, Esquemas del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar: para conocer la capacidad, zonas de influencia

•

Entrevistas No Estructuradas: se efectuaron diversas entrevistas orales al personal de operaciones que labora en las distintas estaciones de bombeo que conforman el sistema, con la finalidad de identificar las distintas características y condiciones de servicio a ser implementadas para el diseño del modelo.

•

Registros de Históricos: son los registros de comportamiento de los niveles de almacenamiento de agua en los distintos reservorios activos asociados a la Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar.

•

Observación Directa: para apreciar de forma precisa el funcionamiento de las distintas partes que conforman el sistema.

•

Software de Diseño Asistido por Computadora (EPANET): con la finalidad de diseñar, visualizar y generar la simulación del modelo.

62

Software Microsoft Office Excel y material bibliográfico: a partir de la bibliografía

•

de mecánica de fluidos y de hidráulica se seleccionan los criterios de modelado del sistema. Con Microsoft Excel se elabora una hoja de cálculo, facilitando la obtención de los resultados necesarios para la investigación. Caudalímetro digital ultrasónico General Electric: modelo Panametrics, con el

•

cual se realizaron las mediciones de caudal en distintos puntos de almacenamiento de la ciudad.

3.3

PROCEDIMIENTO PARA LA RECOLECCION Y ANALISIS DE DATOS Para el desarrollo de este proyecto los pasos a seguir son los siguientes: •

Recopilar toda la información sobre la situación actual del problema, mediante las entrevistas no estructuradas a los operadores y la observación directa.

•

Medición de caudales en los principales puntos de bombeo de la ciudad.

•

Actualizar los datos referentes a consumo de agua, niveles de tanques y presiones de bombeo para así construir un modelo preciso de la Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar en el software EPANET.

•

Efectuar la simulación de la Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar para identificar debilidades en la misma y establecer en caso de ser necesario un plan de acción.

3.4

PROCESO DE INFORMACIÓN El proceso de información desarrollado en la empresa contó con los siguientes

pasos: 3.4.1 Descripción General de La Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar •

Estudio de los distintos componentes que conforman Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar. 63

•

Búsqueda de información a través de documentos y archivos existentes en la empresa HIDROBOLIVAR.

•

Recopilación de información y ubicación geográfica de los componentes que conforman la Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar.

3.4.2 Analisis de Cálculos para el modelado de La Red de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar •

Planteamiento del problema.

•

Captación de información a través de entrevistas no estructuradas realizadas al personal de operadores involucrados en el proceso para la obtención de información detallada.

64

CAPÍTULO IV DIAGNÓSTICO

4

ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA DE USUARIOS DE LA RED Se determinó la población futura por área de servicio de cada subsistema de

distribución, utilizando datos del Instituto Nacional de Estadísticas (INE, 2001) y áreas propuestas en el Plan de Ordenación Urbanística de Ciudad Bolívar – Soledad (P.O.U.), elaborado por el Ministerio de Infraestructura (MINFRA) en el año 2002; así como la demanda de los respectivos subsistemas, utilizando la dotación del Estudio Preliminar del Proyecto del Nuevo Sistema de Abastecimiento de Agua de Ciudad Bolívar del año 1976. El P.O.U. divide a Ciudad Bolívar en 6 ámbitos urbanos intermedios (A.U.I.), tal como se muestra en la figura 4.1. Cada uno de ellos ocupa total o prácticamente alguna de las parroquias urbanas de la ciudad. De esta manera el A.U.I.-1 está conformado por la Parroquia Catedral, el A.U.I.-2 por la Parroquia Marhuanta, el A.U.I.-3 por la Parroquia Vista Hermosa, el A.U.I.-4 es la Parroquia La Sabanita, el A.U.I.-5 la Parroquia José A. Páez y el A.U.I.-6 la Parroquia Agua Salada. Cada A.U.I. posee áreas que están habitadas y se les determina como Áreas Residenciales (A.R.), áreas desocupadas susceptibles a ser habitadas llamadas Nuevos Desarrollos Residenciales (N.D.R.), áreas Industriales Existentes (I.E.), Nuevos Desarrollos Industriales (N.D.I.) y el Área de Casco Histórico (A.C.H.).

65

Figura 4.1: Ámbitos Humanos Intermedios (MINFRA 2002).

En el P.O.U. se plantean otras áreas que no se tomaron en cuenta para la distribución de la población, debido a que no se pueden habitar; estás áreas presentan riesgos geológicos, de seguridad o de inundación. Cada una de las áreas a considerar tiene una densidad de población, tal como se muestra en la tabla 4.1.

66

Tabla 4.1: Densidades de Población por Área (MINFRA 2002). A.R.4

300 Habitantes/Hectárea

A.R.3

200 Habitantes/Hectárea

A.R.2

150 Habitantes/Hectárea

A.R.1

75 Habitantes/Hectárea

N.D.R. 4

200 Habitantes/Hectárea

N.D.R. 3

150 Habitantes/Hectárea

N.D.R. 2

100 Habitantes/Hectárea

N.D.R. 1

75 Habitantes/Hectárea

I.E.

No Aplica

N.D.I.

No Aplica

A.C.H.

70 Habitantes/Hectárea

El P.O.U. determina el área de cada ámbito urbano, con lo cual se procedió a calcular la cantidad de habitantes que pueden albergar cada uno de ellos multiplicando su valor en hectáreas por las densidades en la tabla 4.1, luego sumando los resultados anteriores se obtienen la cantidad de habitantes que puede albergar cada ámbito humano, las cuales se presentan en las siguientes tablas:

Tabla 4.2: Ámbito Urbano Intermedio 1 (A.U.I. 1) Parroquia Catedral. TIPOS DE ÁREAS

ÁREAS TOTALES (m2)

ÁREAS TOTALES (Há)

HABITANTES TOTALES POR ÁREA

ACH

739.492,80

73,95

5.176

AR4

4.295.117,45

429,51

128.853

AR3

4.241.116,80

424,11

84.822

AR2

1.228.108,93

128,81

19.322

NDR3

28.153,98

2,82

422

67

HABITANTES TOTALES

238.595

Tabla 4.3: Ámbito Urbano Intermedio 2 (A.U.I. 2) Parroquia Marhuanta. TIPOS DE ÁREAS

ÁREAS TOTALES (m2)

ÁREAS TOTALES (Há)

HABITANTES TOTALES POR ÁREA

AR2

7.386. 986,26

738,70

110.805

AR1

6.726.341,94

672,63

50.448

NDR3

3.893.933,86

389,39

58.409

HABITANTES TOTALES

219.661

Tabla 4.4: Ámbito Urbano Intermedio 3 (A.U.I. 3) Parroquia Vista Hermosa. TIPOS DE ÁREAS

ÁREAS TOTALES (m2)

ÁREAS TOTALES (Há)

