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Integracin al sistema de agua Cazalagarto Jipijapa, mediante criterios de modelacin hidrulica
Integration to the Cazalagarto Jipijapa water system, through hydraulic modeling criteria
Integrao ao sistema hdrico Cazalagarto Jipijapa, atravs de critrios de modelagem hidrulica
Correspondencia: lino-byron1528@unesum.edu.ec
Ciencias Tcnicas y Aplicadas
Artculo de Investigacin
* Recibido: 23 de febrero de 2023 *Aceptado: 14 de marzo de 2023 * Publicado: 04 de abril de 2023
I. Ingeniero Civil. Universidad Estatal del Sur de Manab. Jipijapa, Manab, Ecuador.
II. Magister en Hidrulica mencin en Diseos de obras hidrulicas, Ingeniero Civil Docente de la Carrera de Ingeniera Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab, Jipijapa Manab, Ecuador.
III. Magister en Geotecnia, Ingeniero Civil, Docente de la Carrera de Ingeniera Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab. Jipijapa, Manab, Ecuador.
Resumen
El presente artculo se refiere a la integracin de un sistema de agua considerando que, es cada vez ms habitual el uso de sistemas de alerta temprana que permitan pronosticar la evolucin de niveles de agua en lnea. La presente investigacin est orientada a realizar la integracin del sistema de agua Cazalagarto Jipijapa mediante criterios de modelacin hidrulica con la aplicacin del software WaterCad. La investigacin fue emprica y bibliogrfica junto con los mtodos de investigacin inductivo y documental, para la poblacin y muestra se tomaron datos del censo poblacional. Los resultados en etapas u obras realizadas fueron conduccin, tratamiento, almacenamiento, y distribucin del lquido en cada uno de los circuitos y subcircuitos, desde la fuente natural o subterrnea, hasta llegar al usuario que sea favorecido por este sistema. Finalmente, se estableci como parmetro principal de esta modelacin un criterio hidrulico que tienen como propsito: regular y determinar el control del servicio ptimo y contino al sistema de agua desde la captacin, hasta fortalecer los circuitos de distribucin del cantn Jipijapa.
Palabras claves: sistema; agua; modelacin hidrulica; waterCad.
Abstract
This article refers to the integration of a water system considering that the use of early warning systems that allow forecasting the evolution of water levels online is increasingly common. The present investigation is oriented to carry out the integration of the Cazalagarto - Jipijapa water system through hydraulic modeling criteria with the application of the WaterCad software. The research was empirical and bibliographic along with inductive and documentary research methods, for the population and sample data from the population census were taken. The results in stages or works carried out were conduction, treatment, storage, and distribution of the liquid in each of the circuits and subcircuits, from the natural or underground source, until reaching the user who is favored by this system. Finally, a hydraulic criterion was established as the main parameter of this modeling with the purpose of: regulating and determining the control of the optimal and continuous service to the water system from the catchment, to strengthening the distribution circuits of the Jipijapa canton.
Keywords: system; water; hydraulic modeling; waterCad.
Resumo
Este artigo refere-se integrao de um sistema de gua considerando que cada vez mais comum a utilizao de sistemas de alerta precoce que permitem prever a evoluo dos nveis de gua online. A presente investigao est orientada para realizar a integrao do sistema de gua Cazalagarto - Jipijapa atravs de critrios de modelagem hidrulica com a aplicao do software WaterCad. A pesquisa foi emprica e bibliogrfica com mtodos de pesquisa indutiva e documental, para a populao e amostra de dados do censo populacional foram tomadas. Os resultados nas etapas ou trabalhos realizados foram conduo, tratamento, armazenamento e distribuio do lquido em cada um dos circuitos e subcircuitos, desde a fonte natural ou subterrnea, at chegar ao usurio que favorecido por este sistema. Finalmente, estabeleceu-se um critrio hidrulico como parmetro principal desta modelagem com a finalidade de: regular e determinar o controle do servio timo e contnuo ao sistema de gua desde a captao, at fortalecer os circuitos de distribuio do canto de Jipijapa.
