Diseño de Sistema de Agua Potable: Informe Servicio Comunitario

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE EXTENSIÓN
COORDINACIÓN DE COOPERACIÓN TÉCNICA Y DESARROLLO SOCIAL
INFORME SERVICIO COMUNITARIO
Diseño de un sistema de suministro y distribución de agua potable
TUTOR ACADÉMICO
Prof. Carlos Corrales
CÓDIGO
AT-1004
PERÍODO
Enero-Junio 2015
Estudiantes participantes:
BRAVO VARGAS, Jorge Félix
NIEVES ZABALA, Alejandro Enrique
Carnet: 06-39261
Carnet: 09-11164
INDICE GENERAL
INDICE GENERAL ............................................................................................. 2
INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 3
JUSTIFICACIÓN DEL SERVICIO COMUNITARIO ............................................ 4
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................... 5
ANTECEDENTES DEL PROYECTO ................................................................. 6
DESARROLLO DEL PROYECTO ...................................................................... 7
TÍTULO DEL PROYECTO .............................................................................. 7
OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 7
ACTIVIDADES REALIZADAS ......................................................................... 7
ETAPA 1: LEVANTAMIENTO DE DATOS DE CAMPO .............................. 7
ETAPA 2: ZONIFICACIÓN DEL SECTOR DE GAVILÁN,
DETERMINACIÓN DE DEMANDAS Y ALINEACIÓN DE LA TUBERÍA
PRINCIPAL POR ZONA .............................................................................. 9
ETAPA 3: MODELIZACIÓN EN EPANET ................................................. 14
ETAPA 4:ESTUDIO DE PRESIONES ....................................................... 16
RESUMEN DEL ESTUDIO ........................................................................... 17
RELACIÓN DEL PROYECTO TRABAJADO CON LA FORMACIÓN
ACADÉMICA DEL ESTUDIANTE ................................................................... 19
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 20
REFERENCIAS: ............................................................................................... 21
ANEXOS .......................................................................................................... 22
ANEXO 1: IMÁGEN TOMADA DE GOOGLE EARTH[2] DE LA ZONA DE
GAVILÁN, EN DONDE SE INDICAN LOS PUNTOS DE CONTROL
TOMADOS EN VISITA DE CAMPO. ............................................................ 22
ANEXO 2: CAPA CON IMÁGEN DEL SECTOR DE GAVILÁN
GEORREFERENCIADO EN QGIS[3]. ........................................................... 23
ANEXO 3: TABLA QUE CONTIENE LA PRESIÓN DESARROLLADA EN
LOS NODOS DE LA RED SEGÚN LA SIMULACIÓN DE EPANET[3]........... 24
2
INTRODUCCIÓN
La Universidad Simón Bolívar ha trabajado junto a los representantes del
Consejo Comunal de la comunidad de Gavilán en varias oportunidades
siguiendo el marco jurídico de la Ley de Servicio Comunitario; en este caso,
para el estudio y diseño de una propuesta para la red de distribución de agua
potable en los asentamientos del sector de Gavilán, municipio El Hatillo.
En el siguiente informe se resume el trabajo de servicio comunitario en la
elaboración del diseño de una porción de la red de tuberías para la distribución
de agua potable en una comunidad con el nombre de Gavilán, ubicada en el
municipio El Hatillo del estado Miranda. La misma no cuenta actualmente con
este servicio básico en forma directa, disponen de él de manera irregular y con
dificultad desde hace ya varios años. Los habitantes del sector no saben con
exactitud el porqué de ello.
Son muchos los aspectos que facilitan el deterioro tangible e intangible de la
calidad de vida de los residentes, sin embargo solventar fallas viales así como
crear redes de aguas blancas y servidas son la prioridad. Por lo tanto, el diseño
de la red de tuberías para la comunidad busca facilitar la transición de esta
población a mejores estándares de vida. El diseño de la red de distribución
propuesta está pensado en función de las características geográficas del sector
de Gavilán, así como también de su información demográfica y las demandas
de caudal de agua estimadas.
