Estudio De La Eficiencia De Mezcla Y Distribución Del Tiempo De

XIX Verano de la Investigación Científica y Tecnológica del Pacífico
ESTUDIO DE LA EFICIENCIA DE MEZCLA Y DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO DE
RESIDENCIA DEL AGUA EN UN DEPÓSITO INTRADOMICILIARIO
HERNÁNDEZ L. RUBÉN DARÍO(1), TZATCHKOV VELITCHKO(2)
(1)
Universidad Nacional Autónoma de México- Posgrado en Ingeniería Hidráulica,
Campus Morelos- Paseo Cuauhnahuac # 8532, Col. Progreso, C.P.62550, Jiutepec, Mor.,
México. Tel +52 (777) 3 29 36 00, ext. 135. ruben. [email protected]
(2)
Instituto Mexicano de Tecnología de Agua- Paseo Cuauhnahuac # 8532, Col. Progreso,
C.P.62550, Jiutepec, Mor., México. Tel +52 (777) 3 29 36 00, ext. 898.
[email protected]
Hernández Rentería Paz Elizabeth, Instituto Tecnológico de Tepic Licenciatura en
ingeniería Civil, Av. Tecnológico # 2595, Col. Lagos del Country. Tepic, Nayarit. México.
C.P. 63175. Tel: (311) 211 94 00, [email protected]
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente muchas ciudades de México tienen problemas con el suministro de
agua potable. El desperdicio de agua por parte de los usuarios dentro del domicilio
y las fugas en la red de distribución son los problemas más frecuentes, esto ha
provocado la sobre-explotación de los recursos internos y el uso intensivo de
fuentes externas, restringiendo a las poblaciones al servicio intermitente o tandeo.
Las pérdidas totales de agua potable en México actualmente son del 42%, y la
mayoría de ellas se produce en la toma domiciliaria. Como consecuencia del
servicio por tandeo los usuarios se han visto obligados a almacenar el agua en
cisternas y/o en tinacos para ser utilizada cuando este sea interrumpido. El
suministro por tandeo conduce a pérdidas de presión en la red de distribución, lo
cual está asociado con la contaminación (Vairavamoorthy y Mansoor, 2006),
debido a que se puede presentar presión hidráulica negativa o inversa, que puede
succionar patógenos a partir de las fisuras de la red (Lee y Schwab, 2005). Todos
estos problemas en las redes de distribución de agua potable se agravan más en
los tanques de almacenamiento que de forma directa afectan a la salud pública.
Los depósitos de agua intradomiciliaros en su mayoría sobresalen por su
deficiente mezcla y mal mantenimiento.
Por información oficial de la Comisión Nacional de Agua (2011) en México se
pierde alrededor del 42% del agua potable suministrada. Información publicada en
el marco del Programa de Indicadores de Gestión de Organismos Operadores
(PIGOO, 2010), muestra que en el 2010 el 72.6% de los hogares en México
cuentan con servicio continuo de agua potable.
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El resto que son más de 30 millones de usuarios, reciben el agua
intermitentemente o por tandeo, con suministros que pueden ser de varias horas
por día, o incluso una o dos veces por semana, razón por el cual los consumidores
se ven obligados a almacenar la mayor cantidad de agua posible durante las horas
de suministro limitado. El agua almacenada en tinacos o en cisternas está
expuesta a graves problemas de contaminación. La contaminación microbiológica
de los tinacos puede deberse a la infiltración de agentes al sistema de distribución
y por microorganismos suspendidos en la atmosfera. Las partículas orgánicas e
inorgánicas suspendidas pueden proporcionar a los microorganismos protección
de los desinfectantes y proveer un sustrato disponible para la proliferación
bacteriana, con lo que la sobrevivencia y desarrollo de los microorganismos
depende de la materia orgánica disuelta en el agua. Los niveles normales de cloro
que se mantienen en el sistema de distribución hasta la toma domiciliaria son
insuficientes en la activación de los microorganismos que ingresan a la tubería.
Estos logran alcanzar los tinacos y establecen nichos en forma de capas
biofilmicas. Los volúmenes de agua almacenados en tanques, se mezclan e
intercambian lentamente con el agua que se distribuye en la línea de servicio. La
estratificación del agua ocurre en algunas instancias debido al diseño de las
entradas y salidas (Castro y Cristóbal, 2003). El fenómeno de mezcla en depósitos
de abastecimiento de agua tiene un efecto directo en la calidad del líquido
saliente, por la creación de zonas de mezcla pobre y la estratificación, que pueden
tener efectos negativos en la salud pública (Mujal i Colilles et al., 2011). La
distribución de tiempos de residencia de un fluido se determina comúnmente
utilizando pruebas experimentales, mediante el empleo de trazadores o ensayos
de líneas de flujo (Canepa, 2004).
METODOLOGIA
Se construyó un sistema de depósitos de agua patrocinado por la Coordinación de
Hidráulica y la Subordinación de Hidráulica Urbana del Instituto Mexicano del Agua
(IMTA). Las pruebas se realizaron en el laboratorio de hidráulica de la División de
Estudios de Posgrado de la Facultad de ingeniería de la Universidad Nacional
Autónoma de México, campus Morelos, localizado dentro de las instalaciones del
IMTA. El sistema de depósitos consiste en un tanque inferior rectangular de 1,300
litros el cual lleva el agua directamente al tinaco, que tiene una capacidad de
1,100 litros, por medio de una bomba de 1.5 HP. Una vez que se llena el tinaco en
acrílico, se regula la salida para que el caudal que entra sea el mismo que el que
sale.
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El agua que sale del tinaco se deposita en una cisterna marca Rotoplas de 1,200
litros para luego regresarla y reutilizarla en el tanque rectangular de 1,300 litros. La
metodología propuesta para esta investigación es aplicar al modelo de flujo y al
campo de concentración un trazador y una sustancia conservativa dentro del
tinaco con el fin de determinar la mezcla y el tiempo de residencia. Con el uso del
código CFD, que para nuestro caso se utilizó PHOENICS y FLUENT ANSYS, se
determinó el movimiento del agua y se definieron los parámetros que representan
la evolución de las concentraciones en el interior del tanque, considerando
diferentes patrones de intercambio de flujo. Por consiguiente, se analizó la mezcla
mediante simulaciones que proporcionan el flujo y el campo de concentración en
el interior del tanque. Simultáneamente con el modelo numérico, se determina
experimentalmente la distribución del tiempo de residencia en el tinaco mediante
la medición de la conductividad eléctrica a la salida, con un equipo
multiparamétrico Hanna HI 982804-01, cuando se ha introducido
instantáneamente una solución salina a la entrada, segundos antes de las
mediciones. También se ha introducido al modelo físico un colorante como el azul
de metilo para obtener las imágenes de mezcla en cada escenario.
CONCLUSIONES
La investigación aún no se ha concluido sin embargo los resultados obtenidos
tanto con el modelo numérico como con el modelo físico han mostrado que la
eficiencia de la mezcla depende de la posición y sentido de la tubería entrante,
mientras que el tiempo de residencia depende de la distancia entre la entrada y la
salida, así mismo que de la posición de entrada del flujo, en ella se pretende
comprobar la eficiencia de mezcla y el tiempo de residencia del agua dentro del
tinaco, en funcion del tipo de entrada y la influencia de la entrada y salida, así
como del caudal entrante. Las pruebas experimentales son comparadas con los
obtenidos con el modelo numérico mediante el código comercial de CFD de
PHOENICS y FLUENT ANSYS, los cuales se consideran como las mejores
herramientas para analizar y predecir la calidad del agua en tanques de
almacenamiento.
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