Palavras-chave: sistema; gua; modelagem hidrulica; guaCad.
Introduccin
Al ser el agua un elemento indispensable para la existencia juega un papel fundamental en cualquier actividad que se realice, al ingerirse nos provee de vitalidad y mantiene nuestro cuerpo hidratado negando el paso a enfermedades que se pueden presentar en los rganos internos que poseemos.
La red de distribucin que permite el abastecimiento de agua potable fue construida inicialmente por el Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias IEOS en el ao 1974 responsable de la dotacin de agua y saneamiento del Ecuador. Hasta que en el ao 2021 PRAGUAS comenz a brindar asistencia tcnica para fortalecer las capacidades de abastecimiento en estas ciudades. Estas se basaron en el crecimiento urbano de la ciudad, en su mayora las lneas de conduccin se realizaron con tuberas de PVC sin investigacin previa. Actualmente, las tuberas originales han sido reemplazadas en algunas reas, pero las tuberas de fibrocemento an existen (Alay, 2019).
Por consiguiente, el flujo de agua potable de Ecuador ha aumentado excesivamente en los ltimos aos, pero la fuerza de los flujos de agua en las reas rurales y urbanas es de calidad particularmente baja, lo que indica una falta de servicios de entrega debido a la falta de agua, escasez y limitaciones. Por la falta de recursos nacionales y falta de autogobierno de las administraciones descentralizadas en ciertos sectores han originado una presencia de enfermedades, desaparicin de especies vegetales y animales, por la calidad de agua que consumen a falta de la misma.
La importancia de este trabajo radica en la necesidad de realizar la integracin del sistema de agua Cazalagarto Jipijapa mediante criterios de modelacin hidrulica. El estudio incluye determinar los parmetros hidrulicos necesarios para la integracin del sistema, analizar la informacin existente y la realizacin de la modelacin hidrulica con la aplicacin del software WaterCad.
Desarrollo
Agua
El agua est formada por dos componentes, hidrgeno y oxgeno. Cada molcula de agua contiene dos partes de hidrgeno y una parte de oxgeno, por lo que la frmula es la misma que H2O. El agua es el nico elemento que existe en la naturaleza en forma slida, lquida y gaseosa (Funcagua, 2020).
El agua potable est definida por las directrices de calidad de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) como "suficiente para el consumo humano y todos los hbitos domsticos, incluida la higiene personal". Es agua que no contiene microorganismos causantes de enfermedades peligrosas para la salud. El control microbiolgico de la calidad del agua para consumo humano (ACH) requiere el anlisis de microorganismos patgenos. Esto es difcil debido a la amplia variedad de bacterias patgenas que se pueden cultivar, la complejidad de las pruebas de aislamiento, la baja concentracin y la alta agresividad. Necesita especies y laboratorios dedicados; adems del anlisis de varios das y el alto costo (Pulls, 2014).
El agua, como necesidad humana bsica
El agua se considera una necesidad humana bsica porque es un elemento esencial y fundamental de la vida. Los requisitos humanos de agua no se limitan a la disponibilidad de agua suficiente para beber, sino que este recurso tambin es esencial para cocinar alimentos, la higiene personal y las funciones higinicas. A travs de una encuesta, la Organizacin Mundial de la Salud determin la cantidad mnima de agua necesaria por persona por da. La cifra de 50 litros de agua por persona es generalmente aceptada a nivel internacional, aunque existen otros documentos con diferentes cantidades. El agua utilizada para el consumo y preparacin de alimentos debe ser apta para beber, y el resto del agua, que corre a pesar de la gran cantidad de agua, debe estar al menos limpia. Toda persona tiene derecho a beber agua en cantidad y calidad suficientes para sus necesidades bsicas, independientemente de las condiciones de desarrollo, econmicas y sociales. Todos reconocen que la disponibilidad de este elemento de la humanidad es necesaria para su vida y desarrollo integral como miembro de un organismo individual o social (Moreno, 2008). Mltiples son los beneficios que aporta este elemento vital, entre ellos son: generar y mantener el crecimiento econmico mediante actividades como la agricultura, la pesca comercial, la generacin de energa, la industria, el transporte y el turismo (Paredes, 2011).