Durante el proceso, se visitó la localidad para obtener la información acerca
del sistema de distribución de agua potable, la localización de las casas y la
ubicación geográfica necesaria para desarrollar el planteamiento inicial del
sistema de distribución. Dicho recorrido se describe en el informe, señalando
las cotas y distancias de los puntos a los que se desea suministrar agua. Para
facilitar el estudio demográfico y el planteamiento de la red, se dividió la zona
en cuatro (4) partes (Ver Figura 1). Este informe, refleja el trabajo realizado en
la Zona 2 del sector en la que se realizó una contabilización aproximada de 419
casas, para las cuales se calculó un promedio de 5 personas por casa.
Los datos de los puntos de control fueron obtenidos en las salidas de campo
con el uso de un GPS con altímetro, se realizó la medida de puntos que se
consideraron claves, para obtener un plano del terreno con sus cotas y
distancias. En el proceso de diseño, se utilizaron variadas herramientas
computacionales que nos permitieron simular la situación real y mejorar el
proceso, modificando ciertos parámetros claves para el mejor funcionamiento
del sistema.
3
JUSTIFICACIÓN DEL SERVICIO COMUNITARIO
El servicio comunitario se crea en pro de fomentar el desarrollo a nivel
nacional y afianzar al estudiante de educación superior con las necesidades del
país, brindando la posibilidad de que los estudiantes de educación superior
puedan desarrollar actividades que permitan el beneficio colectivo de una
determinada comunidad, y a su vez, le permite al estudiante poner en práctica
los conocimientos adquiridos durante su formación universitaria.
El 28 de julio de 2010, a través de la Resolución 64/292, la Asamblea
General de las Naciones Unidas reconoció explícitamente el derecho humano
al agua y al saneamiento, reafirmando que el agua potable limpia y el
saneamiento son esenciales para la realización de todos los derechos
humanos. En la actualidad la escasez de un sistema de suministro de agua
potable representa un grave problema para muchas comunidades, ya que
impide satisfacer sus necesidades. Esta carencia obliga a los habitantes a
obtener el preciado líquido de otras formas, no previendo las condiciones
mínimas sanitarias que protejan la salud de los consumidores.
El suministro de agua potable en los sectores urbanos, constituye un
problema de diseño a solucionar, y que demanda la participación de varios
sectores de la sociedad: principalmente la empresa operadora de acueductos
del Distrito Capital, Miranda y Vargas (Hidrocapital), los residentes del sector,
los consejos comunales, instituciones municipales, entre otros. Actualmente los
habitantes de Comunidades Populares y Rurales del Sector Gavilán presentan
el problema de suministro de agua potable por la red, por lo que se le
imposibilita la realización de sus actividades domésticas y necesidades
habituales; generando incomodidades y problemas de insalubridad es por ello
que se considera importante el diseño de un sistema de suministro y de
distribución que permita a las comunidades un líquido de calidad y a tiempo
generando esto un desarrollo sustentable, para cada los que hacen vida en el
sector. El estudio consiste en la determinación de los datos demográficos,
topográficos, la dotación necesaria y finalmente las propuestas de diseño
necesarias para satisfacer las necesidades que presente la comunidad.
La aplicación de esta iniciativa se manifiesta en el trabajo mancomunado de los
profesores y estudiantes de la USB a través del Decanato de Extensión, y las
autoridades comunitarias de la zona, donde se busca presentar una solución
factible al problema de distribución de agua e incrementar la integración de la
comunidad universitaria.
4
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Para que el ser humano pueda subsistir y ser funcional, es necesario que
sus necesidades básicas sean satisfechas día a día. Empezando por su propio
cuerpo, el cual está compuesto en un 70% de agua. Garantizar su acceso a
este recurso resulta, por ende, fundamental para la vida, no solo del hombre
sino también para los seres vivos existentes en el planeta.
La carencia de agua en los sectores habitados es indicador de pobreza,
conlleva problemas de salud, trastornos sociales y conflictos entre habitantes.
