XII Simposio Iberoamericano sobre planificación de sistemas de abastecimiento
y drenaje
“MODELACIÓN FÍSICA DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA
POTABLE COMO APOYO A PROCESOS DE DOCENCIA E
INVESTIGACIÓN"
Juan David Uribe
(1), Juan Saldarriaga (2)
(1) Investigador, Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados de la Universidad de los
Andes (CIACUA), Carrera 1 No. 18A-10, Bogotá, Colombia. Email: jduribe243@uniandes.edu.co,
Teléfono: 3394949 Ext: 1764
(2) Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Centro de Investigaciones en
Acueductos y Alcantarillados de la Universidad de los Andes (CIACUA), Carrera 1 No. 18A-10,
Bogotá, Colombia. Email: jsaldarr@uniandes.edu.co. Teléfono: 3394949 Ext: 2810
RESUMEN
El modelo físico de la red elevada es una red real construida en el Laboratorio de Hidráulica de la
Universidad de los Andes Bogotá, Colombia, con el fin de estudiar el comportamiento de redes de
distribución de agua potable y como una herramienta para apoyar los procesos docentes e investigativos. El
uso primordial de la red es el estudio de presiones y comportamiento de sustancias dentro de las redes de
distribución y para usos pedagógicos dentro de la universidad. En este artículo se describirán las principales
características y aplicaciones a las que a sido sometida la red Elevada.
Palabras claves: Redes de distribución, calibración, modelo, laboratorio, cloro residual.
ABSTRACT
The physical model know as Red Elevada is a network constructed at the Laboratorio de Hidráulica of the
Universidad de los Andes with the purpose of studying the behavior of real water distribution networks and
as a tool to support the teaching and research processes. The main uses of the network consist in studying
pressures and substances inside the networks, and the pedagogical uses within the university. In this article
the main characteristics will be described as well as the applications to which has been subjected.
Key words: Water Distribution Network, calibration, model, laboratory, residual chlorine.
SOBRE EL AUTOR PRINCIPAL
Juan David Uribe: Ingeniero Ambiental de la Universidad de los Andes de Colombia. Realizando una
maestría en Ingeniería Civil, en el área de recursos hídricos. Trabaja en el Centro de Investigación en
Acueductos y Alcantarillados (CIACUA) de la Universidad de los Andes.
INTRODUCCIÓN
El presente artículo busca mostrar el modelo físico
construido en el Laboratorio de Hidráulica de la
Universidad de los Andes Bogotá, Colombia. La
motivación detrás de este modelo fue el estudio del
comportamiento de las redes de distribución de agua
potable bajo diferentes condiciones de operación.
Este modelo cuenta con 6 circuitos de 110 metros de
longitud con diámetros de 50.8, 76.2 y 101.6 mm, 18
nudos de demanda, con un rango de caudales que
oscila entre 1 y 10 L/s, un nudo de entrada con
capacidad de entregas hasta 100 L/s con una
columna de agua de 6 metros, 10 puntos de
medición de presiones, 5 puntos de medición de
caudales y 3 puntos de medición de la calidad del
agua. La red a su vez se encuentra instrumentada en
su totalidad permitiendo realizar mediciones en
tiempo real y la transmisión de datos a través de la
red electrónica de datos de la universidad.
Figura 1 Esquema de los diámetros de la red
elevada (Prieto, 2011).
Los parámetros trabajados dentro de esta red
incluyen la medición de caudales y presiones y
puntos para medir la mezcla y comportamiento de
diferentes sustancias como cloruro de sodio y cloro.
Figura 2 Esquema de sensores de presión
de la red elevada (Prieto, 2011).
Dicho modelo ha sido utilizado en diversas
investigaciones tanto para calibración y validación
de modelos computacionales como para el estudio
de sustancias. Adicionalmente el modelo es utilizado
en cursos de postgrado de la Universidad de los
Andes para ilustrar a los estudiantes en los
fenómenos hidráulicos que ocurren en tuberías
presurizadas.
Por ende, este artículo se enfocará en mostrar los
resultados más relevantes de la investigación
realizada con su respectiva metodología.