Sistema de abastecimiento de agua potable
El sistema de suministro de agua potable es un conjunto de instalaciones que ponen el agua a disposicin de la comunidad para usos domsticos, pblicos, industriales y otros. El agua suministrada debe ser en cantidad suficiente y de la mejor calidad, desde el punto de vista fsico, qumico y bacteriolgico. Se disea de acuerdo a las funciones y necesidades requeridas para el rea a suministrarse cumpliendo con las normas ya establecidas para la potabilizacin del agua (Bances & Burga, 2018).
Fuente de abastecimiento
La fuente de agua es un elemento clave en el diseo de un sistema de suministro de agua potable y su ubicacin, tipo, cantidad y calidad deben determinarse antes de emprender cualquier accin. Se consideran dos tipos de sistemas, gravedad y bombeo, segn la ubicacin y naturaleza de la fuente y la topografa del suelo. Al disear un sistema de suministro de agua para el hogar, es importante elegir la fuente de agua correcta o la combinacin correcta de fuentes de agua para proporcionar suficiente agua a las personas. Hay 3 fuentes principales de agua: agua de lluvia, agua superficial y agua subterrnea (Bances & Burga, 2018).
Las fuentes de abastecimiento de agua se consideran aptos para el consumo humano si cumplen con los requisitos fsicos, qumicos y bacteriolgicos mnimos requeridos por la norma. El agua que no cumple con los requisitos mnimos de potabilizacin debe ser tratada mediante un proceso que reduzca o elimine la concentracin de contaminantes. La construccin de captaciones ya sea por embalses o reservorios es el primer paso para proporcionar agua a los asentamientos humanos. El tiempo de diseo y las caractersticas de rendimiento dependen del tamao del proyecto. Para las pequeas ciudades locales, el perodo de diseo es de 15 aos y la construccin se lleva a cabo sin pasos intermedios. En las principales ciudades y capitales, el plazo de diseo es de 30 aos y es posible ampliar la cuenca (Villacis, 2018).
Captacin
La cuenca es el punto de partida de la red. El agua subterrnea se bombea desde pozos y tneles. Para aguas superficiales se utilizan salidas y cmaras de filtracin paralelas o verticales, siempre en relacin al caudal de agua (Aristegui, 2016).
Una captacin es un lugar donde se toma agua de una posible fuente. El transporte de este recurso inicia desde la cuenca hasta llegar al punto de entrega para su posterior procesamiento. El objetivo de la obra generalmente es cambiar un sistema de suministro de agua regular a un suministro de agua que vara segn las necesidades de las personas, hasta llegar al usuario con una presin adecuada. Segn CONAGUA 2003, tanto el uso comercial como la proteccin contra incendios son necesarios en reas urbanas o rurales (Fragoso, Ruiz, Flores, & Jurez, 2013).
Una cuenca es una estructura diseada para recolectar o extraer una cierta cantidad de agua de una fuente seleccionada y descargada en un sistema de agua potable. Estas estructuras se pueden utilizar tanto para aguas superficiales como subterrneas, teniendo estas ltimas un diseo de cuenca particular. Se ve as: captacin en fluviales; captacin en galeras filtrantes y captacin en pozos someros y profundos. (Lrraga, 2016)
Modelacin para la gestin del recurso hdrico
El modelado, es una simplificacin de la realidad, pero su uso se est volviendo cada vez ms popular, gracias a los beneficios que ofrece cuando el asegurado lo hace correcto y fcil de leer. En otras palabras, es una herramienta poderosa cuando se implementa de manera rigurosa, y los resultados se comunican adecuadamente entre los modeladores y los administradores en diferentes niveles (IDEAM, 2018).
Modelacin hidrulica
El modelado hidrulico busca simplificar los fenmenos naturales. Cuando una dimensin o direccin particular representa el movimiento del agua en un sistema, su evolucin generalmente se describe en trminos de la particularidad del flujo (IDEAM, 2018).