Todos estos fenómenos se pueden resumir en lo que se define como una "baja
calidad de vida".
Las estructuras usadas comúnmente para la transferencia de agua desde su
fuente (ya sean pozos naturales o artificiales) son conocidas como acueductos
y su diseño (configuración, dimensionamiento y disposición) se determina en
función de estudios demográficos y de cálculos de mecánica de fluidos.
La comunidad de Gavilán y zonas aledañas (El Copey, Sisipa, Sabaneta
entre otros) presentan problemas de abastecimiento de agua al no ser surtidos
de este líquido durante días, incluso semanas (se sabe que incluso más de 15
días). Las familias del sector se han organizado para solicitar los servicios de
un camión cisterna para ser surtidos de agua y poder cubrir sus necesidades
durante esos periodos de tiempo. Sin embargo, los conductores de los
camiones cisterna manejan largas listas de espera, por lo que muchas
personas comenzaron a almacenar el agua de lluvia cuando pueden para
poder subsistir.
Es por ello que surge la necesidad de realizar el diseño de una red de
distribución de agua que surta de manera continua y eficiente al sector de
Gavilán y poder elevar el nivel de calidad de vida de las personas que lo
habitan. Esta red será alimentada con agua proveniente de un pozo que, en
principio, estará conectada a un acueducto matriz de la operadora estatal
Hidrocapital.
5
ANTECEDENTES DEL PROYECTO
Desde hace varios años, vecinos de la zona se han puesto en contacto con
la operadora estatal Hidrocapital para exponer el problema y encontrarle
solución al mismo. Una comisión de la empresa se presentó en la zona para
hacer una inspección de la situación. Posteriormente, se emitió una nota de
prensa en la que la compañía explicaba que estaban tratando de solventar la
situación a través de lo que ellos denominan “maniobras operativas”.
Hay evidencia de que en efecto la empresa Hidrocapital está realizando
labores (vía principal de los Altos de Pariaguán), sin embargo, aún no llega
agua a los sectores. Se tiene planificado que para el día 10 de julio la
operadora realice una asamblea en la zona en la que presentará un proyecto
que se espere solvente el problema de abastecimiento en un lapso aproximado
de un año y medio.
6
DESARROLLO DEL PROYECTO
TÍTULO DEL PROYECTO
Diseño de un sistema de suministro y distribución de agua potable.
OBJETIVO GENERAL
Presentar una propuesta de diseño de red de suministro y distribución de
agua potable para abastecer a la Zona 2 del Sector de Gavilán en el estado
Miranda, que permita brindar soluciones al problema de suministro que
actualmente padecen.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Sistematización de los fundamentos teóricos que sustentan la
problemática planteada.
● Diagnóstico de la situación actual en el sector de estudio.
● Conceptualización del sistema a ser propuesto.
● Evaluación de las posibles alternativas de solución en función de la
topografía y distribución urbana del sector.
ACTIVIDADES REALIZADAS
Se listan a continuación las actividades que fueron necesarias desarrollar
durante el proceso de diseño de la red de distribución y suministro de agua
para el sector de Gavilán. El diseño del sistema se realizó en tres (3) etapas:
ETAPA 1: LEVANTAMIENTO DE DATOS DE CAMPO
El sistema de aguas blancas propuesto para esta comunidad consiste en la
distribución de agua a partir de un tanque de almacenamiento que recoge agua
de una toma cuyo origen sería una tubería matriz de Hidrocapital que pasará
por el sector, cuya ubicación no es conocida actualmente. La evaluación de la
red de distribución fue realizada desde el tanque hasta los diferentes puntos de
demandas a fin de garantizar el suministro de agua al punto de mayor altura de
la comunidad.