HABITANTES TOTALES POR ÁREA

AR4

932.641,70

93,26

27.979

AR3

3.852.875,01

385,29

77.058

AR2

8.223.742,55

822,37

123.356

HABITANTES TOTALES

228.393

Tabla 4.5: Ámbito Urbano Intermedio 4 (A.U.I. 4) Parroquia La Sabanita. TIPOS DE ÁREAS

ÁREAS TOTALES (m2)

ÁREAS TOTALES (Há)

HABITANTES TOTALES POR ÁREA

AR3

2.006.246,55

200,62

40.125

AR2

9.692.482,53

969,25

145.387

NDR4

109.636,51

10,96

2.193

HABITANTES TOTALES

187.705

Tabla 4.6: Ámbito Urbano Intermedio 5 (A.U.I. 5) Parroquia José A. Páez. TIPOS DE ÁREAS AR1

ÁREAS TOTALES (m2) 5.524.405,31

ÁREAS TOTALES (Há) 552,44

HABITANTES TOTALES POR ÁREA 41.433

IE

823.093,73

82,31

0

NDI

5.079.742,64

507,97

0

NDR1

5.808.306,38

580,83

43.562

68

HABITANTES TOTALES

84.995

Tabla 4.7: Ámbito Urbano Intermedio 6 (A.U.I. 6) Parroquia Agua Salada.

4.1

TIPOS DE ÁREAS

ÁREAS TOTALES (m2)

ÁREAS TOTALES (Há)

HABITANTES TOTALES POR ÁREA

AR3

1.917.508,37

191,75

38.350

AR2

9.253.258,70

925,33

138.799

IE

919.370,42

91,94

0

NDR4

3.752.831,87

375,28

75.057

HABITANTES TOTALES

252.206

PROYECCION DE POBLACIÓN FUTURA La población futura se estimó a partir de datos del Instituto Nacional de

Estadísticas (tasa de crecimiento

2,2% anual y cantidades de habitantes del año

2001) mediante la fórmula:

ó

ó

ñ

ñ

· 1

Donde:

ó

ñ

Población proyectada para el año “n”.

ó

ñ

Población del año inicial del estudio.

Tasa de Crecimiento expresada en decimales. Número de años a proyectar.

A continuación se muestra un ejemplo del cálculo de población:

ó

ñ

de la parroquia Vista Hermosa. 69

4.1

ó

24.762 habitantes.

0,022 (2,2%). 37 años.

ó

24.762 · 1

ñ

ó

0,022

55.395 Habitantes.

ñ

El período de proyección para la población es de 30 años divididos en intervalos de 10 años a partir de 2008, es decir, la población cada uno de los A.U.I. descritos anteriormente fue estimada para los años 2018, 2028 y 2038. Los resultados se presentan en la tabla 4.8.

Tabla 4.8: Población Estimada de cada A.U.I. para el Período de Estudio. PARROQUIAS

AÑOS 2001

2008

2018

2028

2038

Parroquia Catedral

52.133

60.711

75.471

93.818

116.626

Parroquia Marhuanta

46.919

54.639

67.923

84.435

104.962

Parroquia Vista Hermosa

24.762

28.836

35.847

44.562

55.395

Parroquia La Sabanita

73.694

85.820

106.684

132.619

164.860

Parroquia José A. Páez

30.587

35.620

44.279

55.044

68.426

Parroquia Agua Salada

60.233

70.144

87.197

108.395

134.747

Totales

288.328

335.771

417.400

518.873

645.015

Para el cálculo del porcentaje de ocupación de cada uno de los Ámbitos Urbanos Intermedios y tomando como referencia el 100% de la ocupación planteada por el Plan de Ordenamiento Urbanístico, se empleó la siguiente fórmula:

70

%

ñ

ó

· 100

4.2

El número de habitantes totales del año n, (año de estudio), se toma de la tabla 4.8 y el número de habitantes totales de la tabla 4.2 a la tabla 4.7. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla: Tabla 4.9: Porcentaje de Ocupación de cada A.U.I. para el Período de Estudio. A.U.I. 1 2 3 4 5 6

AÑOS DE ESTUDIO

DISTRIBUCIÓN

P.O.U

2008

2018

2028

2038

Habitantes

60.711

75.471

93.818

116.626

238.596

% de Ocupación

25

32

39

49

100

Habitantes

54.639

67.923

84.435

104.962

219.661

% de Ocupación

25

31

38

48

100

Habitantes

28.836

35.847

44.562

55.395

228.393

% de Ocupación

13

16

20

24

100

Habitantes

85.820

106.684

132.619

164.860

187.705

% de Ocupación

46

57

71

88

100

Habitantes

35.620

44.279

55.044

68.426

84.995

% de Ocupación

42

52

65

81

100

Habitantes

70.144

87.197

108.395

134.747

252.206

% de Ocupación

28

35

43

53

100

Con el porcentaje de ocupación aproximado de cada ámbito urbano, se determinaron las densidades relativas para cada área residencial (AR1, AR2, AR3 y AR4). Es decir, con las densidades dadas en la tabla 4.1 se calculó la densidad real en cada año de estudio. Las densidades relativas para cada área se obtienen mediante la siguiente fórmula:

%

ó 71

.·

Á

4.3

Los resultados se muestran en las siguientes tablas:

Tabla 4.10: Densidades Estimadas del A.U.I.1 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.C.H Háb./ Há 70

A.R.4 Háb./ Há 300

A.R.3 Háb./ Há 200

A.R.2 Háb./ Há 150

N.D.R.3 Háb./ Há 150

2038

49

34

147

98

74

74

2028

39

28

120

80

60

60

2018

32

22

96

64

48

48

Tabla 4.11: Densidades Estimadas del A.U.I.2 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.R.2 Háb./ Há 150

A.R.1 Háb./ Há 75

N.D.R.3 Háb./ Há 150

2038

48

72

36

72

2028

38

57

29

57

2018

31

47

23

47

Tabla 4.12: Densidades Estimadas del A.U.I.3 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.R.4 Háb./ Há 300

A.R.3 Háb./ Há 200

A.R.2 Háb./ Há 150

2038

24

72

48

36

2028

20

60

40

30

2018

16

48

32

24

Tabla 1.13: Densidades Estimadas del A.U.I.4 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.R.3 Háb./ Há 200

A.R.2 Háb./ Há 150

N.D.R.4 Háb./ Há 200

2038

88

176

132

176

2028

71

142

107

142

2018

57

114

86

114

72

Tabla 4.14: Densidades Estimadas del A.U.I.5 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.R.1 Háb./ Há 75

N.D.R.1 Háb./ Há 75

2038

81

61

61

2028

65

49

49

2018

52

39

39

Tabla 4.15: Densidades Estimadas del A.U.I.6 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO P.O.U.

