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TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O. TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O.

Diseño de un Sistema de Diseño de un Sistema de Vigilancia de la Calidad del Vigilancia de la Calidad del

Agua Potable Urbana Agua Potable Urbana (SVCAPU)(SVCAPU)

Estrategia para el desarrollo Estrategia para el desarrollo

de modelos de simulaciónde modelos de simulación


Sistema de Vigilancia Sistema de Vigilancia (SVCAPU(SVCAPU))

Interés inicial del ERSP por identificar sitios Interés inicial del ERSP por identificar sitios de muestreo utilizando modelos de muestreo utilizando modelos matemáticos de calidad del aguamatemáticos de calidad del agua

Bibliografía reciente sobre el temaBibliografía reciente sobre el tema

Anexo A del proyectoAnexo A del proyecto

Especial enfoque en el uso de modelosEspecial enfoque en el uso de modelos


Modelos de simulaciónModelos de simulación

ModeloModelo.. Representación de una red hidráulica Representación de una red hidráulica existente mediante un software y la información que existente mediante un software y la información que describe ladescribe la red. red.

CalibraciónCalibración.. Es el procedimiento de realizar ajustes Es el procedimiento de realizar ajustes a los parámetros del modelo (rugosidad, demandas, a los parámetros del modelo (rugosidad, demandas, fugas, controles, niveles en tanques, etc.) para que se fugas, controles, niveles en tanques, etc.) para que se obtengan resultados que representen mediciones obtengan resultados que representen mediciones reales con cierto grado de exactitud.reales con cierto grado de exactitud.

SimulaciónSimulación.. Son los resultados que ofrece un Son los resultados que ofrece un modelo calibrado y que representan con cierto nivel modelo calibrado y que representan con cierto nivel de confiabilidad las condiciones de operación reales de confiabilidad las condiciones de operación reales de una redde una red

DefinicionesDefiniciones



Es una herramienta que permite entender Es una herramienta que permite entender el comportamiento de un sistema el comportamiento de un sistema complejo y con la que es posible simular complejo y con la que es posible simular el com-portamiento del sistema en el com-portamiento del sistema en diferentes situaciones hipotéticasdiferentes situaciones hipotéticas



Modelo hidráulicoModelo hidráulico Flujo en cada tubo, presión Flujo en cada tubo, presión

en cada nodoen cada nodo Procedencia del aguaProcedencia del agua Edad del aguaEdad del agua Concentración de Concentración de

componentes no reactivoscomponentes no reactivos

La calibración puede tener La calibración puede tener diferentes niveles de exactituddiferentes niveles de exactitud

Parámetros hidráulicos que funcionan como indicadores de la calidad del agua



Modelo de calidad del aguaModelo de calidad del agua

Concentración de componentes reactivosConcentración de componentes reactivos

Las variaciones son ocasionadas por advección Las variaciones son ocasionadas por advección (modelo hidráulico) y reacciones fisicoquímicas(modelo hidráulico) y reacciones fisicoquímicas

Forma de estudiar las variaciones temporales y Forma de estudiar las variaciones temporales y espaciales de la calidad del aguaespaciales de la calidad del agua


Modelos de simulaciónModelos de simulaciónAplicacionesAplicaciones

Control del sistemaControl del sistema El El controlcontrol se consigue cuando se comprende se consigue cuando se comprende

el comportamiento del agua en la red y es el comportamiento del agua en la red y es posible modificar ese comportamiento.posible modificar ese comportamiento.

Ejemplo: sectorización en MéxicoEjemplo: sectorización en México VigilanciaVigilancia

Ejemplo: EPA y BrasilEjemplo: EPA y Brasil



Aplicación en controlAplicación en control

Sectorización en Ciudad de Sectorización en Ciudad de MéxicoMéxico SectorSector: porción de la red secundaria aislada del resto : porción de la red secundaria aislada del resto

de la red hidráulica del sistemade la red hidráulica del sistema Los modelos se utilizaron para diseñar los sectores y Los modelos se utilizaron para diseñar los sectores y

estimar reducción de fugasestimar reducción de fugas Ahorro gracias al control de presión y el control Ahorro gracias al control de presión y el control

activo de fugas (ALC)activo de fugas (ALC)

Aplicación en controlAplicación en controlReducción de fugas de fondoReducción de fugas de fondo




Aplicación en vigilanciaAplicación en vigilancia

Etapa 2 del reglamento DBPR Etapa 2 del reglamento DBPR elaborado por la USEPAelaborado por la USEPA Atender los puntos de mayor riesgoAtender los puntos de mayor riesgo Evaluación inicial del sistema (IDSE) mediante el Evaluación inicial del sistema (IDSE) mediante el

uso de modelos hidráulicosuso de modelos hidráulicos Recomiendan utilizar edad del aguaRecomiendan utilizar edad del agua


Modelos de simulaciónModelos de simulaciónAplicación en vigilancia Caso BrasilAplicación en vigilancia Caso Brasil

Fuente: Vasconcelos et al.