BASE CIENTÍFICO-TEÓRICA
Principios Hidráulicos
Al ser un modelo físico de una red de distribución de
agua potable cerrada, este debe cumplir con los
principios de la conservación de la masa y
conservación de la energía. Las pérdidas por fricción
son representadas con la ecuación físicamente
basada de Darcy-Weisbach en conjunto con la
ecuación de Colebrook-White en caso de ser flujo
turbulento o la ecuación de Hagen-Poiseuille si es
flujo laminar (Saldarriaga, 2009). A continuación se
muestra este conjunto de ecuaciones:
Ecuación de conservación de la masa:
∑
∑
(1)
donde
es el caudal que entra a la unión,
es
el caudal que sale de la unión y
es el caudal
demandado en la unión.
Ecuación de la conservación de la energía:
(2)
donde
es la cota del nudo de salida,
es la cota
del nudo de llegada,
y
representan las
presiones del nudo de salida y de llegada
respectivamente,
y
representan las energías
cinéticas en los nudos respectivamente, Hf
representan las pérdidas de energía causadas por
fricción y Hm las pérdidas menores causadas por
accesorios.
La ecuación de Darcy-Weisbach es:
(3)
donde l es la longitud del tramo, d es el diámetro
real interno de la tubería, f es el factor de fricción
adimensional y v es la velocidad del flujo.
Principios de la Modelación de la Calidad del
Agua
El modelo en sí mismo presenta una base para la
modelación de la calidad del agua debido a que este
montaje es usado para estudiar el comportamiento de
las sustancias en redes de distribución de agua
potable. Dentro de los principales conceptos se
encuentran ecuaciones para modelar la variación de
las
concentraciones
tanto
espacial
como
temporalmente, incluyendo el concepto de
conservación de la masa y las ecuaciones que
representan la cinética de las reacciones en la red.
Ecuación de Mezcla en los Nudos
⃓
∑
⃓
(4)
donde i es el índice de tubos que salen del nudo k,
son las tuberías que llegan al nudo k,
representa la
longitud del tubo j,
es el caudal que circula en el
tubo j,
⃓
es la concentración en el tubo j,
es el caudal externo que entra en el nudo k,
Es
la concentración del caudal externo del nudo k y
es la concentración en caso de que haya
inyección en el nudo k (Mays, 2002).
Ecuación de Transporte Advectivo en
Tuberías
(5)
Mezcla entre Tanques
Ya que es necesario analizar el comportamiento de
las sustancias tanques con un solo compartimiento
(mezcla completa), dos compartimientos (zonas
muertas) y varios compartimientos, la ecuación que
representa este fenómeno se muestra a continuación:
(6)
donde F es el flujo de agua y C es la concentración.
(7)
donde
representa el cambio del volumen de
agua al interior del tanque.
Cinética de las Reacciones
Finalmente se muestran la cinética de las reacciones.
Las
principales
ecuaciones
que
rigen
este
comportamiento se muestran a continuación:
(8)
(9)
donde
es la concentración límite, k es la
constante de reacción y n es el orden de la reacción.
Las reacciones de primer orden son utilizadas para
describir el cloro y demás sustancias desinfectantes.
Las reacciones de segundo orden ayudan a
representar el comportamiento altas pérdidas
iniciales, como en los procesos de desinfección que
se presentan en las plantas de tratamiento de agua.
Así mismo se tienen las reacciones que ocurren en el
agua representada en la Ecuación 10 y en las paredes
de la tubería representada en la Ecuación 11.
(10)
donde k es la constante de reacción y n es el orden.
(
)
(11)
donde
representa el coeficiente de reacción con
la pared,
es el coeficiente de transferencia de masa
y
es el radio de la tubería.
METODOLOGÍA
Mediciones Topológicas y Topográficas
Una vez montado el modelo físico se realizaron
mediciones topográficas y topológicas de tal forma
que se conociera la estructura física de la red a la
perfección.
Las mediciones topográficas de la red consistieron
en medir las diferencias de nivel de los diferentes
accesorios de la red utilizando dispositivos de alta
precisión como el teodolito electrónico y la mira de
5 metros de longitud. Las mediciones consistieron
en realizar de 2 a 3 mediciones de tal forma que la
lectura obtenida tuviera una un error máximo de 1
mm (precisión máxima de la mira).