% DE OCUPACIÓN 100

A.R.3 Háb./ Há 200

A.R.2 Háb./ Há 150

N.D.R.4 Háb./ Há 200

2038

53

106

80

106

2028

43

86

65

86

2018

35

70

53

70

Una vez estimada la densidad de población se procede a estimar la población de cada una de los A.U.I. para el período de estudio simplemente multiplicando las densidades obtenidas por las áreas (en hectáreas) de cada uno de ellos. Los resultados se muestran a continuación:

Tabla 4.16: Población Estimada del A.U.I.1 para el Período de Estudio. TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.C.H

73,95

1294

1656

2071

2536

A.R.4

429,51

32213

41233

51541

63138

A.R.3

424,11

21206

27143

33929

41563

A.R.2

128,81

4830

6183

7729

9468

N.D.R.3

2,82

106

135

169

207

59649

76351

95438

116912

TOTAL DE HABITANTES

73

Tabla 4.17: Población Estimada del A.U.I.2 para el Período de Estudio. TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.R.2

738,7

27701

34350

42106

53186

A.R.1

672,63

12612

15639

19170

24215

N.D.R.3

389,39

14602

18107

22195

28036

TOTAL DE HABITANTES

54915

68095

83471

105437

Tabla 4.18: Población Estimada del A.U.I.3 para el Período de Estudio. TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.R.4

93,26

3637

4476

5596

6715

A.R.3

385,29

10018

12329

15412

18494

A.R.2

822,37

16036

19737

24671

29605

TOTAL DE HABITANTES

29691

36543

45678

54814

Tabla 4.19: Población Estimada del A.U.I.4 para el Período de Estudio. TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.R.3

200,62

18457

22871

28488

35309

A.R.2

969,25

66878

82871

103225

127941

N.D.R.4

10,96

1008

1249

1556

1929

86344

106991

133269

165179

TOTAL DE HABITANTES

Tabla 4.20: Población Estimada del A.U.I.5 para el Período de Estudio. TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.R.1

552,44

17402

21545

26931

41433

N.D.R.1

580,83

18296

22652

28315

35285

TOTAL DE HABITANTES

35698

44198

55247

76718

74

Tabla 4.21: Población Estimada del A.U.I.6 para el Período de Estudio.

4.2

TIPO DE ÁREA

SUPERFICIE (Ha)

2008

2018

2028

2038

A.R.3

191,75

10738

13423

16491

20326

A.R.2

925,33

38864

48580

59684

73564

N.D.R.4

375,28

21016

26270

32274

39780

TOTAL DE HABITANTES

70618

88272

108448

133669

ESTIMACIÓN DE POBLACIÓN PARA LOS SISTEMAS ACTUALES El Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar se encuentra

conformado por los siguientes subsistemas: • • • • • • • • • • •

Subsistema A (La Paragua). Subsistema B (Vista Hermosa). Subsistema C (Centro). Subsistema D Las Piedritas. Subsistema J-K Caja de Agua. Subsistema red baja La Sabanita (E). Subsistema red baja Los Próceres (H’). Subsistema red alta Los Próceres (H). Subsistema red alta El Perú (F’). Subsistema Sur Perimetral y Brisas del Este (F). Subsistema Marhuanta (L).

Con los datos del plano digitalizado Zonas Abastecidas por Tanques y con los del plano Propuesta de Organización Espacial, se logró determinar las áreas que conforma cada subsistema. Estas áreas se multiplican por su densidad, de acuerdo al tipo y al ámbito urbano que pertenezcan.

Los resultados se plantean en las siguientes tablas:

75

Tabla 4.22: Población Estimada para el Subsistema A.

A.R.2 (A.U.I.3)

ÁREAS (Há) 715

2008 (Habitantes) 13943

2018 (Habitantes) 17160

2028 (Habitantes) 21450

2038 (Habitantes) 25740

A.R.2 (A.U.I.4)

146

10143

12569

15656

19404

A.R.1 (A.U.I.5)

238

7497

9282

11603

14459

171,5

5418

6708

8385

10449

37001

45719

57093

70052

TIPO DE ÁREAS

N.D.R.1

(A.U.I. 5) TOTAL

Tabla 4.23: Población Estimada para el Subsistema B. TIPO DE ÁREAS A.R.4 (A.U.I.3)

ÁREAS (Há) 18

2008 (Habitantes) 702

2018 (Habitantes) 864

2028 (Habitantes) 1080

2038 (Habitantes) 1296

A.R.3 (A.U.I.3)

384

9984

12288

15360

18432

A.R.2 (A.U.I.3)

108

2106

2592

3240

3888

12792

15744

19680

23616

TOTAL

Tabla 4.24: Población Estimada para el Subsistema C.

A.R.4 (A.U.I.3)

ÁREAS (Há) 70

2008 (Habitantes) 2370

2018 (Habitantes) 3360

2028 (Habitantes) 4200

2038 (Habitantes) 5040

A.R.4 (A.U.I.1)

392

29400

37632

47040

57624

A.R.3 (A.U.I.1)

272

13600

17408

21760

26656

A.R.2 (A.U.I.1)

101

3788

4848

6060

7424

N.D.R.3 (A.U.I. 1)

3

113

144

180

221

49630

63392

79240

96964

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

Tabla 4.25: Población Estimada para el Subsistema D. TIPO DE ÁREAS A.R.2 (A.U.I.3) TOTAL

ÁREAS (Há) 336

2008 (Habitantes) 23184

2018 (Habitantes) 28728

2028 (Habitantes) 35784

2038 (Habitantes) 44352

23184

28728

35784

44352

76

Tabla 4.26: Población Estimada para el Subsistema J y K. TIPO DE ÁREAS A.R.4 (A.U.I.3)

ÁREAS (Há) 7

2008 (Habitantes) 273

2018 (Habitantes) 336

2028 (Habitantes) 420

2038 (Habitantes) 504

A.R.4 (A.U.I.1)

39

2925

3744

4680

5733

A.R.3 (A.U.I.1)

99

4950

6336

7920

9702

A.R.2 (A.U.I. 1)

13

488

624

780

956

A.C.H.

74

5117

5117

5117

5117

13753

16157

18917

22012

TOTAL

Tabla 4.27: Población Estimada para el Subsistema E

A.R.3 (A.U.I.4)

ÁREAS (Há) 201

2008 (Habitantes) 18492

2018 (Habitantes) 22914

2028 (Habitantes) 28542

2038 (Habitantes) 35376

A.R.2 (A.U.I.4)

389

26841

33260

41429

51348

A.R.2 (A.U.I.1)

16

600

768

960

1176

N.D.R.4 (A.U.I. 4)

11

1012

1254

1562

1936

46945

58196

72493

89836

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

Tabla 4.28: Población Estimada para el Subsistema H´.

A.R.3 (A.U.I.6)

ÁREAS (Há) 192

2008 (Habitantes) 10752

2018 (Habitantes) 13440

2028 (Habitantes) 16512

2038 (Habitantes) 20352

A.R.2 (A.U.I.6)

319

13398

16748

20576

25361

N.D.R.4 (A.U.I. 6)

287

16072

20090

24682

30422

40222

50278

61770

76135

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

Tabla 4.29: Población Estimada para el Subsistema H.

