Modulo 3 de 4 epanet

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INTRODUCCIÓN En el presente modulo se definirán los parámetros requeridos para el cálculo de la demanda, esto se hará a través de la realización de un ejemplo con las siguientes características: Zona rural de 199 habitantes distribuidos en 40 viviendas que requiere una cambio en todas las redes de acueducto y cuentan solo con un tanque de almacenamiento. Parámetros Para El Sistema De Acueducto Es importante definir los parámetros iniciales que servirán de base pasa el desarrollo del diseño de un sistema de alcantarillado. Población Actual En la medida de lo posible es recomendable, tomar los datos mas recientes del proyecto. En caso de no existir se debe realizar un censo sanitario. Población Proyectada Teniendo en cuenta los censos de población del SISBEN, el realizado por el P.O.T. , los realizados por el DANE y la información obtenida en el censo sanitario realizado, se puede realizar un proyección de la población para el horizonte de diseño. Tabla Nº 1. Ejemplo Habitantes Actuales E Información Censos Del Sisben Y P.O.T. CENSOS

FUENTE

TASAS DE CRECIMIENTO r (%) k

AÑO

HABITANTES

1997

149

Archivo comunidad

3.875

0.038

2000 2003

167 185

SISBEN SISBEN

3.471 2.404

0.034 0.024

2005

194

P.O.T.

2.577

0.025

2006

199

Diseñador. *3.082

*0.030

PROMEDIO

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Notas: r y k, son tasas de crecimiento calculadas de acuerdo al RAS/2000, numeral B.2.2.4, utilizadas en el método geométrico y exponencial respectivamente. * Promedio entre los 4 valores del censo. Los métodos de proyección a utilizar se definen a partir del nivel de complejidad

Método Aritmético:

Pf= Población proyectada Puc= Población ultimo censo Pci= Población censo inicial Tuc= Año correspondiente al ultimo censo Tci= Año Correspondiente al censo inicial Tf= Año al cual se quiere proyectar la población Método Geométrico:

Pf= Población proyectada Puc= Población ultimo censo Tuc= Año correspondiente al ultimo censo Tf= Año al cual se quiere proyectar la población r= tasa de crecimiento anual en forma decimal

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Método exponencial:

Puc= Población ultimo censo Pci= Población censo inicial Tuc= Año correspondiente al ultimo censo Tci= Año Correspondiente al censo inicial r= tasa de crecimiento anual

Pcp= Población del censo posterior Pca= Población censo anterior Tcp= Año correspondiente al censo posterior Tca= Año Correspondiente al censo anterior Continuación ejemplo (datos tabla) De acuerdo al RAS/2000 Tabla B.2.1, las proyecciones se deben realizar por varios métodos: el aritmético, el geométrico y el exponencial. Para el presente estudio se emplearán estos métodos; con una tasa de crecimiento del 3.082% para el método geométrico, una tasa de crecimiento del 0.030 para el método exponencial (tasas correspondientes al P.O.T del 2005 de la región) y las expresiones de la guía RAS para el método aritmético. Las proyecciones realizadas se pueden ver en la Tabla Nº 2

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Tabla Nº 2 - Proyección De Población A 25 Años POBLACIÓN POBLACIÓN FLOTANTE + tasa K = VISITANTES 0.093