Modelos de simulaciónModelos de simulaciónCostos del modeloCostos del modelo

Elaboración del modeloElaboración del modelo Catastro actualizado y digitalizadoCatastro actualizado y digitalizado Personal capacitado en la elaboración de modelosPersonal capacitado en la elaboración de modelos Equipo de cómputo y softwareEquipo de cómputo y software

Calibración hidráulica del modeloCalibración hidráulica del modelo Mediciones continuas de flujo y presión (macromedición)Mediciones continuas de flujo y presión (macromedición) Capacidad y patrón de flujo en los tanques del sistemaCapacidad y patrón de flujo en los tanques del sistema Curvas de operación de los equipos de bombeoCurvas de operación de los equipos de bombeo Registro del consumo (micromedición)Registro del consumo (micromedición) Estudios con trazadoresEstudios con trazadores


Modelos de simulaciónModelos de simulaciónCostos del modeloCostos del modelo

Calibración de calidad del aguaCalibración de calidad del agua Análisis continuos de los componentes a simularAnálisis continuos de los componentes a simular Estudio de laboratorio para determinar coeficientes Estudio de laboratorio para determinar coeficientes

de decaimientode decaimiento Mantenimiento del modeloMantenimiento del modelo

Actualizar cuando se realicen cambios en la redActualizar cuando se realicen cambios en la red Verificar constantemente contra mediciones en Verificar constantemente contra mediciones en

campocampo


Aplicación en vigilanciaAplicación en vigilancia

Sólo es redituable si también se Sólo es redituable si también se utilizan en acciones de controlutilizan en acciones de control

El sistema de vigilancia funciona más El sistema de vigilancia funciona más eficientemente en sistema eficientemente en sistema controladoscontrolados

Por esto: se propone una estrategia de desarrollo de modelos a partir de su aplicación en el control de sistemas


Estrategia de desarrolloEstrategia de desarrollo

•Desarrollo gradualDesarrollo gradual•Considera el estado de Considera el estado de

desarrollo actual del desarrollo actual del sistemasistema

•Cada actividad Cada actividad requerida para elaborar requerida para elaborar el modelo trae el modelo trae beneficios inmediatosbeneficios inmediatos

•Se explican los Se explican los beneficios del uso de beneficios del uso de modelos en actividades modelos en actividades de controlde control

Características de la Características de la estrategia de desarrollo de estrategia de desarrollo de modelosmodelos


Cat

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(Beneficios)

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Localización de problemas y separación de responsabilidades

Proyectos de grandes desarrollos

Proyecto de sectorización

Reducción del consumo, cobro acertado

Reparaciones más rápidas, planeación más precisa

Planeación de redes primarias a largo plazo

Herramienta para reducir pérdidas, planeación de desarrollos puntualesBalance de agua para conocer pérdidas,

obtención de indicadores de desempeño

Herramienta para optimizar el muestreo en vigilancia de la calidad

Cal

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Beneficios inmediatosBeneficios inmediatos

Guías de la Guías de la estrategia:estrategia:--ModelosModelos--SectorizaciónSectorización


Estrategia de desarrolloEstrategia de desarrolloFase de desarrollo Actividades

Fase preliminar Definición de sectores conceptuales

Fase IModelo hidráulico

Micro y macromedición

Digitalización del catastro

Elaboración de modelos hidráulicos para aplicaciones de planeación (de la red primaria, de estado estacionario)

Fase IISimulación hidráulica

Modelos de simulación de la red secundariaSectorización de la red secundariaCalibración de los modelos hidráulicos (EPS)

Fase IIISimulación de calidad del

agua

Control activo de fugas (ALC) Calibración de calidad del agua

Estudios de calidad del agua

Fase IVMantenimiento del modelo

Actualización de los modelos y mejora de la exactitud de sus simulacionesAplicaciones en actividades avanzadas de control


Sectorización conceptualSectorización conceptual

Sector conceptual: sector identificado en Sector conceptual: sector identificado en planos que se convertirá en un sector de planos que se convertirá en un sector de red secundariared secundaria

El El sectorsector como unidad geográfica básica como unidad geográfica básica del SV: espacio que ocupa la población del SV: espacio que ocupa la población que se ve afectada por un conjunto que se ve afectada por un conjunto único de factores de riesgoúnico de factores de riesgo

El sector conceptual definirá los sitios de El sector conceptual definirá los sitios de muestreo inicialesmuestreo iniciales

La sectorización sirve a los objetivos del La sectorización sirve a los objetivos del control y la vigilanciacontrol y la vigilancia