Debido a la amplitud de la red y la cantidad de
montajes que se tienen en el laboratorio, fue
necesario realizar 4 diferentes montajes del teodolito
de tal forma que se cubriera la totalidad de los
puntos de esta.
Las mediciones topológicas de la red incluyeron la
medición de las tuberías del sistema y las tuberías
de descarga de los diferentes componentes
hidráulicos de la red. La medición se realizó
utilizando la cinta métrica, midiendo 2 veces cada
uno de los elementos de la red de tal forma que se
obtuviera una mejor precisión, con un error
permitido máximo de 1 mm.
Figura 3 Mediciones topográficas de la Red
Elevada (Prieto, 2011).
Mediciones Hidráulicas
Las mediciones hidráulicas de la red fueron la
adquisición de los datos hidráulicos de la red, es
decir, los datos referentes a la presión y los caudales
del montaje. Debido a las características de la red,
era posible obtener estos datos en tiempo real. Para
las mediciones y con fines investigativos, se
establecieron diversos escenarios, con el fin de
calibrar un modelo computacional, estudiar el
comportamiento
hidráulico
bajo
diferentes
condiciones y finalmente para hacer un análisis
sobre el estudio de sustancias.
Mediciones de Caudales
La recolección de caudales se basó en toma de
caudales de forma electrónica en las tuberías con la
utilización del caudalímetro electromagnético no
intrusivo Ultraflux modelo UF801P. Por otro lado la
medición de caudales se realizó utilizando los 31
puntos de extracción de caudales con válvula de bola
de 2 pulgadas que tiene instalados la red de forma
vertical. La medición de los mismos se realizó
mediante aforos volumétricos utilizando baldes de
60 y 20 litros y cronómetros.
Figura 4 Válvula de bola de la red elevada.
El esquema de estos 31 puntos se muestra a
continuación:
Figura 5 Los 31 puntos de extracción de
caudal de la Red Elevada (Prieto, 2011).
En otras palabras, los caudales se obtuvieron
midiendo los tiempos en que tardaba en llenarse el
balde. Para reducir los efectos de la altura de caída
del agua y la turbulencia generada en el balde, la red
acondicionó mangueras unidas a las válvulas de
salida como se puede ver en la Figura 6
Figura 6 Aforo de caudales de la Red
Elevada (Prieto, 2011).
Para que los datos tomados en la red fueran
estadísticamente significativo y para tener mejor
precisión en las medidas, se realizaron 10
mediciones de caudal en cada punto de extracción.
Medición de Presiones
La medición de los puntos de presión de la red se
realizó utilizando los 12 puntos ilustrados en Figura
2. En estos puntos se puede realizar la instalación de
transductores. A nivel de laboratorio se contaba con
3 modelos, el MAN-SD2S B2 (Kobold), Vegabar 52
y el MAN LD3S (Kobold). Los dos primeros
permitían obtener presiones de hasta 1 bar, y el
último permitía medir presiones entre -1 y 5 bar.
Figura 7 Sensor de presión de la Red
Elevada.
A diferencia de las mediciones realizadas en los
caudales, la medición de presiones fue por medio
electrónico.
Modelo Computacional
Se procedió a realizar un modelo de esta red usando
el programa de EPANET 2.0. Este modelo sería
usado posteriormente para realizar análisis de
calibración hidráulica, de rugosidades y para a
ayudar a establecer los diferentes coeficientes de
pérdidas menores asociados con los accesorios de la
red. Es importante mencionar que este modelo debió
ser calibrado realizando diversas pruebas en el
modelo físico y verificando que los errores
cuadráticos medios fueran muy bajos y la similitud
entre los resultados reales y computacionales tuviera
un mínimo de diferencia. Por otro lado, este modelo
computacional también sirvió para establecer de
forma efectiva el tiempo de medición de las
sustancias en el modelo físico al correr varias
ejecuciones en EPANET 2.0 y en el programa
REDES.
Este último programa fue desarrollado por el
CIACUA y es un programa que permite realizar
cálculos hidráulicos (análisis estables y análisis en
periodos extendidos), cálculos para el análisis de
sustancias, crear y editar redes a presión bajo
diferentes condiciones y diseñar bajo diferentes
metodologías redes de distribución de agua potable.