A.R.2 (A.U.I.6)

ÁREAS (Há) 472

2008 (Habitantes) 19824

2018 (Habitantes) 24780

2028 (Habitantes) 30444

2038 (Habitantes) 37524

N.D.R.4 (A.U.I.6)

63

3528

4410

5418

6678

23352

29190

35862

44202

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

77

Tabla 4.30: Población Estimada para el Subsistema F´.

A.R.2 (A.U.I.6)

ÁREAS (Há) 136

2008 (Habitantes) 5712

2018 (Habitantes) 7140

2028 (Habitantes) 8772

2038 (Habitantes) 10812

N.D.R.4 (A.U.I.6)

37

2072

2590

3182

3922

I.E.

92

0

0

0

0

7784

9730

11954

14734

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

Tabla 4.31: Población Estimada para el Subsistema F.

A.R.1 (A.U.I.5)

ÁREAS (Há) 315

2008 (Habitantes) 9923

2018 (Habitantes) 12285

2028 (Habitantes) 15356

2038 (Habitantes) 19136

A.R.2 (A.U.I.4)

99

6831

8465

10544

17424

N.D.R.1 (A.U.I.5)

410

12915

15990

19988

24908

I.E.

82

0

0

0

0

N.D.I.

85

0

0

0

0

N.D.I.

125

0

0

0

0

N.D.I.

40

0

0

0

0

29669

36740

45887

61468

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

Tabla 4.32: Población Estimada para el Subsistema L.

A.R.3 (A.U.I.1)

ÁREAS (Há) 55

2008 (Habitantes) 2750

2018 (Habitantes) 3520

2028 (Habitantes) 4400

2038 (Habitantes) 5390

A.R.2 (A.U.I.2)

739

27713

34364

42123

53208

A.R.1 (A.U.I.2)

673

12619

15647

19181

24228

N.D.R.3 (A.U.I. 2)

390

14625

18135

22230

28080

57706

71666

87934

110906

TIPO DE ÁREAS

TOTAL

78

Tabla 4.33: Población Total para cada Subsistema.

4.3

SUBSISTEMA

2008

2018

2028

2038

TOTALES

A

37001

45719

57093

70052

209864

B

12792

15744

19680

23616

71832

C

49630

63392

79240

96964

289226

D

23184

28728

35784

44352

132048

E

46945

58196

72493

89836

267469

F

29669

36740

45887

61468

173763

F´

7784

9730

11954

14734

44202

H´

40222

50278

61770

76135

228402

H

23352

29190

35862

44202

132606

J-K

13753

16157

18917

22012

70838

L

57706

71666

87934

110906

328212

ESTIMACIÓN DE CAUDALES REQUERIDOS PARA CADA SUBSISTEMA Al obtener la población de diseño para cada subsistema y para cada período de

diseño, se procede al cálculo del gasto y de la capacidad de los estanques requeridos, para ello se tomaron los criterios de diseño del “Proyecto del Nuevo Sistema de Abastecimiento de Agua de Ciudad Bolívar del año 1976” (Teruel, 1976). Estos criterios son:

Gasto del Subsistema: •

Qm = 321,48 Lts/hab/día x Población.

Volumen del estanque: • • •

Compensación del Consumo = 33% del Qm Incendio = 4 horas x (16 lts/seg ó 32 lts/seg)* Interrupción del servicio = 4 horas x Qm

*16 Lts/seg (zona residencial) y 32 Lts/seg (zona industrial) 79

Los resultados de estos cálculos se presentan en las siguientes tablas: Tabla 4.34: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2008.

A

POBLACIÓN (Hab) 37001

ÁREA INDUSTRIAL (Há) 0

GASTO (Lps) 137,67

ALMACENAMIENTO REQUERIDO (m3) 6138,2

B

12792

0

47,60

2272,9

C

49630

0

184,66

8154,7

D

23184

0

86,26

3932,2

E

46935

0

174,67

7726

F

29669

167,31

277,60

12147,1

F´

7784

91,94

120,90

5418,6

H´

40222

0

149,66

6652,6

H

23352

0

86,89

3959

J-K

13753

0

51,17

2426,2

L

57706

0

214,72

9444,3

TOTAL

342037

259

1532

SUBSISTEMA

Tabla 4.35: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2018.

A

POBLACIÓN (Hab) 45719

ÁREA INDUSTRIAL (Há) 0

GASTO (Lps) 170,11

ALMACENAMIENTO REQUERIDO (m3) 7530,2

B

15744

0

58,58

2744,2

C

63392

0

235,87

10352,1

D

28728

0

106,89

4817,4

E

58196

0

216,54

9522,4

F

36740

167,31

304,01

13276,1

F´

9730

91,94

128,14

5729,3

H´

50278

0

187,07

8258,1

H

29190

0

108,61

4891,1

J-K

16157

0

60,12

2810,2

L

71666

0

266,66

11673,2

TOTAL

425538

259

1843

SUBSISTEMA

80

Tabla 4.36: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2028.

A

POBLACIÓN (Hab) 57093

ÁREA INDUSTRIAL (Há) 0

GASTO (Lps) 212,43

ALMACENAMIENTO REQUERIDO (m3) 9346,3

B

19680

0

73,23

3372,7

C

79240

0

294,84

12882,5

D

35784

0

133,15

5944

E

72493

0

269,73

11805,2

F

45887

167,31

338,05

14736,8

F´

11954

91,94

136,42

6084,4

H´

61770

0

229,83

10093

H

35862

0

133,44

5956,4

J-K

16157

0

60,12

2810,2

L

87934

0

327,19

14270,6

TOTAL

523853

259

2208

SUBSISTEMA

Tabla 4.37 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2038.