Con la ayuda de un GPS y un altímetro se logró establecer la geografía del
sector, cotas específicas, distancias, entre otros parámetros para el diseño de
la red de tuberías. A continuación en la Tabla 1 están reflejados los valores
medidos para las coordenadas y altitudes de los diferentes puntos tomados en
consideración. Se presentan además, a modo de comparación, los valores de
las altitudes para los mismos puntos de estudio seleccionados obtenidos a
través de la aplicación Google Earth[2]:
7
PUNT
O
DESCRIPCIÓN
COORDENADAS
Este
Norte
ALTITUD
(altímetro)
[m]
ALTITUD
(Google)
[m]
1
Las 3X
735642
1150312
1099
1152
2
Y Bifurcación
735605
1150142
1102
1140
3
Entrada Chupulun
735594
1149997
1107
1138
4
Entrada el Peñón
735763
1149383
1120
1147
5
La Ferrari
736000
1149232
1109
1007
6
Calle El Poste
736143
1149150
1109
1142
7
El Arco
736366
1149091
1094
1116
8
Escuela Alonso Reyes
737156
1148699
1144
1148
9
Frente al Mercal
735581
1149395
1161
1160
10
Entrada Buoanito
735316
1149178
1142
1159
11
Entrada Cemento
735075
1149117
1121
1149
12
La Construcción
734771
1149055
1096
1108
13
Llenadero La Muarza
734211
1149004
1047
1039
14
Entrada la Rana
734345
1149020
1050
1041
15
Entrada Rosendo
734468
1148984
1063
1060
16
Entrada la caballeriza
734541
1148984
1073
1068
17
734853 1149142
1109
Pozo
1115
Tabla 1. Datos medidos en la visita de campo al sector de Gavilán.
Una vez hecho esto, se procedió a obtener una imagen satelital del sector
de Gavilán en Google Earth[2]. La imagen capturada se usará en conjunto con
la información de la Tabla 1 para llevar a cabo el proceso de georeferenciación
de capas en el software información geográfica QGIS[3]. En el ANEXO 1 se
presenta la imagen extraída de Google Earth[2] del sector de Gavilán empleada.
En ella se puede observar la indicación de los diecisiete (17) puntos de
estudios escogidos durante la visita de campo.
El proceso de georeferenciación en QGIS[3] es una técnica de
posicionamiento de un elemento, que en este caso es una capa o layer dentro
del programa, en una entidad geográfica definida en un sistema de
coordenadas (que en este caso es el UTM, Universal Transversal Mercator).
De este modo, todo elemento que se cree dentro del programa, ya sean:
poligonales cerradas, puntos nodales, trazados de ruta, etc., quedarán
referenciados al sistema de coordenadas geográfico definido. La capa que
8
contiene la imagen de Google Earth[2] georeferenciada en el QGIS[3] puede
observar en el ANEXO 2.
ETAPA 2: ZONIFICACIÓN DEL SECTOR DE GAVILÁN, DETERMINACIÓN
DE DEMANDAS Y ALINEACIÓN DE LA TUBERÍA PRINCIPAL POR ZONA
En esta etapa, se realizó la división del sector de Gavilán en cuatro (4)
zonas para simplificar el trabajo y poder distribuirlo entre los integrantes del
equipo de trabajo del sector. Fueron creados, así, cuatro subgrupos de trabajo.
En la Figura 1 se puede observar la distribución del sector de Gavilán que se
estableció.
Figura 1. Zonificación del Sector de Gavilán.
Como resultado de esta zonificación, se le fue asignado al subgrupo al que
pertenezco trabajar el Sector 2.
Con la delimitación del área de trabajo realizada se procedió a contabilizar el
número de casas, escuelas, edificaciones, etc. que forman parte de la misma.
La idea es determinar con esa información el número de personas (censo) que
habitan el sector, ya que en función de ello se definirá la demanda asociada en
lts/s para realizar el diseño de la red de distribución de aguas blancas. Una vez
realizado el diseño del tramo de red perteneciente al sector, se ensamblará con
el diseño propuesto por los otros subgrupos de trabajo para los sectores que se
les fue asignado.