Por otro lado este programa ha sido utilizado en
varias investigaciones y proyectos de grado tanto de
pregrado como de maestría de la Universidad de los
Andes.
Figura 8 Esquema de calibración de
coeficientes de pérdidas menores (Prieto,
2011).
Inyección y Medición de Sustancias
Como se mencionó previamente, la red elevada
cuenta con una entrada para inyectar sustancias y
ver su comportamiento en el modelo físico. La
inyección de la sustancia (NaCl) se realizó
diluyendo el cloruro de sodio en agua, con una
concentración de 160 mg/L de tal forma que se
asegurara una dilución total. La inyección se realizó
utilizando simultáneamente 8 jeringas de 50 ml. Una
vez inyectada la sustancia y como se mencionó
anteriormente, se usó el modelo computacional
calibrado para establecer los tiempos en que se
debían realizar las mediciones. Con base a estos
resultados se estableció que el tiempo de toma de
muestras debía rondar alrededor de los 5 minutos
(Prieto, 2011), y que la frecuencia de recolección
debía de ser de 5 segundos en cada punto. Una vez
realizada la toma de las muestras, se procedió a
medir la concentración de la sustancia con el sensor
de conductividad. Concluido el proceso anterior se
compararon los resultados entre el modelo
computacional
calibrado
previamente
y
las
mediciones reales.
Figura 9 Inyección de sustancias en la red
(Prieto, 2011).
RESULTADOS
En esta sección se mostrarán los resultados de las
investigaciones realizadas en el modelo físico en el
año 2011. En principio se mostrarán los resultados
hidráulicos y posteriormente se presentarán los
resultados de análisis de sustancias.
Investigación del año 2011
La investigación realizada en el año 2011 por Juan
Saldarriaga y César Prieto (Prieto, 2011), consistió
en calibrar un modelo matemático y en realizar un
análisis del comportamiento hidráulico y de
sustancias en una red de tuberías presurizadas.
Resultados Hidráulicos
Como se mencionó previamente en la sección de
metodología, se plantearon escenarios hidráulicos
para probar la red. En este trabajo se crearon 6
diferentes escenarios. Dichos escenarios van a ser
presentados a continuación:
Escenario 1
El primer escenario utiliza 7 puntos de salida de
caudal (Q15, Q23, Q26, Q3, Q17, Q10, Q21) (ver
Figura 5) y 4 válvulas cerradas. La presión de
entrada al sistema es la máxima permitida por el
montaje.
Escenario 2
Cuenta con las mismas características del Escenario
1, la única diferencia de este escenario es que la
energía entrante al sistema es mucho menor ya que
es regulada con una válvula. En la siguiente figura
se muestra el esquema de los dos primeros
escenarios:
Figura 10 Esquema de los Escenarios 1 y 2
(Prieto, 2011).
Escenario 3
El Escenario 3 se planteó utilizando un esquema
similar al utilizado en los dos primeros escenarios,
con la excepción de que los nudos de salida Q10 y
Q26 se cerraron.
Figura 11 Esquema del Escenario 3 (Prieto,
2011).
Escenario 4
Este escenario cuenta con los mismos puntos de
salida de caudal que el Escenario 3, sin embargo,
tiene cinco válvulas cerradas con el fin de estudiar
caminos con mayores pérdidas de energía.
Figura 12 Esquema del Escenario 4 (Prieto,
2011).
Escenario 5
El Escenario 5 cuenta con los mismos puntos de
salida que el Escenario 1, sólo que a diferencia de
este escenario, ninguna de las válvulas se encontraba
cerrada permitiéndole al agua seguir mucho más
caminos. Este fue a su vez el escenario elegido para
realizar la calibración del modelo matemático.
Figura 13 Esquema del escenario 5
.
(Prieto,
2011).
Escenario 6
Este escenario se diseño específicamente para
obtener una situación controlada de transporte de
sustancias (Prieto, 2011). Este escenario contaba con
4 nudos de salida de caudal (Q23, Q17, Q10, 21) y 8
válvulas cerradas de tal forma que se obtuviera una
red ramificada.
Figura 14 Esquema del Escenario 6 (Prieto,
2011).
Presiones y Caudales de los Diferentes Escenarios
Las tablas y resultados que se muestran a
continuación corresponden a las mediciones reales
de caudales y presiones de acuerdo con lo explicado
en la metodología.