A

POBLACIÓN (Hab) 70052

ÁREA INDUSTRIAL (Há) 0

GASTO (Lps) 260,65

ALMACENAMIENTO REQUERIDO (m3) 11415,4

B

23616

0

87,87

4001,1

C

96964

0

360,79

15712,5

D

44352

0

165,03

7312

E

89836

0

334,26

14574,4

F

61468

167,31

396,02

17224,5

F´

14734

91,94

146,76

6528,3

H´

76135

0

283,28

12386,7

H

44202

0

164,47

7288,1

J-K

22012

0

81,90

3744,9

L

110906

0

412,66

17938,6

TOTAL

654275

259

2694

SUBSISTEMA

81

4.4

SIMULACIÓN DEL SISTEMA Para la simulación de las condiciones actuales del Sistema de Distribución de

Agua Potable de Ciudad Bolívar se utilizó el programa EPANET. Este software requiere unos parámetros de configuración necesarios para efectuar una simulación factible y lo más realista posible del sistema de distribución, por lo que se consideró como parámetros más importantes los siguientes valores: características físicas de los equipos y componentes que están actualmente instalados en el sistema, la ubicación geográfica de los mismos y las curvas de modulación del consumo de agua. La simulación de las condiciones del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar para el período de estudio (años 2008, 2018, 2028 y 2038) fue realizada tomando como punto de partida el gasto requerido por cada subsistema, considerando un período diario de 24 horas. El primer lugar se consideró representar bajo simulación las condiciones actuales del sistema de distribución de agua potable con la finalidad de conocer el déficit existente en el presente. Con esto se muestra a continuación los resultados obtenidos:

4.4.1 Año 2008 Con los caudales requeridos por cada subsistema, que se encuentran reflejados en la tabla 4.37, la simulación generó los resultados de caudales en tuberías, presiones en nodos como se observan en la figura 4.2, así como también se muestran las curvas de comportamiento diario de los tanques que componen el sistema (ver figuras 4.3 a la 4.14). De estos resultados se observaron los siguientes problemas en la red: •

Presiones negativas en los nodos que alimentan a los sectores: La Sabanita (Nodo E), Sur Perimetral y Brisas del Este (Nodo F), la Catedral (Nodo K), Los Próceres (Nodo H+H´), Marhuanta (Nodo L).

•

Presión insuficiente para el llenado de los tanques F y D.

82

•

Deficiencia en la capacidad de almacenamiento de los subsistemas H, H´, A, F, F´ y E.

•

Se detectaron fallas de bombeo en los subsistemas K, H, H´, E, A y F.

•

Existe caudal insuficiente para alimentar los sectores anteriormente nombrados.

Figura 4.2: Simulación del Sistema año 2008.

83

Figura 4.3: Comportamiento Simulado del Tanque C (2008).

En la figura 4.3 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque C. Se observa que este tanque mantiene un nivel relativamente constante con pocas variaciones, lo cual indica que el sector Centro (Subsistema C) abastecido por el mismo cuenta con suficiente cantidad de agua durante el período de 24 horas.

Figura 4.4: Comportamiento Simulado del Tanque A (2008).

84

En la figura 4.4 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque A. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector La Paragua (Subsistema A) sólo durante cinco horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

Figura 4.5: Comportamiento Simulado del Tanque B (2008). En la figura 4.5 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque B. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector Vista Hermosa (Subsistema B) sólo durante quince horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío ó con un nivel muy bajo, siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

85

Figura 4.6: Comportamiento Simulado Planta Angostura (2008). En la figura 4.6 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque Planta Angostura. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer los sectores La Sabanita (Subsistema E), parte alta de Los Próceres (Subsistema H), parte baja de Los Próceres (Subsistema H´), parte baja de Caja de Agua (Subsistema J) y parte alta de caja de Agua (Subsistema K) sólo durante veintitrés horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío ó con un nivel muy bajo, siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

Figura 4.7: Comportamiento Simulado del Tanque F´ (2008).

86

En la figura 4.7 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque F´. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector El Perú (Subsistema F´) sólo durante trece horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío ó con un nivel muy bajo, siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

Figura 4.8: Comportamiento Simulado del Tanque D (2008). En la figura 4.8 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque D. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector Las Piedritas (Subsistema D) sólo durante diez horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío ó con un nivel muy bajo, siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

87

Figura 4.9: Comportamiento Simulado del Tanque F (2008). En la figura 4.9 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque F. Se observa que este tanque posee una caída abrupta del nivel de agua, lo cual indica que no posee suficiente caudal de entrada de agua para su llenado lo cual no le permite abastecer los sectores Sur Perimetral y Brisas del Este (Subsistema F), siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector.

Figura 4.10: Comportamiento Simulado del Tanque J (2008).

88

En la figura 4.10 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque J. Se observa que este tanque mantiene un nivel relativamente constante con pocas variaciones, lo cual indica que la parte baja del sector Caja de Agua (Subsistema J) abastecido por el mismo cuenta con suficiente cantidad de agua durante el período de 24 horas.

Figura 4.11: Comportamiento Simulado del Tanque K (2008). En la figura 4.11 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque K. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector Caja de Agua (Subsistema K) durante veintitrés horas al día, mientras que durante el resto del tiempo permanece vacío ó con un nivel muy bajo, siendo incapaz de abastecer la demanda de agua del sector durante ese período.

4.5

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS De los resultados obtenidos en la simulación del año 2008, se considera que

debido al gran crecimiento poblacional que ha experimentado Ciudad Bolívar, sus consumos de agua se han incrementado a un nivel que supera la capacidad de 89

producción de las plantas que la abastecen, lo cual ha creado deficiencia en la cantidad de agua tratada producida y almacenada, lo cual a su vez genera insuficiencia de caudal y presión de distribución en diversos puntos de la ciudad. Por lo anterior se plantearon una serie de mejoras las cuales al ser incorporadas en el modelo arrojaron los siguientes resultados:

Figura 4.12: Comportamiento Simulado del Tanque C (2038).

En la figura 4.12 se observa el comportamiento del tanque C que alimenta al sector Vista Hermosa. Se observa que este tanque mantiene un nivel alto con pocas variaciones, lo cual indica que el sector abastecido por el mismo cuenta con suficiente cantidad de agua durante el período de 24 horas.

90

Figura 4.13: Comportamiento Simulado del Tanque A (2038).

En la figura 4.13 se observa el comportamiento del tanque A que alimenta al sector La Paragua. Se observa que este tanque mantiene un nivel alto con variaciones que no llegan a colocar al tanque en un nivel crítico de agua, lo cual indica que el sector abastecido por el mismo cuenta con suficiente cantidad de líquido durante el período de 24 horas.

Figura 4.14: Comportamiento Simulado del Tanque B (2038).

91

En la figura 4.14 se observa el comportamiento del tanque B que alimenta al sector Vista Hermosa. Se observa que este tanque mantiene un nivel alto con variaciones que no llegan a colocar al tanque en un nivel crítico de agua, lo cual indica que el sector abastecido por el mismo cuenta con suficiente cantidad de líquido durante el período de 24 horas.

Figura 4.15: Comportamiento Simulado Planta Angostura (2038).

En la figura 4.15 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque Planta Angostura. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer los sectores La Sabanita (Subsistema E), parte alta de Los Próceres (Subsistema H), parte baja de Los Próceres (Subsistema H´), parte baja de Caja de Agua (Subsistema J) y parte alta de Caja de Agua (Subsistema K) siendo capaz de satisfacer la demanda de agua durante el período de 24 horas.

92

Figura 4.16: Comportamiento Simulado del Tanque F´ (2038). En la figura 4.16 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque F´. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector El Perú (Subsistema F´) durante las 24 horas al día.