9
Usando la capa (georeferenciada) en QGIS que contiene la imagen de alta
resolución de la zona de Gavilán extraída de Google Earth, se procedió a
realizar una inspección con detenimiento del Sector 2 y se encerró con una
poligonal cerrada las edificaciones o grupos de edificaciones (en caso de alta
densificación de las mismas). Cada poligonal se identificó con un número y un
punto de referencia asociado a los puntos de estudio seleccionados y que se
listan en la Tabla 1.
Para determinar el número de personas que habitan el Sector 2 y que
usarán el servicio, se definió un estimado de cinco (5) personas por casa. Si la
edificación llegaba a ser una escuela o edificio, se estimaría según criterios
personales. En el caso del Sector 2, se determinó que la escuela Alonso Reyes
contará con un aproximado de 380 personas.
A continuación se presenta la información obtenida de este análisis en la
Tabla 2 (a) y (b):
Nº
DESCRIPCIÓN
CASAS ASIGNADAS
CANTIDAD DE CASAS
1
Escuela Alonso Reyes
5
25
2
Escuela Alonso Reyes
9
45
3
Escuela Alonso Reyes
1
380
4
Escuela Alonso Reyes
10
50
5
Escuela Alonso Reyes
6
30
6
Escuela Alonso Reyes
9
45
7
Escuela Alonso Reyes
1
5
8
Escuela Alonso Reyes
1
5
9
Escuela Alonso Reyes
4
20
10
Escuela Alonso Reyes
6
30
1
El Arco
5
25
2
El Arco
7
35
3
El Arco
2
10
4
El Arco
6
30
5
El Arco
4
20
6
El Arco
14
70
7
El Arco
2
10
8
El Arco
1
5
1
Calle El Poste
2
10
2
Calle El Poste
7
35
1
La Ferrari
8
40
2
La Ferrari
6
30
Tabla 2. (a) Contabilización de casas y personas del Sector 2.
10
Nº
DESCRIPCIÓN
CASAS ASIGNADAS
CANTIDAD DE CASAS
1
Chupulun
3
15
2
Chupulun
3
15
3
Chupulun
1
5
4
Chupulun
1
5
5
Chupulun
6
30
6
Chupulun
12
60
7
Chupulun
10
50
8
Chupulun
14
70
9
Chupulun
80
400
10
Chupulun
30
150
1
Y Bifurcación
30
150
1
Las 3 X
37
35
2
Las 3 X
20
10
3
Las 3 X
1
30
4
Las 3 X
1
20
5
Las 3 X
3
70
6
Las 3 X
22
10
7
Las 3 X
22
5
8
Las 3 X
6
10
9
Las 3 X
1
35
Tabla 2. (b) Contabilización de casas y personas del Sector 2 (Continuación).
A partir de acá, solo restó determinar la demanda de caudal en lt/s que
consumen las personas de la Zona 2 y por ende la que será la base para
determinar el caudal de agua que se les debe garantizar con el diseño
propuesto. Para ello, se determinó que para satisfacer sus necesidades diarias
una persona consume un estimado 1.45 ∗ 10−3 lt/s durante el día. De ese modo,
se construyó la Tabla 3 que resume toda la información necesaria para poder
realizar la simulación de la red en el programa EPANET [4]:
REFERENCIA
Nº
EDIFICACIONES
Las 3 X
52
41
9
14
160
30
113
Totales
419
Escuela Alonso Reyes
El Arco
Calle El Poste
La Ferrari
Chupulun
Y Bifurcación
NÚMERO DE
PERSONAS
635
205
45
70
800
150
945
2850
DEMANDA
REQUERIDA
(litros/día)
79375
25625
5625
8750
100000
18750
118125
356250
DEMANDA
REQUERIDA
(litros/segundo)
0.919
0.297
0.065
0.101
1.157
0.217
1.367
4.123
Tabla 3. Cuadro resumen con las demandas de agua requerida por el Sector 2.