La modelizacin evolucion principalmente en el campo de la hidrulica, y se muestra que la investigacin en diseo hidrulico se ha realizado desde la antigedad a travs de pequeas representaciones de mecanismos y mquinas teniendo en cuenta los principios bsicos de la hidrulica. Sin embargo, hasta hace poco, las pruebas hidrulicas a menudo se realizaban a gran escala o en vertederos, canales, tuberas y presas construidas sobre el suelo. (Lpez, 2020)
Aplicacin y aporte de los modelos hidrulicos
En hidrulica, el modelado se utiliza para simular una situacin real que ocurre en un prototipo y quieres saber cmo funciona. Dado que el modelo y el prototipo estn relacionados, observar y estudiar el modelo es informacin esencial para comprender la naturaleza del prototipo. Para hacer esto, necesitas combinar los dos. El modelado estructural se utiliza para resolver problemas hidrulicos asociados con varias estructuras hidrulicas o sus componentes especficos, por ejemplo: desarrollar un medio energticamente eficiente para disipar la energa a nivel del ro, al pie del dique o en la salida de la esclusa, reduciendo as la erosin del lecho del ro; determinar el factor de emisin del aliviadero; desarrolla el mejor diseo de presas para diques, sifones, pozos y estructuras de descarga; disea puertos, incluyendo la seccin transversal ptima, la altura y la posicin del rompeolas, y determina la ubicacin y posicin de la entrada; disea esclusas, incluido el efecto de la corriente establecida a bordo por acciones como el bloqueo (Lpez, 2020).
WaterCad
Este software le permite realizar simulaciones hidrulicas de su red de abastecimiento local. De esta manera, an puede estudiar el consumo, el rendimiento o prdida y realizar un anlisis de red para averiguar: Cules fueron los causales que lo originaron?, al ser un programa de Escenas y Algoritmos se basa en el hecho de que se dice que todas las condiciones de contorno, diagramas de red, constituyen este escenario base particular (EADIC, 2016).
Materiales y mtodos
La presente investigacin es de tipo aplicada o comnmente llamada emprica, porque permiti conocer la situacin actual y el procesamiento y recopilacin de datos documentales necesarios que luego fueron procesados en la prctica, con el objetivo de cumplir con la modelacin hidrulica y otorgar resultados que en futuro sern un apoyo para las personas interesadas en el mejoramiento del sistema de agua potable Caza Lagarto -Jipijapa.
El nivel o tipo de investigacin fue de tipo descriptivo, porque se realiz el anlisis de las condiciones del terreno y permiti identificar para que tipo de construccin se puede utilizar, esto gracias a los ensayos que se realizaron in situ.
En el estudio realizado se utiliz el mtodo documental que incluy las normas INEN 1108 (1992), CONAGUA (2018) y (2013); tambin se aplic el mtodo inductivo que incluy: litologa, geologa, hidrologa y criterios de diseo.
Resultados
En el rea de Jipijapa, se han delineado 22 microcuencas para proporcionar fuentes de agua y abastecer al ro Jipijapa. En la cuenca receptora los principales afluentes son el Ro La Pita y Ro Caa Brava, que se fusionan con sus afluentes para formar el Rio Jipijapa (Jaramillo, 2018).
El rea de drenaje de la zona en estudio que pertenece al cantn Jipijapa, se encuentra influenciada por los ros Guayas, Portoviejo, Ayampe, Buenavista, Bravo, Canta Gallo, Jipijapa, Salaite, Caas, Valdivia, Viejo, y Javita y a las subcuencas de los ros Daule, Portoviejo, Ayampe, Buenavista, Bravo, Canta Gallo, Jipijapa, Salaite, Caas, Valdivia, Viejo, y Javita. En estas reas se delimitaron 78 microcuencas, distribuidas de la siguiente manera: 15 que alimentan las aguas del ro Daule; 4 que alimentan las aguas del ro Portoviejo; 8 que alimentan las aguas del ro Ayampe; 10 que alimentan las aguas del ro Buenavista; 6 que alimentan las aguas del ro Bravo; 4 que alimentan las aguas del ro Canta Gallo; 22 que alimentan las aguas el ro Jipijapa; 5 que alimentan las aguas del ro Salaite; 1 que alimenta las aguas del ro Caas; 1 que alimenta las aguas del ro Valdivia; 1 que alimentan las aguas del ro Viejo; 1 que alimentan las aguas del ro Javita. (GAD Jipijapa, 2015).