Figura 4.17: Comportamiento Simulado del Tanque D (2038). En la figura 4.17 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque D. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer el sector Las Piedritas (Subsistema D) durante las 24 horas al día.

93

Figura 4.18: Comportamiento Simulado del Tanque F (2038). En la figura 4.18 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque F. Se observa que este tanque ya no posee caídas abruptas en su nivel de agua, lo cual indica que ahora posee suficiente caudal de entrada de agua para su llenado lo cual le permite abastecer los sectores Sur Perimetral y Brisas del Este (Subsistema F), siendo capaz de abastecer de agua el sector durante las 24 horas al día.

Figura 4.19: Comportamiento Simulado del Tanque J (2038).

94

En la figura 4.19 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque J. Se observa que este tanque mantiene un nivel relativamente constante con pocas variaciones, lo cual indica que la parte baja del sector Caja de Agua (Subsistema J) cuenta con suficiente cantidad de agua durante el período de 24 horas.

Figura 4.20: Comportamiento Simulado del Tanque K (2038). En la figura 4.20 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque K. Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente para abastecer la parte alta del sector Caja de Agua (Subsistema K) durante las 24 horas del día.

Figura 4.21: Comportamiento Simulado del Tanque L (2038). 95

En la figura 4.21 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque L propuesto para abastecer el sector Marhuanta (Subsistema L). Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente durante las 24 horas del día, eliminando de esta manera los problemas de almacenamiento y de falta de presión que afectaba a este sector.

Figura 4.22: Comportamiento Simulado del Tanque H (2038).

En la figura 4.22 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque H propuesto para abastecer la parte alta del sector Los Próceres (Subsistema H). Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente durante las 24 horas del día, eliminando de esta manera los problemas de almacenamiento y de falta de presión que afectaba a este sector.

96

Figura 4.23: Comportamiento Simulado del Tanque H´ (2038). En la figura 4.23 se representa la fluctuación del nivel de agua del tanque H´ propuesto para abastecer la parte baja del sector Los Próceres (Subsistema H´). Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente durante las 24 horas del día, eliminando de esta manera los problemas de almacenamiento y de falta de presión que afectaba a este sector.

Figura 4.24: Comportamiento Simulado del Tanque E (2038). Se observa que este tanque posee un nivel de agua suficiente durante las 24 horas del día, eliminando de esta manera los problemas de almacenamiento y de falta de presión que afectaba a este sector. 97

CAPÍTULO V DISEÑO Ó PROPUESTA

5

DESCRIPCIÓN La propuesta de mejora del sistema de distribución de agua potable de Ciudad

Bolívar consiste en una serie de acciones destinadas a mejorar la infraestructura existente que permitan el aumento de la capacidad de almacenamiento de agua de los sectores más críticos de la ciudad (Marhuanta, Los Próceres, Brisas del Este), el incremento de la capacidad de producción de agua tratada en las plantas que surten a la ciudad (Planta Angostura y Planta Tocomita), y el reacondicionamiento de las estaciones de bombeo existentes (Tanque C, Tanque B, Nodo Y, Mi Campito).

5.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS La propuesta está basada en los resultados obtenidos mediante la simulación y

calibración del modelo actual contrastado con el modelo deseado (aquel que incluye las mejoras). Los caudales requeridos para abastecer los sectores fueron estimados a partir de las proyecciones de población realizadas, utilizando métodos estadísticos y normas para el diseño de abastecimientos de agua del Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS) y especificaciones de diseño de la empresa HIDROBOLIVAR. Los cambios de tuberías se fundamentaron bajo la premisa de que la velocidad del caudal en la misma no debe exceder los 2 m/s (criterio de diseño especificado por 98

HIDROBOLIVAR), para ello se empleó la tabla 5.1, que parte de la ecuación

· ,

donde Q es el caudal, V es la velocidad del fluido y A es el área transversal del conducto y que se muestra a continuación:

Tabla 5.1: Velocidades recomendadas para el Transporte de Agua Potable en Tuberías (HIDROBOLIVAR). Velocidad (m/s) Ø Nominal  Ø Nominal  Ø Exterior  Ø Interior  (Pulg) (Pulg) (mm) (Pulg) 1/2 12,7 0,840 0,622 3/4 19,1 1,049 0,824 1 25,4 1,315 1,049 1  1/2 38,1 1,900 1,610 2 50,8 2,375 2,067 3 76,2 3,500 3,068 4 101,6 4,500 4,026 6 152,4 6,625 6,065 8 203,2 8,625 7,981 10 254,0 10,750 10,020 12 304,8 12,750 12,090 14 355,6 14 13,250 16 406,4 16 15,250 18 457,2 18 17,250 20 508,0 20 19,250 24 609,6 24 23,250 28 711,2 28 27,250 30 762,0 30 29,250 36 914,4 36 35,250 42 1066,8 42 41,250 48 1219,2 48 47,250 54 1371,6 54 53,250 60 1524,0 60 59,250 70 1778,0 70 69,250

5.2

1,00

2,00

4,00

Caudales (Lps) 0,2 0,3 0,6 1,3 2,2 4,8 8,2 18,6 32,3 50,9 74,1 89,0 117,8 150,8 187,8 273,9 376,3 433,5 629,6 862,2 1131,3 1436,8 1778,8 2429,9

0,4 0,7 1,1 2,6 4,3 9,5 16,4 37,3 64,6 101,7 148,1 177,9 235,7 301,6 375,5 547,8 752,5 867,0 1259,2 1724,4 2262,5 2873,6 3557,7 4859,9

0,8 1,4 2,2 5,3 8,7 19,1 32,9 74,6 129,1 203,5 296,3 355,8 471,4 603,1 751,1 1095,6 1505,5 1734,1 2518,5 3448,8 4525,0 5747,2 7115,3 9719,8

ESTRUCTURA DE LA PROPUESTA Tomando como criterio base el modelo instalado en la actualidad y los consumos

calculados para el año 2038 (tabla 4.37), se estima que el sistema presentará deficiencias mayores en los sectores que actualmente no cuentan con suministro de agua adecuado (sectores H, H´, L, D, E, F y F´) y los sectores actualmente abastecidos (J, K, y C) no contarán con un suministro de agua eficiente. Debido a lo anterior se proponen las siguientes mejoras: 99

•

La capacidad de tratamiento de agua de Planta Tocomita debe ser ampliada de 1.450 Lps a 2.000 Lps con la finalidad de suplir los consumos de los sectores La Paragua (Subsistema A), Vista Hermosa (Subsistema B), Centro (Subsistema C), Las Piedritas (Subsistema D), Sur Perimetral y Brisas del Este (Subsistema F), El Perú (Subsistema F´) y Marhuanta (Subsistema L). En la actualidad la tubería de Ø 52”que parte de la planta potabilizadora Tocomita, debido a su estado de obstrucción, sólo permite el paso de 1.450 Lps de agua hacia Ciudad Bolívar, por lo cual se plantea una efectuar una limpieza de la misma para reducir su nivel de obstrucción y así generar una disminución en las pérdidas en la tubería.