PROYECCIÓN ARITMÉTICA

PROYECCIÓN GEOMÉTRICA tasa r = 3.08%

PROYECCIÓN EXPONENCIAL tasa K = 0.030

habitantes

habitantes

habitantes

habitantes

habitantes

2005

193.44

193

193

18

211

2006

199

199

199

19

218

2007

205

205

205

19

224

2008

210

211

211

20

231

2009

216

218

218

20

238

2010

221

225

225

21

246

2011

227

232

232

22

253

2012

232

239

239

22

261

2013

238

246

246

23

269

2014

243

254

254

24

277

2015

249

262

261

24

286

2016

255

270

270

25

295

2017

260

278

278

26

304

2018

266

286

286

27

313

2019

271

295

295

27

323

2020

277

304

304

28

333

2021

282

314

314

29

343

2022

288

323

323

30

354

2023

293

333

333

31

364

2024

299

344

344

32

376

2025

305

354

354

33

387

2026

310

365

365

34

399

2027

316

376

376

35

411

2028

321

388

388

36

424

2029

327

400

400

37

437

2030

332

412

412

38

451

2031

338

425

425

40

465

AÑO

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De la tabla anterior se observa que la proyección por el método geométrico y exponencial son iguales y su resultado es muy superior a las proyecciones realizadas por el método aritmético, por tal razón se emplean los resultados arrojados por los métodos geométrico y exponencial; en la última columna se aprecia que la población proyectada incluyendo la población flotante a 15 años supera los 300 habitantes. Asignación del Nivel de Complejidad La estimación del nivel de complejidad se realizó teniendo como referencia la tabla A.3.1 del RAS/2000. Tabla 3 - Asignación Del Nivel De Complejidad Nivel de complejidad

Población en la zona urbana (1)

Bajo

< 2,500

Capacidad económica de los usuarios(2) Baja

Medio

2.501 a 12.500

Baja

Medio Alto

12.501 a 60.000 > 60.000

Media

Alto

Alta

Fuente: RAS/2000 Tabla A.3.1. Notas: (1) Proyectado al periodo de diseño, incluida la población flotante. (2) Incluye la capacidad económica de población flotante. Debe ser evaluada según metodología del DNP. De acuerdo a metodología RAS/2000, el nivel de complejidad está en función de la población proyectada y la capacidad económica; la población proyectada a su vez depende del nivel de complejidad, entonces lo que se hace es proyectar la población a diferentes horizontes de diseño (15, 20 y 25 años), evaluar la capacidad económica y luego definir el nivel de complejidad. De la última columna de la Tabla Nº 2 se tiene: Población a los 15 años incluyendo población flotante = 343 hab. Población a los 20 años incluyendo población flotante = 399 habitantes. Población a los 25 años incluyendo población flotante = 465 habitantes.

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De lo anterior se puede apreciar, que para diferentes períodos de diseño, la población no supera los 500 habitantes lo cual es mucho menor a los 2500 que exige el RAS para no sobrepasar el nivel bajo de complejidad. Desde el punto de vista de la capacidad económica de los usuarios residenciales, se tiene que la población es netamente rural, con muy baja capacidad adquisitiva e incipientes sistemas de producción, además la comunidad cuenta con baja formación y recursos insuficientes para generar sus propios ingresos. En general no se cuenta con empleos permanentes, ni existen proyectos productivos que generen ingresos para las familias; por lo tanto se le asocia una capacidad económica baja. Para efectos de este estudio la localidad, se clasifica en un “nivel de complejidad Bajo”, dando como resultado un horizonte de diseño de 15 años. INDICADORES ACTUALES DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO (Continuación ejemplo) Del censo sanitario realizado, se tiene la siguiente información: Tabla Nº4 - Inmuebles Con Servicio De Acueducto Total No. de Inmuebles

Si

No

% de viviendas con cobertura

Residenciales*

10

29

22.5

40

Oficiales

1

1

50

2

Totales

11

30

26.2

42

Tipo De Inmueble

No. De Inmuebles con Servicio De Acueducto

Densidad Poblacional La densidad poblacional está dada por la siguiente relación:

Densidad Poblacional =

Población Total 199 hab. = = 4.975 hab/viv. Inmuebles residenciales 40 * viv.