La lnea de conduccin Cazalagarto Jipijapa tiene una longitud de 31,76km y esta integradas por cuatros tramos. Cada uno de los tramos cuenta con una estacin de bombeo estn en paralelo a conduccin ya existente, son tres equipos los bombeos que harn su funcionamiento, dos de ellos trabajarn de manera permanente y el otro de suplencia por si uno de llegue a daarse. Estos son: Captacin Cazalagarto Las Balsas; Las Balsas Las Anonas; Las Anonas Guesbol y Guesbol - Planta de tratamiento San Manuel
Para determinar el nivel de servicio de una zona de influencia con 977 habitantes, se seleccion un sistema de conexin domiciliaria con un solo grifo. En el clculo de las prdidas de carga localizadas se ha utilizado el Mtodo de las Longitudes Equivalentes del Manual de Hidrulica de JM De Azevedo Netto. Para el clculo de las prdidas de carga localizadas se ha utilizado el Mtodo de las Longitudes Equivalentes.
Los resultados y el diseo definitivo de la conduccin Cazalagarto se muestra a continuacin:
Tabla 1
Cuadro de anlisis del sector 1
Tabla 2
Cuadro de anlisis del sector 2
Tabla 3
Cuadro de anlisis del sector 3
Tabla 4
Cuadro de anlisis del sector 4
Tabla 5
Cuadro de anlisis del sector 5
Tabla 6
Cuadro de anlisis del sector 6
Tabla 7
Cuadro de anlisis del sector 7
Tabla 8
Cuadro de anlisis del sector 8
Tabla 9
Cuadro de anlisis del sector 9
La red de distribucin de agua potable est constituida por el 40% de tuberas de asbesto cemento (AC) en mal estado, con daos promedio de cuatro por semana, problemas de fugas no controladas, derivaciones ilegales y falta de operacin y mantenimiento. La ciudad cuenta con un promedio de 4 das de servicio por mes y 3 horas de servicio por da. La red de distribucin existente no cuenta con hidrantes o bocas de fuego; por otro lado, las vlvulas de control se encuentran en mal estado (EPMAPAS-J, 2019).
La JRH identific la implementacin del diseo final del proyecto de red de distribucin de agua potable a travs de un programa de inversin en red por parte del sector de servicios. Cada departamento de servicio est alimentado por un centro de almacenamiento y opera de forma independiente. Posteriormente, estableci contrato con CORPCONS UL Ca Consulting. Ltda., para desarrollar una investigacin capaz de conducir al diseo final de la red de distribucin, ensamblada con el concepto anterior (EPMAPAS-J, 2019).
Ramal norte de Jipijapa: El Ramal Norte (N-1) parte desde el TRP-1 hacia una derivacin ubicada en la abscisa 3+019,67, en la cual se requiere conducir un caudal total de 183,88 l/s, para luego derivarse en dos ramales, el ramal N-2 se dirige hacia el centro de reserva de La Mona con una tubera de hierro dctil de 10 (existente) de 3737,79 metros, este lugar cuenta con un almacenamiento de 2900 m3 divididos en cinco tanques de reserva con un caudal a distribuir de 83,37 l/s. La derivacin hacia el sector norte de la ciudad, corresponde al ramal N-3 para abastecer a los sectores 1 y 2 (2A y 2B) con una tubera de 200 mm PVC-P de 3433,32 metros, este ramal distribuye un caudal 87,98 l/s en un volumen total de reserva de 1900 m3 repartidos en una reserva de 800 m3 del sector San Vicente y dos tanques de 300 y 800 m3 ubicados en el sector de Cristo del Consuelo (EPMAPAS-J, 2019).