Fase I: Modelo hidráulicoFase I: Modelo hidráulico

Micro y macro mediciónMicro y macro medición

Catastro digitalizadoCatastro digitalizado

Elaboración de modelos hidráulicos Elaboración de modelos hidráulicos para planeación (Estado para planeación (Estado estacionario)estacionario)


Fase II: Simulación Fase II: Simulación hidráulicahidráulica

Modelo de simulación red secundariaModelo de simulación red secundaria

Sectorización físicaSectorización física

Calibración de modelos hidráulicosCalibración de modelos hidráulicos

Control activo de fugasControl activo de fugas


Fase III: Simulación de calidad Fase III: Simulación de calidad del aguadel agua

Calibración de calidad del aguaCalibración de calidad del agua

Control de DBPsControl de DBPs

Estudios de calidad del agua Estudios de calidad del agua (Cl residual)(Cl residual)


Fase IV: Mantenimiento del Fase IV: Mantenimiento del modelo calibradomodelo calibrado

Actualización del catastroActualización del catastro

Actualización del modelo y mejora Actualización del modelo y mejora de la exactitud de sus de la exactitud de sus simulacionessimulaciones


Análisis costo-beneficioAnálisis costo-beneficio

Concepto Cantidad Comentarios

Porcentaje de ahorro de agua estimado 15% Sobre demanda total

Costo para desarrollo del modelo (sectorización) (Balboas/Km2) 60,000.00

Experiencias en México

Costo del agua (Balboas/m3) 0.30 Costo promedio

Densidad de población (hab/Km2) 13,000

Dotación (L/hab/día) 400

Dotación por km2 (Lps) 60

Ahorro por km2 (Lps) 9

Ahorro anual (Balboas/Km2) 85,410.00


Software EPANETSoftware EPANET• Programa de

trabajo

• Gratuito

• El mismo “engine” que los software comerciales

• Posibilidad de modificar el código fuente para personalizar el programa


Software WaterCADSoftware WaterCAD• Programa de captura y análisis

• Es compatible con EPANET

• Buen servicio de atención al cliente y asistencia en línea en Latinoamérica (atienden en español).

• Tienen programado un curso a realizarse en la ciudad de Panamá para el año 2004.

• Su costo es similar al resto de los programas o softwares equivalentes que tienen interfase CAD.


Elaboración del modelo Elaboración del modelo hidráulico de “El Fortínhidráulico de “El Fortín””

LARRY LAUNELAGO

V. REDUCTORA ø 2"

REDUDTOR ø=2"114 VS 35267 PSI

REDUDTOR ø=6"114 Vs 40 PSI

REDUDTOR ø=3"114 VS 40188 PSI

MEDIDOR ø=6"V/REDUCTORA ø=4"114 Vs 20 PSI

V. REDUDTOR ø=2"114 Vs 40 PSI

REDUCTOR ø=2"114 Vs 30 PSI

MEDIDOR ø=3"V/REDUCTORA ø=6"90 Vs20 PSI

V. REDUCTORA ø 2"

VALVULA DE ø=2"ALIVIO

MEDIDORES ø 6"

• Empresa Altos de Empresa Altos de VistamaresVistamares

• Información sobre su Información sobre su infraestructura infraestructura hidráulicahidráulica

• Se elaboró el modelo Se elaboró el modelo hidráulicohidráulico

• Falta poca Falta poca información para información para realizar la calibración realizar la calibración hidráulicahidráulica

• Se realizó un Se realizó un ejercicio de ejercicio de calibración con calibración con información información hipotéticahipotética


CalibraciónCalibración

40

45

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00:0

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0:00

SimuaciónMedición


Simulación de residual de ClSimulación de residual de Cl

Chemical for Node NODO39

Time (hours)14013513012512011511010510095908580757065605550454035302520151050

Che

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al (

mg/

L)

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0.0


ResumenResumen El uso de modelos en vigilancia es útil, pero el El uso de modelos en vigilancia es útil, pero el

desarrollo de modelos es una tarea que desarrollo de modelos es una tarea que demanda muchos recursos.demanda muchos recursos.

Por este motivo se propuso la Por este motivo se propuso la estrategia de estrategia de desarrollodesarrollo de modelos que propone un trabajo de modelos que propone un trabajo gradual y resalta lo beneficios en control.gradual y resalta lo beneficios en control.

Se propone la Se propone la sectorizaciónsectorización como una estrategia como una estrategia de control y con aplicaciones en la vigilancia.de control y con aplicaciones en la vigilancia.

Como parte de la estrategia se seleccionaron los Como parte de la estrategia se seleccionaron los software con que se desarrollarán los modelos, software con que se desarrollarán los modelos, se capacitó al personal del ERSP en su uso y se se capacitó al personal del ERSP en su uso y se adquirió una licencia de WaterCAD.adquirió una licencia de WaterCAD.

tds consulting inc./ing.j. eugenio barrios o. diseño de un sistema de vigilancia de la calidad del...

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