11
El siguiente paso en el diseño de la red fue proponer la ruta de la tubería
principal. La propuesta se realizó tomando en cuenta que la dicha tubería
matriz pasaría acompañando la ruta de la vía vehicular principal del sector de
Gavilán por motivos de simplicidad y costos de fabricación. Con la intención de
facilitar el ensamblaje con las propuestas de red por zonas de los otros equipos
se convino tomar como referencia de partida para la tubería el punto cercano a
Las 3 X y luego de allí realizar el trazado de la ruta hasta el punto final de la vía
dependiendo de la zona que se estaba trabajando. En la Figura 2 podemos
observar la propuesta de la ruta de la tubería principal y sus nodos de
distribución presentada para la Zona 2 como primera aproximación colocadas
en una capa georreferenciada en QGIS[3].
Figura 2. Trazado de ruta de tubería principal y nodos de distribución Zona 2.
En la Tabla 4 se presentan los nodos de distribución con sus respectivas
coordenadas y cotas. Esta información se usará posteriormente para realizar la
simulación en el programa de cálculo hidráulico EPANET[4]
12
NODO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
DESCRIPCIÓN
Vía El Peñón-Chupulún
Vía El Peñón-Chupulún
Las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
Subiendo por las 3 X
La Ferrari
La Ferrari
El Arco
La Ferrari
Subiendo por las 3 X
Vía La Ferrari-Escuela Alonso Reyes
Vía La Ferrari-Escuela Alonso Reyes
Vía La Ferrari-Escuela Alonso Reyes
Vía La Ferrari-Escuela Alonso Reyes
Escuela Alonso Reyes
Cerca Escuela Alonso Reyes
ESTE [m] NORTE [m] COTA [ft]
735778
735592
735688
735800
735916
735940
735967
736112
736149
736300
736112
736455
736153
736564
736804
736871
736929
736983
737014
737182
737429
1149542
1149948
1150386
1150585
1150706
1150826
1150838
1151274
1151295
1151560
1149148
1149052
1149126
1149082
1148954
1148936
1148945
1148920
1148890
1148767
1148716
3776
3804
3778
3864
3887
3941
3882
3962
3921
3899
3731
3656
3726
3632
3606
3708
3734
3497
3777
3767
3686
Tabla 4. Información geográfica de nodos de demanda de la Zona 2.
13
ETAPA 3: MODELIZACIÓN EN EPANET
El siguiente paso fue la modelización y simulación en el programa de cálculo
hidráulico EPANET[4]. En el programa se esquematizó la ruta de la tubería
propuesta con la información de los nodos de cambios de alineación de la
tubería. Estos son un nuevo conjunto de puntos obtenidos de la imagen
georreferenciada en QGIS[3]. La tabla con la información total de los nodos
considerados no se presenta en este informe por consideraciones de espacio.
En la Figura 3 se muestra la red montada en el programa de EPANET [4].
Figura 3. Ruta de la tubería de agua principal propuesta para la Zona 2.
Para poder realizar la simulación, se requiere definir los parámetros
característicos de la tubería que emplearemos. Para la realización de este
proyecto se propondrá una tubería de tipo PEAD (Polietileno de Alta Densidad),
cuyas características serán las que se resumen a continuación:
Rugosidad relativa [mm]
Sy [m]
0.007
2341.41
D tubería principal [mm]
50.8
D ramificaciones [mm]
12.7
Tabla 5. Propiedades de la tubería PEAD (Venelene 6100 M).
14
Otro parámetro que era necesario definir era la longitud de cada tramo de la
tubería. Para definirlos, se llevó a cabo la siguiente aproximación: Sean 𝑁1 y 𝑁2
dos nodos consecutivos de coordenadas (𝑒1 , 𝑛1 ) y (𝑒2 , 𝑛2 ) respectivamente, se
determina la longitud aproximada del tramo que los conecta de la siguiente
manera:
𝑙 = √(𝑒1 − 𝑒2 )2 + (𝑛1 − 𝑛2 )2
Ec.1
De esa forma, se generó otra tabla que tampoco fue colocada en este
informe por razones de formato y espacio, y cuya información complementó el
modelo planteado en EPANET[4].