Tabla 10
Evaluacin hidrulica - Ramal Norte (N-1, N-2 y N-3)
|
Ramal |
Abscisas |
Long. (m) |
Dimetro (mm) |
Capacidad de Conduccin |
QMD Requerido |
Presin C Residual (m.c.a) |
|
|
Inicio |
Fin |
||||||
|
N-1 |
0+000 |
3+019,67 |
3019,67 |
250 HD |
61,62 |
160,36 |
92,53 |
|
N-2 |
3+019,67 |
3+737,79 |
718,12 |
250 HD |
12,35 |
83,87 |
49,00 (LA MONA) |
|
N-3 |
0+000 1+301,01 |
1+301,01 3+433,32 |
1301,01 2132,31 |
200 mm PVC-P |
49,28 31,73 |
76,49 49,24 |
5,75 (R-1) 10,00 (R-2A, R-2B) |
Ramal sur de Jipijapa: El Ramal Sur parte desde el TRP-1 hacia los siguientes centros de reserva: La Mona para cubrir el dficit del ramal de llegada N-2, el cual corresponde a 71,02 l/s; El Calvario con una capacidad de almacenamiento de 1600 m3 correspondientes a dos tanques de reserva que distribuyen un caudal total de llegada de 44,33 l/s; Eloy Alfaro, capacidad de almacenamiento de 2000 m3 definidos en tres tanques de reserva para distribuir un caudal de llegada de 64,98 l/s; San Antonio con una capacidad de almacenamiento de 800 m3 de un tanque de reserva que distribuye un caudal de llegada de 31,64 l/s (EPMAPAS-J, 2019).
Este ramal tiene una longitud de 7064,51 metros en tubera de PVC-P en dimetros de 315, 250 y 160 mm que recorren en su mayor parte paralelo al ramal norte (N-1, N-2) que se dirige hacia el sector La Mona, requirindose conducir un caudal total de 211,97 l/s. La evaluacin hidrulica se realiza partiendo de la distribucin de caudales correspondiente a cada una de las reservas existentes, de lo cual se tiene el siguiente resumen (EPMAPAS-J, 2019).
Tabla 11
Evaluacin hidrulica - Ramal Sur (S-1)
|
Ramal |
Abscisas |
Long. (m) |
Dimetro (mm) |
Capacidad de Conduccin |
QMD Requerido |
Presin C Residual (m.c.a) |
|
|
Inicio |
Fin |
||||||
|
S-1 |
0+000 3+759,31 4+728,78 |
3+759,31 4+728,78 6+105,39 |
3759,31 969,47 1376,61 |
315 mm PVC-P 250 mm PVC-P 160 mm PVC-P |
80,90 55,43 38,00 |
211,97 143,26 92,27 |
48,30D 58,81E 10,00F |
|
S-2 |
0+000 |
0+959,12 |
718,12 |
160 mm PVC-P |
12,43 |
36,38 |
24,49G |
Modelacin hidrulica:
Conclusiones
La falta de recursos hdricos en el cantn inici desde hace tiempo, con el pasar de los aos el Sistema Caza Lagarto -Jipijapa en su red de distribucin de agua se ha ido implementado ciertas obras hidrulicas para su aprovechamiento y contrarrest del efecto negativo que provoca una disminucin en la econmica, debido a que el ingreso principal es la agricultura y el comercio. Por otra parte, se debe tomar en cuenta que el lquido vital influye de manera puntual en la salud de los consumidores.
Los resultados de la modelacin hidrulica realizada en el software WaterCad, cumpliendo las normativas vigentes en Ecuador, por los datos ingresados por la institucin llamada Junta de Recurso Hidrulicos (JRH), reflejaron en los parmetros hdricos como los velocidades, caudales y presiones estn acordes a las normativas. Pero considerando que desde el mes de febrero hay problemas existentes con los sistemas de bombeos las empresas ya mencionadas han comenzado los trabajos y estudios para renovar los servicios adecuados. En la red de distribucin existen problemas de insuficiencia por los aos, como en vlvulas o tramos de los circuitos o subcircuitos por el funcionamiento inadecuado.
Referencias
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