Tabla 1 Caudales medidos en los diferentes
escenarios.
[L/s]
Escenario
1
2
3
4
5
6
Q3
1.71 1.51 1.71 1.67
1.7
-
Q10
0.56
0.5
-
-
0.56 0.56
Q15
1.55 1.38 1.54 1.53 1.52
-
Q17
1.76 1.56 1.9 1.85 1.87 1.82
Q21
1.21 1.06 1.26 1.2
1.23 1.28
Q23 1.65 1.42 1.55 1.56 1.68 1.69
Q26
1.91 1.58
-
-
1.92
-
Total 10.35 9.01 7.06 7.81 10.46 5.34
Fuente: Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
Tabla 2 Presiones medidas en los diferentes
escenarios.
[m.c.a]
Escenario
1
2
3
4
5
6
Presión A 4.16 3.27 4.30 4.31 4.15 4.41
Presión B 3.91 3.07 4.17 3.97 4.07 4.35
Presión C 4.07 3.20 4.26 4.31 4.02 4.37
Presión D 3.50 2.63 3.74 3.40 3.64 4.02
Presión E 4.00 3.07 4.16 3.85 4.08 4.41
Presión F 3.46 2.61 3.70 3.39 3.56 3.92
Presión G 3.43 2.58 3.66 3.35 3.52 3.95
Presión H 3.44 2.60 3.70 3.34 3.56 3.83
Presión I 3.29 2.46 3.51 3.20 3.42 3.71
Fuente:Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
Una vez presentados estos datos, se procede a
mostrar los resultados de la calibración del modelo
matemático utilizando como base el Escenario 5.
Tabla 3 Coeficientes de pérdidas menores
después de realizar la calibración.
Grupo Accesorios
Coeficiente
Codo 2”
0.17763241
Codo 3”
0.0603514
Codo 4”
0.05219445
Tee
2”(Parte perpendicular)
0.17895198
Tee 3”(Parte perpendicular)
0.06919338
Tee 4”(Parte perpendicular)
0.05158503
Tee 2”(Parte recta)
0.19817837
Tee 3”(Parte recta)
0.15839834
Tee 4”(Parte recta)
0.07773844
Válvula 2”
0.01297492
Válvula 3”
0.03754198
Válvula 4”
0.06384079
Fuente :
Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
La Tabla 3, como se puede observar, presenta los
resultados de los coeficientes de pérdidas menores
con mejor bondad de ajuste para el cálculo
hidráulico de la red. Así mismo se realizó un análisis
de las rugosidades absolutas de la red.
Tabla 4 Presiones medidas, presiones
previas a la calibración y presiones
posteriores a la calibración.
[m.c.a.]
Escenario
5
MH
Calibración
5-1
Presión A
4.147
4.147
4.147
Presión B
4.071
4.099
4.082
Presión C
4.071
4.087
4.07
Presión D
3.639
3.573
3.551
Presión E
4.076
4.064
4.044
Presión F
3.557
3.619
3.594
Presión G
3.519
3.557
3.522
Presión H
3.557
3.583
3.551
Presión I
3.423
3.521
3.466
Fuente: Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
En la tabla anterior la columna con el nombre
Escenario 5, representa las presiones medidas en el
modelo físico. La segunda columna con el nombre
de MH (Modelo hidráulico)
representa las
presiones del modelo matemático sin calibrar, y
finalmente la última columna se encuentra las
presiones después de haber calibrado el modelo.
Posteriormente se realizó la validación del modelo
con los diferentes escenarios. En las siguientes
tablas
se
mostrarán
los
coeficientes
de
determinación y los errores cuadráticos medios.
Tabla 5 Coeficientes de determinación.
Escenario
5-1
Escenario 1
0.813
0.927
Escenario 2
0.839
0.928
Escenario 3
0.927
0.974
Escenario 4
0.524
0.782
Escenario 5
0.951
0.971
Escenario 6
0.920
0.923
Fuente : Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
Tabla 6 Errores cuadráticos medios.
