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CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009
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.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
TRABAJO DE GRADO
Autor:
Br. Baradat C, Victor E.
CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009
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.
______________________ ______________________
TUTOR ACADÉMICO TUTOR INDUSTRIAL
Ing. Liliana Aponte Ing. Lionelo Espina
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO
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.
CIUDAD GUAYANA, AGOSTO DE 2009
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:
_________________________
Jurado Ing. Edgar Gutiérrez
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRÁCTICA PROFESIONAL DE GRADO
_________________________
Jurado Ing. Jesús Ferrer
ii
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.
iii
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.
iv
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.
v
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
vi
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
vii
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
viii
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
ix
CONCLUSIONES .............................................................................................. 104
RECOMENDACIONES ...................................................................................... 106
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 108
ANEXOS ............................................................................................................ 109
x
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
xi
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
xii
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
xiii
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
14
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.
15
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.
16
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
17
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.
18
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.
19
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).
20
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.
21
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.
22
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.
23
• 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.
• 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.
2.4 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
24
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.
25
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
26
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).
27
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
28
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
29
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.
30
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
31
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:
32
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:
33
2.13.1 Factor de Fricción
Blasius propone la siguiente expresión de f para tubería lisa:
0,3164 · , 2.3
Válida para Re = 3 -103 105.
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:
34
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.
35
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 Hazen-
Williams, 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.
36
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
37
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
38
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.
39
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.
40
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.
41
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.
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.
264 ‐ 793423 ‐ 5283 ‐ 5
Manuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A.
1 ‐ 2185 ‐ 31711 ‐ 167 ‐ 1111 ‐ 16
106 ‐ 15953 ‐ 159106 ‐ 21111 ‐ 26
3 ‐ 52 ‐ 3
79 ‐ 13253 ‐ 106
1.000 ‐ 3.0001.600 ‐ 2.000
10 ‐ 20
2 ‐ 6700 ‐ 1.20040 ‐ 6025 ‐ 4040 ‐ 60
400 ‐ 600200 ‐ 600400 ‐ 80040 ‐ 100
10 ‐ 206 ‐ 10
300 ‐ 500200 ‐ 400
LavanderíaAlmacénCine
Restaurante CampestreHospitalOficinaRestaurante PromedioEscuela
MotelApartamento con medidorApartamento sin medidorFábrica
Aeropuerto, por pasajeroSala de reuniones, por asientoCon agua municipal y suministro sin medidorHotel
ACTIVIDAD INTERVALO DE CAUDALLitros / persona Galones / persona
42
Tabla 2.2: Requisitos Normales de Caudal en caso de Incendio
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.
1 U.S. galon x 3,7854 = litrosManuales de Distribución de Agua Larry W. Mays, adaptado de normas A.W.W.A.
500‐2.0001.500‐3.0002.500‐5.0003.500‐10.0002.500‐15.000
Residencial UnifamiliarResidencial Multifamiliar
ComercialIndustrial
Distrito Central de Negocios
CAUDAL DE INCENDIO REQUERIDO (gal/m3)USO DEL SUELO
43
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
44
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:
45
· 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.
46
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,
47
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.
48
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
49
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
50
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.
51
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.
52
• 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 200-50K, y una (1) bomba centrífuga horizontal, Marca: KSB, tipo: ETA 150-50K.
2.15.4.2 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".
53
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
54
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
55
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.
56
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
57
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:
58
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.
59
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).
60
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..
61
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.
62
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.
63
• 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.
64
• 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.
65
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.).
66
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.
67
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 HABITANTES
TOTALES
ACH 739.492,80 73,95 5.176
238.595
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
68
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 HABITANTES
TOTALES AR2 7.386. 986,26 738,70 110.805
219.661 AR1 6.726.341,94 672,63 50.448
NDR3 3.893.933,86 389,39 58.409
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 HABITANTES
TOTALES AR4 932.641,70 93,26 27.979
228.393 AR3 3.852.875,01 385,29 77.058
AR2 8.223.742,55 822,37 123.356
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
HABITANTES TOTALES
AR3 2.006.246,55 200,62 40.125
187.705 AR2 9.692.482,53 969,25 145.387
NDR4 109.636,51 10,96 2.193
Tabla 4.6: Ámbito Urbano Intermedio 5 (A.U.I. 5) Parroquia José A. Páez. TIPOS DE
ÁREAS ÁREAS
TOTALES (m2) ÁREAS
TOTALES (Há) HABITANTES
TOTALES POR ÁREA HABITANTES
TOTALES AR1 5.524.405,31 552,44 41.433
84.995 IE 823.093,73 82,31 0
NDI 5.079.742,64 507,97 0
NDR1 5.808.306,38 580,83 43.562
69
Tabla 4.7: Ámbito Urbano Intermedio 6 (A.U.I. 6) Parroquia Agua Salada. TIPOS DE
ÁREAS ÁREAS
TOTALES (m2) ÁREAS
TOTALES (Há) HABITANTES
TOTALES POR ÁREA HABITANTES
TOTALES AR3 1.917.508,37 191,75 38.350
252.206 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
4.1 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 ñ ó ñ · 1 4.1
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.