Consumos actuales El sector tiene un sistema simple de abastecimiento para un número no representativo de viviendas, el cual no cuenta con micro ni macro medición, por lo tanto no existen GIOVANNY JIMÉNEZ VALENCIA Ingeniero Sanitario [email protected]

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registros históricos que puedan develar las costumbres de consumo de los residentes conectados al sistema. Para la evaluación de dichos consumos, se realizo un aforo en el tanque de almacenamiento registrando hora a hora las variaciones del nivel en el tanque y de esta manera realizar un estimativo de los consumos brutos y a la vez definir la curva de demanda horaria (Ver tabla siguiente). Tabla Nº 5 - Aforo Tanque de Almacenamiento LECTURAS HORA

LECTURA

0 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

cm. 0 15.9 16.4 16.4 15.7 15.7 15.5 16.5 16.9 16.6 16.2 15.3 15.2 15.6

CÁLCULOS Caudal entrante *

TIEMPO

ALTURA

l/s

Seg.

cm.

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600

196.10 179.70 163.30 147.60 131.90 116.40 99.90 83.00 66.40 50.20 34.90 19.70 4.10

VOLUMEN CAUDAL CONSUMO m3

l/s

l/s

2.98 0.83 2.98 0.83 2.86 0.79 2.86 0.79 2.82 0.78 3.00 0.83 3.07 0.85 3.02 0.84 2.95 0.82 2.78 0.77 2.76 0.77 2.84 0.79 CAUDAL PROMEDIO

0.83 0.83 0.79 0.79 0.78 0.83 0.85 0.84 0.82 0.77 0.77 0.79 0.808320

* Para el aforo del tanque se cerró el abastecimiento al tanque. De acuerdo a la tabla anterior, se tiene un consumo promedio de 0.81 l/s, y se presentan consumos por hora similares, no encontrándose picos importantes entre los consumos de la jornada de aforo. El consumo mas alto aforado se encuentra a las 13:00 horas.

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0.85 0.83

CAUDAL (l/s)

0.83

0.84 0.82

0.83 0.79 0.79 0.79 0.78

0.77

0.77

Q prom. = 0.82 l/s

0.70 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TIEMPO (Horas)

Figura 1 Curva de Demanda Caudal Medio Diario Actual (Qmd) La estimación de este parámetro se obtuvo de promediar los consumos aforados en el tanque de almacenamiento. Qmd = 0.82 L / s Si el caso fuera un sistema nuevo se obtendría de la siguiente forma:

Para lo cual se debe calcular previamente la dotación bruta y la dotación media, como veremos mas adelante Caudal Máximo Horario (QMH) De igual forma se calcula el caudal máximo horario así, tomando el valor más alto encontrado

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QMH = consumo a las 13:00 horas = 0.82 l/s Para el caso que el sistema fuera nuevo el cálculo se realizaría de la siguiente forma:

Coeficientes De Consumo K1 y K2 Coeficiente De Consumo Máximo Diario Se adoptarán los valores recomendados por el RAS/2000 en la tabla B.2.5 para un sistema de complejidad bajo donde el coeficiente (K1) es equivalente a 1.3 Coeficiente De Consumo Máximo Horario Se obtiene de la siguiente fórmula QMH 0.85 l / s K2 = = = 0.8 QMD 1.06 l / s Dicho valor se encuentra alejado del recomendado por el RAS/2000 (nivel bajo de complejidad K2= 1.6), lo cual muestra como la gran cantidad de perdidas de la red impiden el calculo real de los consumos actuales. Caudal Máximo Diario (QMD) Como no se cuenta con registros de un año para estimar el QMD, se asumió un coeficiente máximo diario según la tabla B.2.5 del RAS/2000 de K1 = 1.3 con lo que se obtiene el caudal máximo diario. QMD = Qmd x K1 QMD = 0.82 l/s * 1.3 = 1.07 l/s. Dotaciones La obtención de de la dotación bruta y dotación neta se realizan a partir de los consumos calculados a partir del aforo del tanque de almacenamiento Como no existen micromedición ni registros, las siguientes dotaciones se emplearán para la evaluación del sistema existente.