Escenario
RMS
Calibración
5-1
%∆
RMS
Escenario 1
0.1232
0.0772
37.32%
Escenario 2
0.1070
0.0717
32.96%
Escenario 3
0.0723
0.0435
39.79%
Escenario 4
0.2518
0.1705
32.27%
Escenario 5
0.0569
0.0334
41.22%
Escenario 6
0.0715
0.0699
2.25%
Fuente: Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
Análisis de Sustancias
En esta investigación el análisis de sustancias se
realizó en los Escenarios 1, 5 y 6. Como se describió
anteriormente en metodología se utilizó el cloruro de
sodio y los resultados de esta investigación se
muestran
a
continuación.
Los
escenarios
seleccionados para estas pruebas fueron escogidos
por ser los escenarios que presentaron mejores
coeficientes de determinación y menor error
cuadrático medio, de tal forma que la prueba en el
modelo computacional fuera lo más precisa posible.
El modelo computacional de sustancias fue realizado
utilizando el programa de EPANET 2.0 con la
herramienta de MASS BOOSTER.
Escenario 1
En esta sección se mostrarán los resultados de
algunos nodos del escenario, así como la
concentración en el escenario temporalmente. En la
Figura 6 se puede observar los resultados de la
medición en el modelo físico (puntos rojos), el
cálculo del modelo computacional sin calibrar (línea
azul) y finalmente el modelo computacional
calibrado (línea punteada negra). Así mismo como
se puede ver en la Figura 14, los colores de las líneas
representan las concentraciones del cloruro de sodio
en cada uno de los nodos a través del tiempo.
En la Figuras 15, 16 y 17 se puede observar que el
ajuste entre las mediciones reales y las simulaciones
hidráulicas se ajustan bastante bien, a pesar de que
existe una pequeña desviación entre los datos.
Principalmente
debido
a
las
limitaciones
computacionales del programa y a factores sin
control a la hora de tomar los datos.
Figura 15 Concentración en el nodo Q3 del
Escenario 1 (Prieto, 2011).
Figura 16 Concentración en el nodo Q21 del
Escenario 1 (Prieto, 2011).
Figura 17 Concentración de la sal en los
nodos del Escenario 1 (Prieto, 2011).
Escenario 5
Al igual que en el Escenario 1, se van a mostrar los
resultados más importantes en cuanto a el análisis de
sustancias.
Figura 18 Concentración en el nodo Q10 del
Escenario 5 (Prieto, 2011).
Figura 19 Concentración en el nodo Q26 del
Escenario 5 (Prieto, 2011).
Figura 20
Concentración de la sal en los
nodos del Escenario 5 (Prieto, 2011).
Escenario 6
Los resultados del Escenario 6 fueron:
Figura 21 Concentración en el nodo Q21 del
Escenario 6 (Prieto, 2011).
Figura 22 Concentración en el nodo Q23 del
Escenario 6 (Prieto, 2011).
Figura 23 Concentración de la sal en los
nodos del Escenario 6 (Prieto, 2011).
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados de las investigaciones muestran la utilidad del
modelo físico como apoyo a la calibración de modelos
hidráulicos computacionales, no solo por los coeficientes de
determinación obtenidos sino por lo bajo de los errores
cuadráticos medios. Esto se puede observar claramente en la
Fuente : Prieto, 2011. Modificado por los Autores.
Tabla 6 y en la Tabla 5, donde se puede ver que los
coeficientes de determinación se encuentran en su
mayoría por encima de 0.92 salvo un escenario que
se encuentra alrededor de 0.78 y al observar los
errores cuadráticos medios estos no superan un error
de 0.11.
Así mismo es importante resaltar la utilidad del
modelo para estudiar el comportamiento de las
sustancias en redes de distribución de agua potable,
así como su utilidad para verificar la veracidad de
modelos computacionales. Como se puede ver en los
resultados de análisis de sustancia, es posible
observar que al tener un modelo físico que ayude a
calibrar un modelo computacional, se pueden
obtener excelentes resultados de calidad del agua.
Cuando se observa la Figura 16 alrededor del
tiempo 150 se puede ver una desviación entre los
datos simulados y los datos medidos en el modelo
físico. Las razones de esta desviación son las
mismas a las que se presentaron posteriormente en la
Figura 20. Pese a esto, y como se analizara más
adelante, el ajuste que se presenta es bastante
satisfactorio con respecto a los datos medidos en el
modelo.