70
ó 24.762 habitantes.
0,022 (2,2%).
37 años.
ó ñ 24.762 · 1 0,022
ó ñ 55.395 Habitantes.
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:
71
% ó ñ
· 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. DISTRIBUCIÓN AÑOS DE ESTUDIO
P.O.U 2008 2018 2028 2038
1 Habitantes 60.711 75.471 93.818 116.626 238.596
% de Ocupación 25 32 39 49 100
2 Habitantes 54.639 67.923 84.435 104.962 219.661
% de Ocupación 25 31 38 48 100
3 Habitantes 28.836 35.847 44.562 55.395 228.393
% de Ocupación 13 16 20 24 100
4 Habitantes 85.820 106.684 132.619 164.860 187.705
% de Ocupación 46 57 71 88 100
5 Habitantes 35.620 44.279 55.044 68.426 84.995
% de Ocupación 42 52 65 81 100
6 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 .· Á 4.3
72
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
% DE OCUPACIÓN
A.C.H Háb./ Há
A.R.4 Háb./ Há
A.R.3 Háb./ Há
A.R.2 Háb./ Há
N.D.R.3 Háb./ Há
P.O.U. 100 70 300 200 150 150
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
% DE OCUPACIÓN
A.R.2 Háb./ Há
A.R.1 Háb./ Há
N.D.R.3 Háb./ Há
P.O.U. 100 150 75 150
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
% DE OCUPACIÓN
A.R.4 Háb./ Há
A.R.3 Háb./ Há
A.R.2 Háb./ Há
P.O.U. 100 300 200 150
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
% DE OCUPACIÓN
A.R.3 Háb./ Há
A.R.2 Háb./ Há
N.D.R.4 Háb./ Há
P.O.U. 100 200 150 200
2038 88 176 132 176
2028 71 142 107 142
2018 57 114 86 114
73
Tabla 4.14: Densidades Estimadas del A.U.I.5 para el Período de Estudio. AÑO DE ESTUDIO
% DE OCUPACIÓN
A.R.1 Háb./ Há
N.D.R.1 Háb./ Há
P.O.U. 100 75 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
% DE OCUPACIÓN
A.R.3 Háb./ Há
A.R.2 Háb./ Há
N.D.R.4 Háb./ Há
P.O.U. 100 200 150 200
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
TOTAL DE HABITANTES 59649 76351 95438 116912
74
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
TOTAL DE HABITANTES 86344 106991 133269 165179
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
75
Tabla 4.21: Población Estimada del A.U.I.6 para el Período de Estudio.
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
4.2 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:
76
Tabla 4.22: Población Estimada para el Subsistema A.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.2 (A.U.I.3) 715 13943 17160 21450 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
N.D.R.1 (A.U.I. 5) 171,5 5418 6708 8385 10449
TOTAL 37001 45719 57093 70052
Tabla 4.23: Población Estimada para el Subsistema B. TIPO DE ÁREAS
ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.4 (A.U.I.3) 18 702 864 1080 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
TOTAL 12792 15744 19680 23616
Tabla 4.24: Población Estimada para el Subsistema C.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.4 (A.U.I.3) 70 2370 3360 4200 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
TOTAL 49630 63392 79240 96964
Tabla 4.25: Población Estimada para el Subsistema D. TIPO DE ÁREAS
ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.2 (A.U.I.3) 336 23184 28728 35784 44352
TOTAL 23184 28728 35784 44352
77
Tabla 4.26: Población Estimada para el Subsistema J y K. TIPO DE ÁREAS
ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.4 (A.U.I.3) 7 273 336 420 504
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
TOTAL 13753 16157 18917 22012
Tabla 4.27: Población Estimada para el Subsistema E
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.3 (A.U.I.4) 201 18492 22914 28542 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
TOTAL 46945 58196 72493 89836
Tabla 4.28: Población Estimada para el Subsistema H´.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.3 (A.U.I.6) 192 10752 13440 16512 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
TOTAL 40222 50278 61770 76135
Tabla 4.29: Población Estimada para el Subsistema H.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.2 (A.U.I.6) 472 19824 24780 30444 37524
N.D.R.4 (A.U.I.6) 63 3528 4410 5418 6678
TOTAL 23352 29190 35862 44202
78
Tabla 4.30: Población Estimada para el Subsistema F´.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.2 (A.U.I.6) 136 5712 7140 8772 10812
N.D.R.4 (A.U.I.6) 37 2072 2590 3182 3922
I.E. 92 0 0 0 0
TOTAL 7784 9730 11954 14734
Tabla 4.31: Población Estimada para el Subsistema F.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.1 (A.U.I.5) 315 9923 12285 15356 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
TOTAL 29669 36740 45887 61468
Tabla 4.32: Población Estimada para el Subsistema L.
