Diseño de un Sistema de Vigilancia de la Calidad del Agua Potable Urbana (SVCAPU)

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1 Diseño de un Sistema de Vigilancia de la Calidad del Agua Potable Urbana (SVCAPU) Estrategia para el desarrollo de modelos de simulación TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O.

2 Sistema de Vigilancia (SVCAPU) Especial enfoque en el uso de modelos Interés inicial del ERSP por identificar sitios de muestreo utilizando modelos matemáticos de calidad del agua Bibliografía reciente sobre el tema Anexo A del proyecto

3 Modelos de simulación Definiciones Modelo. Representación de una red hidráulica existente mediante un software y la información que describe la red. Calibración. Es el procedimiento de realizar ajustes a los parámetros del modelo (rugosidad, demandas, fugas, controles, niveles en tanques, etc.) para que se obtengan resultados que representen mediciones reales con cierto grado de exactitud. Simulación. Son los resultados que ofrece un modelo calibrado y que representan con cierto nivel de confiabilidad las condiciones de operación reales de una red

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

5 Modelos de simulación Modelo hidráulico Flujo en cada tubo, presión en cada nodo Procedencia del agua Edad del agua Concentración de componentes no reactivos Parámetros hidráulicos que funcionan como indicadores de la calidad del agua La calibración puede tener diferentes niveles de exactitud

6 Modelos de simulación Modelo de calidad del agua Concentración de componentes reactivos Las variaciones son ocasionadas por advección (modelo hidráulico) y reacciones fisicoquímicas Forma de estudiar las variaciones temporales y espaciales de la calidad del agua

7 Modelos de simulación Aplicaciones Control del sistema El control se consigue cuando se comprende el comportamiento del agua en la red y es posible modificar ese comportamiento. Ejemplo: sectorización en México Vigilancia Ejemplo: EPA y Brasil

8 Modelos de simulación Aplicación en control Sectorización en Ciudad de México Sector: : porción de la red secundaria aislada del resto de la red hidráulica del sistema Los modelos se utilizaron para diseñar los sectores y estimar reducción de fugas Ahorro gracias al control de presión y el control activo de fugas (ALC)

9 Modelos de simulación Aplicación en control Reducción de fugas de fondo

10 Modelos de simulación Aplicación en vigilancia Etapa 2 del reglamento DBPR elaborado por la USEPA Atender los puntos de mayor riesgo Evaluación inicial del sistema (IDSE) mediante el uso de modelos hidráulicos Recomiendan utilizar edad del agua

11 Modelos de simulación Aplicación en vigilancia Caso Brasil Fuente: Vasconcelos et al.

12 Modelos de simulación Costos del modelo Elaboración del modelo Catastro actualizado y digitalizado Personal capacitado en la elaboración de modelos Equipo de cómputo y software Calibración hidráulica del modelo Mediciones continuas de flujo y presión (macromedición( macromedición) Capacidad y patrón de flujo en los tanques del sistema Curvas de operación de los equipos de bombeo Registro del consumo (micromedición( micromedición) Estudios con trazadores

13 Modelos de simulación Costos del modelo Calibración de calidad del agua Análisis continuos de los componentes a simular Estudio de laboratorio para determinar coeficientes de decaimiento Mantenimiento del modelo Actualizar cuando se realicen cambios en la red Verificar constantemente contra mediciones en campo

14 Aplicación en vigilancia Sólo es redituable si también se utilizan en acciones de control El sistema de vigilancia funciona más eficientemente en sistema controlados Por esto: se propone una estrategia de desarrollo de modelos a partir de su aplicación en el control de sistemas

15 Estrategia de desarrollo Características de la estrategia de desarrollo de modelos Desarrollo gradual Considera el estado de desarrollo actual del sistema Cada actividad requerida para elaborar el modelo trae beneficios inmediatos Se explican los beneficios del uso de modelos en actividades de control

16 (Beneficios) Herramienta para optimizar el muestreo en vigilancia de la calidad Balance de agua para conocer pérdidas, obtención de indicadores de desempeño Proyecto de sectorización Proyectos de grandes desarrollos Beneficios inmediatos Herramienta para reducir pérdidas, planeación de desarrollos puntuales Localización de problemas y separación de responsabilidades Reparaciones más rápidas, planeación más precisa Planeación de redes primarias a largo plazo Reducción del consumo, cobro acertado Guías de la estrategia: -Modelos -Sectorización Micromedición Macro medición Catastro digitalizado de la infraestructura hidráulica Modelo de simulación de la red primaria Modelos de sectores de la red secundaria Sectorización de la red secundaria Instrumentación de sectores de medición Calibración hidráulica de modelos de sectores Calibración para calidad del agua del modelo Tiempo (Actividades) TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O.