Analizando los resultados de la Figura 20, se puede
observar que aún el modelo no calibrado representa
muy bien el comportamiento del cloruro de sodio en
la red. Si bien existen puntos donde no coinciden de
forma exacta, en términos generales los resultados
son bastante precisos y las pocas desviaciones se
debieron principalmente a la toma de datos en el
modelo físico, que al requerir un intervalo de tiempo
tan corto, generó un error sistemático.
Por otro lado al ver los resultados de las Figuras 15,
19, 21,22 se puede ver que la desviación encontrada
entre las mediciones reales y las simulaciones con el
modelo computacional son bastante bajas, en estos
caso se ve que con la ayuda del modelo físico se
logró obtener una representación adecuada del
fenómeno y al tener este modelo calibrado y
validado, este tipo de simulaciones se pueden
extender a diferentes escenarios hidráulico con el fin
de estudiar de forma más detallada el fenómeno.
Otro resultado a resaltar de la Red Elevada, es su
utilidad para ayudar a determinar con gran precisión
coeficientes de pérdidas menores. Al estar esta red
compuesta por la mayoría de accesorios utilizados
en redes reales, los estudios que se pueden realizar
bajo condiciones reales son bastante amplios y
utilizados en otro tipo de investigaciones.
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES
Y TRABAJO FUTURO
Se puede concluir que la red elevada como modelo
físico es una gran herramienta para representar las
diferentes situaciones hidráulicas que se pueden
presentar en una red de distribución de agua potable,
no solo en la parte hidráulica (medición de presión,
caudales y calculo de coeficientes), sino como una
herramienta para calibrar modelos matemáticos y el
estudio de sustancias.
El análisis de las sustancias permite observar que al
utilizar un modelo físicos como lo es la Red
Elevada, facilita en gran medida estudiar el
comportamiento de las sustancias, no solo porque
permite calibrar con mucha más precisión un modelo
matemático como el presentado en este artículo.
Los resultados satisfactorios de la investigación,
permiten concluir que la utilización del modelo
como medio de calibración computacional, estudio
de sustancias y simulación de situaciones reales es
vital y un gran apoyo a métodos investigativos y de
docencia, de tal forma que los estudiantes e
investigadores pueden comprender de forma directa
el comportamiento hidráulico y los fenómenos
relacionados con las reacciones de sustancias en
redes presurizadas.
El hecho de poder medir caudales y presiones con
gran exactitud permite simular diferentes escenarios
de redes reales y estudiar los efectos hidráulicos bajo
modificaciones físicas del modelo y bajo escenarios
de inyección de sustancias.
Al ser una red con equipos de medición modernos,
dichos equipos facilitan en gran medida el manejo
de la información de tal forma que esta se obtenga
con gran exactitud y al ser una red conectada a la red
de la universidad, esto permite que estos datos se
transmitan rápidamente a cualquier equipo ya sea
para su procesamiento investigativo o como
herramienta para mostrar en sesiones docentes.
Los trabajos futuros, deben ser enfocados en estudiar
condiciones especiales de redes y el trato de
sustancias reales de la redes de abastecimiento como
lo son los desinfectantes inyectados en los procesos
de potabilización, o el estudio de marcadores que
permitan investigar más el fenómeno de mezcla
completa en las redes de distribución de agua
potable.
Por otro lado se recomienda que las futuras
investigaciones
se
enfoque
en
estudiar
las
operaciones reales que ocurren en las redes de
distribución de agua potable. Es decir, que se
estudien los efectos de cerrar válvula o estructuras
de la red con el fin de estudiar más a fondo el
comportamiento hidráulico de la red.
Finalmente es importante buscar nuevos escenario
con mejores indicadores de ajuste de tal forma que
las investigaciones que se realicen en la Red Elevada
no se limiten a solo 3 escenarios.
BIBLIOGRAFÍA
Mays, L. W. (2002). Manual de sistemas de
distribución de agua: MCGRAW-HILL.
Prieto, C. M. (2011). Modelación física y calibración
de sustancias en redes de distribución de
agua potable. Experimental, Universidad de
los Andes Bogotá.
Saldarriaga, J. G. (2009). Hidráulica de Tuberías
Abastecimiento de Agua,Redes,Riegos (3
ed.). Bogotá, D.C: Alfaomega.