•

Instalación de un depósito de 10.000 m3 de capacidad en el sector L (Marhuanta), de una tubería de alimentación de Ø 24” y 990 m de longitud desde el nodo de inicio del subsistema hasta el tanque y de una tubería de descarga de Ø 24” y 2.180 m de longitud desde el tanque hasta el nodo de distribución L.

•

Incorporación de nuevos equipos de bombeo en la estación La Sabanita de Planta Angostura.

•

Instalación de tanque de apoyo para tanque A (La Paragua), llamado A1 con una capacidad de 6.500 m3, ubicado en la zona más alta del sector.

•

Incrementar la capacidad de la estación de bombeo tanque C (Centro) de 880 Lps a 1.180 Lps.

•

Incorporación de nuevos equipos para estación de rebombeo Mi Campito que le permita incrementar su capacidad de bombeo de 120 Lps a 200 Lps, para así satisfacer la demanda del sector El Perú (Subsistema F´).

•

Incorporar una nueva estación de bombeo ubicada en tanque A con una capacidad de 440 Lps destinada a abastecer el sector Sur Perimetral (Subsistema F).

•

Incremento de la capacidad de almacenamiento del sector F de 5.000 m3 a 18.000 m 3.

•

Incremento de la capacidad de almacenamiento del sector Las Piedritas (Subsistema D) de 5.000 m3 a 8.000 m3.

•

Incremento de la capacidad de almacenamiento del sector El Perú (Subsistema F´) de 1.200 m3 a 6.600 m3. 100

•

Sustitución del tanque metálico B2, ubicado en el sector La Sabanita (Subsistema E), por un nuevo estanque denominado E con una capacidad de 14.500 m3.

•

Sustitución de tubería Ø 16” que comunica la estación de bombeo La Sabanita, por otra tubería de la misma longitud (4.200 m) de Ø 18”.

•

Instalación de tubería de acero para la descarga del tanque E de Ø 18”, longitud 1.000 m. Al final de esta tubería se ubica el nodo de distribución E (cota = 63 m.s.n.m.).

•

La capacidad de tratamiento de agua de Planta Angostura debe ser ampliada de 960 Lps a 1.085 Lps con la finalidad de suplir los consumos de la parte alta de Los Próceres (Subsistema H), parte baja de Los Próceres (Subsistema H´), La Sabanita (Subsistema E), parte baja de Caja de Agua (Subsistema J) y parte alta de Caja de Agua (Subsistema K).

•

Incremento de la capacidad de bombeo de la estación El Perú, la cual debe pasar de bombear 152 Lps a 380 Lps.

•

Incremento de la capacidad de bombeo de la estación La Sabanita de 300 Lps a 360 Lps.

•

Instalación de tanque de almacenamiento para la parte alta del sector Los Próceres (Subsistema H), con una capacidad de 5.000 m3, ubicado en la zona más alta del sector.

•

Instalación de tanque de almacenamiento para la parte baja del sector Los Próceres (Subsistema H´), con una capacidad de 15.100 m3, ubicado en la zona más alta del sector.

•

Instalación de estación de rebombeo para el tanque H´ que cumpla con las siguientes premisas de diseño: Q= 360 Lps, h = 66 m.

•

Instalación de tubería de acero para la alimentación para tanque H´ de Ø 24”, longitud 3.120 m.

•

Instalación de tubería de acero para la descarga del tanque H´ de Ø 16”, longitud 1.000 m. Al final de esta tubería se ubica el nodo de distribución H´ (cota = 48 m.s.n.m.).

101

•

Sustitución de tubería Ø 20” que comunica la estación de bombeo tanque B (Vista Hermosa) con tanque A (La Paragua), por otra tubería de la misma longitud (2.441,5 m) de Ø 24”.

•

Sustitución de tubería Ø 24” que comunica la estación de bombeo tanque C (Centro) con tanque B (Vista Hermosa), por otra tubería de la misma longitud (2.800 m) de Ø 28”.

•

Limpieza, reparación ó sustitución, según sea el caso, de las tuberías que componen el sistema. Una vez realizadas las mejoras anteriormente propuestas estas fueron

plasmadas en el modelo el cual presentó los resultados mostrados en las siguientes figuras:

Figura 5.1: Simulación del Sistema Mejoras año 2038. En la figura 5.1 se presenta la pantalla de validación del modelo simulado, con esto se indica que la población se encuentra plenamente abastecida de agua las 24 horas del día. 102

Figura 5.2: Simulación del Sistema año 2038.

En la figura 5.2 se observa el modelo del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar con las mejoras planteadas.

103

CONCLUSIONES

De la recopilación de datos, del análisis de resultados, y de la simulación del Sistema de Distribución de Agua Potable de Ciudad Bolívar se concluye que actualmente en el sistema de abastecimiento, la problemática existente se debe a la insuficiencia en la producción de agua potable, debido al brusco incremento de la población de la ciudad en comparación con la capacidad de diseño del sistema, por lo que el consumo de la población actual es superior a la capacidad de producción, en consecuencia existe insuficiente presión para llevar el agua a las zonas más altas de la ciudad. Con los datos obtenidos, y las características del modelo matemático empleado, se elaboró un modelo computarizado empleando el software EPANET, el cual fue ajustado a las condiciones reales de operación del sistema empleando datos de operación recopilados en el campo. Al ejecutar la simulación del modelo computarizado en el software EPANET se detectaron los puntos más críticos de la ciudad en cuanto a capacidad de almacenamiento y suministro de agua potable (sectores H, H´, L, D, E, F y F´), entre los problemas principales que afectan estas zonas se encuentran: presiones negativas en los nodos que alimentan a los sectores: La Sabanita, Sur Perimetral y Brisas del Este, la Catedral, Los Próceres, Marhuanta, presión insuficiente para el llenado de los tanques F y D, deficiencia en la capacidad de almacenamiento de los subsistemas Red alta y baja de Los Próceres, La Paragua, El Perú, Sur Perimetral y La Sabanita, fallas de bombeo en los subsistemas Red alta Caja de Agua, Red alta y baja de Los Próceres, La Sabanita, La Paragua y Sur Perimetral; también se observó que caudal insuficiente para alimentar los sectores anteriormente nombrados. Del análisis del sistema actual simulado se consideraron una serie de mejoras destinadas a la adecuación de la capacidad de producción, almacenamiento y distribución de agua potable en los sectores críticos de la ciudad, además de mantener 104

en funcionamiento a las zonas actualmente abastecidas, a medida que se incremente la población y se adicionen nuevas áreas de consumo durante los próximos 30 años. Entre las mejoras más importantes se encuentran: incremento de un 27,5% de la capacidad de producción de agua potable de la planta Tocomita, construcción de nuevos tanques de almacenamiento (sectores Red alta y baja de Los Próceres, Marhuanta, Las Piedritas, La Sabanita, Sur Perimetral y El Perú), incremento de un 11,5% de la capacidad de producción de planta Angostura, sustitución y limpieza de las tuberías que componen el sistema, incremento de la capacidad de bombeo de los sectores La Paragua, Los Próceres (alta y baja ) y La Sabanita.