17 Estrategia de desarrollo Fase de desarrollo Fase preliminar Fase I Modelo hidráulico Fase II Simulación hidráulica Fase III Simulación de calidad del agua Fase IV Mantenimiento del modelo Definición de sectores conceptuales Micro y macromedición Digitalización del catastro Elaboración de modelos hidráulicos para aplicaciones de planeación (de la red primaria, de estado estacionario) Modelos de simulación de la red secundaria Sectorización de la red secundaria Calibración de los modelos hidráulicos (EPS) Control activo de fugas (ALC) Calibración de calidad del agua Estudios de calidad del agua Actividades Actualización de los modelos y mejora de la exactitud de sus simulaciones Aplicaciones en actividades avanzadas de control

18 Sectorización conceptual Sector conceptual: sector identificado en planos que se convertirá en un sector de red secundaria El sector como unidad geográfica básica del SV: espacio que ocupa la población que se ve afectada por un conjunto único de factores de riesgo El sector conceptual definirá los sitios de muestreo iniciales La sectorización sirve a los objetivos del control y la vigilancia

19 Fase I: Modelo hidráulico Micro y macro medición Catastro digitalizado Elaboración de modelos hidráulicos para planeación (Estado estacionario)

20 Fase II: Simulación hidráulica Modelo de simulación red secundaria Sectorización física Calibración de modelos hidráulicos Control activo de fugas

21 Fase III: Simulación de calidad del agua Calibración de calidad del agua Control de DBPs Estudios de calidad del agua (Cl( residual,

22 Fase IV: Mantenimiento del modelo calibrado Actualización del catastro Actualización del modelo y mejora de la exactitud de sus simulaciones

23 Análisis costo-beneficio Costo del agua (Balboas/m 3 ) Densidad de población (hab/km 2 ) Dotación (L/hab/día) Dotación por km 2 (Lps) Ahorro por km 2 (Lps) Concepto Porcentaje de ahorro de agua estimado Costo para desarrollo del modelo (sectorización) (Balboas/Km 2 ) Ahorro anual (Balboas/Km 2 ) Cantidad 15% 60, , , Comentarios Sobre demanda total Experiencias en México Costo promedio

24 Software EPANET Programa de trabajo Gratuito El mismo engine que los software comerciales Posibilidad de modificar el código fuente para personalizar el programa

25 Software WaterCAD Programa de captura y análisis Es compatible con EPANET Buen servicio de atención al cliente y asistencia en línea en Latinoamérica (atienden en español). Tienen programado un curso a realizarse en la ciudad de Panamá para el año Su costo es similar al resto de los programas o softwares equivalentes que tienen interfase CAD.

26 Elaboración del modelo hidráulico de El Fortín Empresa Altos de Vistamares Información sobre su infraestructura hidráulica Se elaboró el modelo hidráulico Falta poca información para realizar la calibración hidráulica Se realizó un ejercicio de calibración con información hipotética MEDIDOR ø= 3" V/REDUCTORA ø= 6 " 90 Vs20 PSI V. REDUCTORA ø 2 " TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O. VALVULA DE ø= ALIVIO

27 Calibración Simuación Medición 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 24:00:00 TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O. TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O. 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00

28 Simulación de residual de Cl Chemical for Node NODO Chemical (mg/l) Time (hours)

29 Resumen El uso de modelos en vigilancia es útil, pero el desarrollo de modelos es una tarea que demanda muchos recursos. Por este motivo se propuso la estrategia de desarrollo de modelos que propone un trabajo gradual y resalta lo beneficios en control. Se propone la sectorización como una estrategia de control y con aplicaciones en la vigilancia. Como parte de la estrategia se seleccionaron los software con que se desarrollarán los modelos, se capacitó al personal del ERSP en su uso y se adquirió una licencia de WaterCAD.

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