La presión que aportada al sistema para correr la simulación se modeló
como un tanque cilíndrico que será ubicado en un punto cercano a Las 3 X y
que se considerará que posee las siguientes propiedades:
Cota [m]
Nivel Inicial [m]
4000
40
Nivel Mínimo [m]
D [m]
0
50
Tabla 6. Propiedades del tanque.
Los nodos de demandas fueron colocados en el modelo, y la demanda base
de los mismos fue la que se calculó de la Tabla 3.
La idea de la simulación es verificar los siguientes aspectos del modelo de
ruta del sistema de distribución planteado:
● Las presiones generadas en el sistema no excedan el Sy de la tubería.
● Las demandas de los nodos de distribución sean atendidas.
● Por seguridad, las velocidades de flujo en ninguna parte del sistema
excedan los 2 m/s.
15
ETAPA 4:ESTUDIO DE PRESIONES
Bajo los parámetros indicados anteriormente, se corrió la simulación en el
programa EPANET[4]. El programa generó la distribución de presiones
mostrada en la Figura 4.
Figura 4. Distribución de presiones en los nodos de la red de distribución
propuesta para la Zona 2.
Las presiones indicadas en la Figura 4 están dadas en metros de columna
de agua. Por simple inspección se observó que la mayor presión generada en
el sistema está alrededor de los 544 mca (678 mca específicamente, ver
ANEXO 3 para más detalles), lo cual garantiza que la tubería no fallará por
fluencia al ser sometida a las presiones de operación.
Sin embargo, es importante destacar que subiendo Las 3 X (nodos por
encima del tanque en la figura) las presiones tienden a ser considerablemente
bajas (6.23 mca en el nodo más alejado) lo que podría comprometer el
rendimiento del sistema en lo que se refiere a los requerimientos de caudal en
ese sector.
16
RESUMEN DEL ESTUDIO
Otras consideraciones importantes del estudio fueron, como ya se mencionó,
garantizar flujo de agua hasta los diferentes nodos de demanda para satisfacer
los requerimientos e inspeccionar las velocidades desarrolladas en los tramos
de tubería y verificar que estas no superen los 2 m/s.
En la Figura 5 se presenta una imagen similar a la Figura 4 donde se
muestra el perfil de flujo desarrollado en función de las propiedades del tanque
y de las demandas establecidas en los nodos.
Figura 5. Gradiente de flujo en las tuberías de la red de distribución
propuesta.
Podemos observar en la gráfica por simple inspección que se garantiza el
flujo de agua en la red para la configuración planteada. Haciendo una
inspección nodo por nodo se encontró que se registró un caudal mínimo de
0.07 lt/s en los nodos ubicados hacia el final del tramo en el sector de la
Escuela Alonso Reyes (ver ANEXO 1, punto de control 8), esto posiblemente
debido a que el gran parte del caudal se redirigió hacia los nodos de la parte
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superior de la red (ubicados por encima del tanque) de modo de que se
garantice la demanda hacia esas zonas.
Figura 6 Gradiente de velocidades que se desarrollan en las tuberías de la red
de distribución propuesta.
La Figura 6 muestra el gradiente de velocidades que se desarrollan en las
tuberías de la red de distribución propuesta. Se observa claramente que las
velocidades desarrolladas no superan el valor crítico de 2 m/s. En la tubería de
conexión al tanque (tubería en rojo) se genera una velocidad de 2.03 m/s, pero
se debe recordar que esta tubería está allí sólo simbólicamente para poder
llevar a cabo la simulación. Esta no forma parte de la propuesta original. Lo que
ocurrió es que se asumió una tubería de corta longitud (10 m) para la
modelación, de modo que a la salida del tanque se genera un flujo altamente
turbulento y a gran velocidad en una corta carrera.
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RELACIÓN DEL PROYECTO TRABAJADO CON LA FORMACIÓN
ACADÉMICA DEL ESTUDIANTE
Este proyecto permitió en primer lugar poder llevar a cabo de manera
dinámica y aplicada los pasos para la realización del diseño de concepto de
una obra de ingeniería, que en este caso en particular fue el diseño de una red
de distribución de aguas blancas.