105

RECOMENDACIONES

En función de los resultados y de las conclusiones se recomienda lo siguiente:

•

La capacidad de tratamiento de agua de Planta Tocomita debe ser ampliada de 1.450 Lps a 2.000 Lps.

•

El sector Marhuanta (Subsistema L) requiere la construcción de un depósito con una capacidad mínima de 10.000 m3 de acuerdo a los resultados obtenidos del modelo calibrado.

•

Incorporación de nuevos equipos de bombeo en la estación La Sabanita de Planta Angostura que cuyo punto de operación sea: Q = 140 Lps y H = 140 m.c.a.

•

El sector La Paragua (Subsistema A) requiere la construcción de tanque de apoyo llamado A1, con una capacidad mínima de 6.500 m3, ubicado en la zona más alta de la zona.

•

Incrementar la capacidad de bombeo de tanque C de 880 Lps a 1.180 Lps.

•

Incrementar la capacidad de bombeo de rebombeo Mi campito de 120 Lps a 200 Lps, para así satisfacer la demanda del sector El Perú (Subsistema F´).

•

Incorporar una estación de bombeo ubicada en tanque A con una capacidad de 440 Lps destinada a abastecer el sector Sur Perimetral (Subsistema F), empleando equipos cuyo punto de operación sea: Q = 300 Lps y H = 24 m.

•

Construir para el sector Sur Perimetral (Subsistema F) un tanque 13.000 m3, para incrementar de la capacidad de almacenamiento de 5.000 m3 a 18.000 m3.

•

Construir para el sector Las Piedritas (Subsistema D) un tanque de apoyo de 3.000 m3, aumentar la capacidad de almacenamiento de 5.000 m3 a 8.000 m3.

•

Incrementar la capacidad de almacenamiento del sector El Perú (Subsistema F´) de 1.200 m3 a 6.600 m3.

•

Construir para el sector La Sabanita (Subsistema E) un nuevo estanque denominado E con una capacidad de 14.500 m3. 106

•

Sustituir la tubería de Ø 16” que comunica la estación de bombeo La Sabanita, por otra tubería de la misma longitud (4200 m) de Ø 18”.

•

Instalar una tubería de acero para la descarga del tanque E de Ø 18”, longitud 1.000 m. Al final de esta tubería se ubica el nodo de distribución E.

•

Ampliar la capacidad de tratamiento de agua de Planta Angostura de 960 Lps a 1.085 Lps.

•

Incrementar la capacidad de bombeo de la estación El Perú de 152 Lps a 380 Lps.

•

Incrementar la capacidad de bombeo de la estación La Sabanita de 300 Lps a 360 Lps.

•

Construir para La parte alta del sector Los Próceres (Subsistema H), un tanque de almacenamiento, con una capacidad de 5.000 m3, ubicado en la zona más alta del sector.

•

Construir para la parte baja del sector Los Próceres (Subsistema H´) un tanque de almacenamiento, con una capacidad de 15.100 m3, ubicado en la zona más alta del sector.

•

Construir una estación de rebombeo para el tanque H´ que cumpla con las siguientes premisas de diseño: Q= 360 Lps, h = 66 m.

•

Instalar una tubería de acero para la alimentación para tanque H´ de Ø 24”, longitud 3.120 m.

•

Instalar una tubería de acero para la descarga del tanque H´ de Ø 16”, longitud 1.000 m. Al final de esta tubería se ubica el nodo de distribución H´ (cota = 48 m.s.n.m.).

•

Sustituir la tubería de Ø 20” que comunica la estación de bombeo tanque B (Vista Hermosa) con tanque A (La Paragua), por otra tubería de la misma longitud (2441,5 m) de Ø 24”.

•

Sustituir la tubería de Ø 24” que comunica la estación de bombeo tanque C (Centro) con tanque B (Vista Hermosa), por otra tubería de la misma longitud (2800 m) de Ø 28”.

•

Limpieza, reparación ó sustitución, según sea el caso, de las tuberías que componen el sistema de distribución. 107

BIBLIOGRAFÍA

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MAYS, LARRY W. Manual de Sistemas de Distribución de Agua. McGraw-Hill. 2004.

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Universidad Politécnica de Valencia. Manual EPANET en Español. Valencia, España, 2000.

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BOLINAGA, JUAN J. Y COLABORADORES. Proyectos de Ingeniería Hidráulica. Editorial Fundación Polar. Caracas. 1999.

[4]

RIVAS MIJARES, GUSTAVO. Abastecimientos de Aguas y Alcantarillados. Ediciones Vega. Caracas. 1983.

[5]

HERNÁNDEZ, REINALDO Y RIVAS, RANSE. Propuesta de Actualización del Plan Maestro de Abastecimiento de Agua Potable para Corto, Mediano y Largo Plazo en Ciudad Bolívar, Estado Bolívar. Universidad de Oriente. 2007.

[6]

GARCÍA PÉREZ, RAFAEL. Dimensionado Óptimo de Redes de Distribución de Agua Ramificadas Considerando Elementos de Regulación. Universidad Politécnica de Valencia, España, 1993.

[7]

INSTITUTO NACIONAL DE OBRAS SANITARIAS. Normas para el Diseño de Abastecimientos de Agua. Caracas, Venezuela, 1965.

108

ANEXOS

109

TANQUE C (CENTRO)

EQUIPOS TANQUE C (CENTRO)

110

EQUIPOS TANQUE B (URB. VISTA HERMOSA)

ESTACION DE BOMBEO MI CAMPITO

111

ESTACIÓN DE BOMBEO NODO Y

TANQUE A (SECTOR LA PARAGUA)

112

CURVA DE BOMBA: CAJA DE AGUA, NIVEL ALTO

113

CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, AC. CD. BOLIVAR

114

CURVA DE BOMBA: SISTEMA J, CAJA DE AGUA, NIVEL BAJO

115

CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, CD. BOLIVAR

116

CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, CD. BOLIVAR

117

CURVA DE BOMBA: NODO “Y” CIUDAD BOLÍVAR

118

CURVA DE BOMBA: ESTACIÓN LA SABANITA CIUDAD BOLÍVAR

119

CURVA DE BOMBA ESTACIÓN AGUA SALADA (RED ALTA LOS PRÓCERES)

120

CURVA DE BOMBA ESTACIÓN AGUA SALADA (RED BAJA LOS PRÓCERES)

121

122

123

CURVA DE MODULACIÓN DE CONSUMO, MULTIPLICADORES DE DEMANDA VERSUS TIEMPO (INOS 1965)

124