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Dotación bruta actual Para efectos de la estimación de la dotación bruta se utilizó la siguiente expresión:

Dotación Bruta =

QMD 0.82 L / hab − dia × 86400 = × 86400 = 864 L / hab − dia Poblacion con acueducto 82 *

*Las 82 personas equivalen a: 44 habitantes de las 8 viviendas que reciben el servicio y 38 habitantes normales de una escuela de los cuales 2 son profesores, 2 madres comunitarias y 34 estudiantes. De esta forma se calculan los indicadores para una red existente ya sea para un diagnostico o para una optimización. Las dotaciones neta y bruta para un proyecto nuevo se calculan de la siguiente manera: La dotación neta se toma a partir del cuadro B.2.2 del RAS/2000 sección B.2.4.1 dependiendo del nivel de complejidad antes definido.

La dotación Bruta se establece a partir de la siguiente ecuación:

Donde %P (Porcentaje de Perdidas) se define dependiendo del nivel de complejidad a partir de la siguiente tabla. Tomada de la sección B.2.5.1 RAS/2000

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Para la modelación del próximo ejercicio se realizara con datos típicos calculados a partir de la población servida y los valores recomendados por el RAS/2000, los cuales se presentan como resumen en la siguiente tabla.

Tabla Nº 6 - Resumen de Dotaciones y Caudales PARÁMETRO Dotación Neta Dotación Bruta Caudal Medio Diario (Qmd) Coeficientes de Consumo K1 y K2 Caudal Máximo Diario (QMD) Caudal Máximo Horario (QMH)

REFERENCIA Numeral B.2.4 RAS 2000 Numeral B.2.6 RAS 2000

VALOR UNIDADES 150 l/habitante-día 250 l/habitante-día

Numeral B.2.7.1 RAS 2000

0.99

l/S

Numeral B.2.7.4 RAS 2000

K1 = 1.3 K2= 1.5

Adimensional

Numeral B.2.7.2 RAS 2000

1.287

l/s

Numeral B.2.7.3 RAS 2000

1.93

l/s

Ejercicio 5

Con los datos de la tabla 6, montar la red de acueducto de la topografía anexada en el Modulo. Teniendo en cuenta: Unidades de caudal LPS Diámetro de la red 50 mm Ecuación de perdida D-W Rugosidad 0.0015. Número de viviendas 40.

Después de montar la red, se debe crear la curva de modelación o de comportamiento para este caso se realizara a partir del aforo del tanque.

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Tabla 7. Aforo tanque existente Consumo (l/s) 0

Hora 06:00

Factor

0.83

07:00

0.97647059

0.83

08:00

0.97647059

0.79

09:00

0.92941176

0.79

10:00

0.92941176

0.78

11:00

0.91764706

0.83

12:00

0.97647059

0.85

13:00

0.84

14:00

0.98823529

0.82

15:00

0.96470588

0.77

16:00

0.90588235

0.77

17:00

0.90588235

0.79

18:00

0.92941176

0.5

19:00

0.58823529

0.5

20:00

0.58823529

0.3

21:00

0.35294118

0.1

22:00

0.11764706

0.1

23:00

0.11764706

0.1

00:00

0.11764706

0.1

01:00

0.11764706

0.1

02:00

0.11764706

0.1

03:00

0.11764706

0.1

04:00

0.11764706

0.1

05:00

0.11764706

1 QMH

Al ubicar el QMH, se realiza un cociente entre este valor y los restantes, encontrando así el factor de consumo correspondiente para cada intervalo de tiempo. Luego se procede a crear la curva en Epanet:

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1. ir al visor, seleccionar datos y dar click sobre curvas de modelación. 2. luego seleccionar en la parte inferior la opción Añadir.

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3. se abrirá un cuadro de dialogo “Editor Curva de Modelación” en las casillas superiores, se pondrán los factores ya determinados y automáticamente se formara la curva, (la casilla 1 corresponde a la 6:00 horas), por ultimo daremos la opción guardar.

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