TIPO DE ÁREAS ÁREAS (Há)
2008 (Habitantes)
2018 (Habitantes)
2028 (Habitantes)
2038 (Habitantes)
A.R.3 (A.U.I.1) 55 2750 3520 4400 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
TOTAL 57706 71666 87934 110906
79
Tabla 4.33: Población Total para cada Subsistema.
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
4.3 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)
80
Los resultados de estos cálculos se presentan en las siguientes tablas:
Tabla 4.34: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2008.
SUBSISTEMA POBLACIÓN (Hab)
ÁREA INDUSTRIAL(Há)
GASTO(Lps)
ALMACENAMIENTOREQUERIDO (m3)
A 37001 0 137,67 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
Tabla 4.35: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2018.
SUBSISTEMA POBLACIÓN (Hab)
ÁREA INDUSTRIAL(Há)
GASTO(Lps)
ALMACENAMIENTOREQUERIDO (m3)
A 45719 0 170,11 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
81
Tabla 4.36: Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2028.
SUBSISTEMA POBLACIÓN (Hab)
ÁREA INDUSTRIAL(Há)
GASTO(Lps)
ALMACENAMIENTOREQUERIDO (m3)
A 57093 0 212,43 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
Tabla 4.37 Caudales Requeridos para cada Subsistema año 2038.
SUBSISTEMA POBLACIÓN (Hab)
ÁREA INDUSTRIAL(Há)
GASTO(Lps)
ALMACENAMIENTOREQUERIDO (m3)
A 70052 0 260,65 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
82
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.
83
• 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.
84
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).
85
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.
86
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).
87
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.
88
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).
89
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
90
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.
91
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).
92
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.
93
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.
94
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).
95
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).
96
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.
97
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.
98
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
99
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).
5.2 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:
1,00 2,00 4,00
1/2 12,7 0,840 0,622 0,2 0,4 0,83/4 19,1 1,049 0,824 0,3 0,7 1,41 25,4 1,315 1,049 0,6 1,1 2,2
1 1/2 38,1 1,900 1,610 1,3 2,6 5,32 50,8 2,375 2,067 2,2 4,3 8,73 76,2 3,500 3,068 4,8 9,5 19,14 101,6 4,500 4,026 8,2 16,4 32,96 152,4 6,625 6,065 18,6 37,3 74,68 203,2 8,625 7,981 32,3 64,6 129,110 254,0 10,750 10,020 50,9 101,7 203,512 304,8 12,750 12,090 74,1 148,1 296,314 355,6 14 13,250 89,0 177,9 355,816 406,4 16 15,250 117,8 235,7 471,418 457,2 18 17,250 150,8 301,6 603,120 508,0 20 19,250 187,8 375,5 751,124 609,6 24 23,250 273,9 547,8 1095,628 711,2 28 27,250 376,3 752,5 1505,530 762,0 30 29,250 433,5 867,0 1734,136 914,4 36 35,250 629,6 1259,2 2518,542 1066,8 42 41,250 862,2 1724,4 3448,848 1219,2 48 47,250 1131,3 2262,5 4525,054 1371,6 54 53,250 1436,8 2873,6 5747,260 1524,0 60 59,250 1778,8 3557,7 7115,370 1778,0 70 69,250 2429,9 4859,9 9719,8
Ø Nominal (Pulg)
Ø Nominal (mm)
Ø Exterior (Pulg)
Ø Interior (Pulg)
Caudales (Lps)
Velocidad (m/s)
100
• 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
m3.
• 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.
101
• 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.).
102
• 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.
103
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.
104
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
105
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.
106
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.
107
• 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.
108
BIBLIOGRAFÍA
[1] MAYS, LARRY W. Manual de Sistemas de Distribución de Agua. McGraw-Hill. 2004.
[2] Universidad Politécnica de Valencia. Manual EPANET en Español. Valencia, España, 2000.
[3] 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.
109
ANEXOS
110
TANQUE C (CENTRO)
EQUIPOS TANQUE C (CENTRO)
111
EQUIPOS TANQUE B (URB. VISTA HERMOSA)
ESTACION DE BOMBEO MI CAMPITO
112
ESTACIÓN DE BOMBEO NODO Y
TANQUE A (SECTOR LA PARAGUA)
113
CURVA DE BOMBA: CAJA DE AGUA, NIVEL ALTO
114
CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, AC. CD. BOLIVAR
115
CURVA DE BOMBA: SISTEMA J, CAJA DE AGUA, NIVEL BAJO
116
CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, CD. BOLIVAR
117
CURVA DE BOMBA: ESTANQUE C, CD. BOLIVAR
118
CURVA DE BOMBA: NODO “Y” CIUDAD BOLÍVAR
119
CURVA DE BOMBA: ESTACIÓN LA SABANITA CIUDAD BOLÍVAR
120
CURVA DE BOMBA ESTACIÓN AGUA SALADA (RED ALTA LOS PRÓCERES)
121
CURVA DE BOMBA ESTACIÓN AGUA SALADA (RED BAJA LOS PRÓCERES)
122
123
124
CURVA DE MODULACIÓN DE CONSUMO, MULTIPLICADORES DE DEMANDA VERSUS TIEMPO (INOS 1965)