Para poder realizar el diseño de concepto de la obra, se aplicaron principios
fundamentales de fenómenos de transporte y de mecánica de fluidos, en
conjunto con las definiciones básicas de esfuerzos en tuberías de transporte de
líquidos y también se emplearon herramientas de estudios demográficos y
geográficos de poblaciones, que son necesarias para establecer los
parámetros y el alcance de proyectos de este tipo en los que el objetivo
principal es solucionar un problema de manera asistencial a una comunidad.
Por otra parte, se tuvo la oportunidad de utilizar un programa de sistema de
información geográfica (QGIS[3]) el cual permitió establecer una base para la
referencia geográfica de las imágenes, mapas y construcciones de figuras en el
computador y que se emplearon para llevar a cabo el diseño de la red.
La realización de este proyecto de Servicio Comunitario permitió brindar
apoyo a la comunidad de Gavilán, la cual padece la carencia de un recurso tan
vital como son las aguas limpias. El ingeniero existe para desarrollar nuevas
tecnologías y aplicar las leyes y principios de las ciencias con el fin de generar
un beneficio y tener un impacto positivo en la región donde se encuentre.
Trabajar para mejorar la calidad de vida de este sector a través de una
actividad proactiva como esta es una consecuencia directa de nuestra
formación integral como profesionales.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Entre los logros alcanzados a través de la realización de este proyecto del
Servicio Comunitario se listan los siguientes:
● Se logró realizar la propuesta para el diseño de una red de distribución
de agua para una zona definida del sector de Gavilán.
● La propuesta de diseño planteada contempla la definición de las
presiones mínimas que se tienen que garantizar en los nodos para que
se puedan satisfacer las demandas de caudal determinadas.
● Se definió la ruta que deberá seguir la tubería principal de agua en la
Zona 2 del sector de Gavilán.
● Se definieron las características (diámetros, material, longitud, entre
otros) que deberá poseer la tubería que formará parte de la red de
distribución de la Zona 2 del sector de Gavilán.
● Se elaboró un informe que servirá como material de referencia a ser
presentado a la comunidad que refleja las actividades de diseño y
consideraciones realizadas para poder llevar a cabo el diseño en
concepto de la red de la Zona 2.
Recomendaciones:
● Basados en el estudio realizado, se observó que para el diseño
planteado, las zonas superiores a Las 3 X, presentan considerables
bajas presiones de modo que se puede llegar a comprometer la
satisfacción de la demanda en ese sector, de modo que se sugiere
considerar en el alcance del proyecto la colocación de una estación de
bombeo que permita colaborar al sistema en la tarea de satisfacer las
demandas de las personas de dicho sector.
● Considerar en todo momento la colocación de la tubería en trayectorias
comúnmente transitadas por vehículos ya que permite reducir costos y
simplificar el trabajo de fabricación de la red.
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REFERENCIAS:
[1] White, F. M. (2008). Mecánica de fluidos. Madrid: McGraw-Hill.
[2] Google Inc [Google Earth Pro-Free Trial Version]. Versión 7.1.4.1529.
[3] Fundación OSGeo [QGIS]. Versión 2.8.1.
[4] Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos [EPANET]. Versión 2.
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ANEXOS
ANEXO 1: IMÁGEN TOMADA DE GOOGLE EARTH[2] DE LA ZONA DE
GAVILÁN, EN DONDE SE INDICAN LOS PUNTOS DE CONTROL
TOMADOS EN VISITA DE CAMPO.
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ANEXO 2: CAPA CON IMÁGEN
GEORREFERENCIADO EN QGIS[3].
DEL
SECTOR
DE
GAVILÁN
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ANEXO 3: TABLA QUE CONTIENE LA PRESIÓN DESARROLLADA EN LOS
NODOS DE LA RED SEGÚN LA SIMULACIÓN DE EPANET[3].
24