Modelo matemático mejoraría hasta en un 90 % presión en redes hidráulicas

"El estudio se enfocó en Manizales, donde la Zona Oriente del sistema de acueducto se caracteriza por tener fuertes pendientes propias de esta topografía", explicó Mateo Jaramillo Echeverri, magíster en Ingeniería - Recursos Hidráulicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

La información técnica, operativa y comercial de los sectores hidráulicos fue suministrada por Aguas de Manizales S.A. E.S.P, empresa operadora del servicio de acueducto de la ciudad. Con esta se determinó que la principal causa de deterioro de la red se debe a las altas presiones, en especial aquellas para las cuales no fueron diseñadas, los accesorios, tuberías, válvulas y demás.

"Esta variable es una de las más importantes a controlar si se quiere proteger el sistema de distribución, pues a menores presiones, menores probabilidades de falla".

A esta problemática se suma la topografía, pues por tratarse de una ciudad de alta montaña se presentan cambios de altura importantes, que pueden superar los 100 m. "Esto implica aumentos de presión en los sistemas de distribución, fallas de elementos, fugas y, por ende, afectaciones en la prestación del servicio", comenta el investigador.

Puntos seleccionados

Para conocer el correcto funcionamiento hidráulico de la red de acueducto se identificó detalladamente la distribución de las demandas entre los suscriptores de la zona, a través de la información proporcionada por el Sistema de Información Geográfico de la ciudad.

Además se realizaron catastros de usuarios en cada uno de los sectores de análisis, prestando especial atención en los límites geográficos entre sectores hidráulicos que pueden contener potenciales inexactitudes.

En esta etapa se seleccionaron los puntos para la medición de presión y caudal, además de la captura y análisis de datos y la construcción de patrones de consumo, mediante la instalación de medidores de caudal portátiles a la entrada de cada sector hidráulico. Las mediciones se tomaron durante una semana, con intervalos cada minuto.

También se instalaron medidores ultrasónicos Portaflow-C, que permiten de manera autónoma y no invasiva almacenar los datos de caudal y totalizar el volumen de agua suministrada durante largos periodos de tiempo.

También fue necesario situar medidores de presión en los hidrantes del sector y válvulas de control y de expulsión de aire, para lo cual se instalaron manómetros digitales durante un mínimo de 24 horas, con intervalos de medición cada minuto.

Con la información obtenida se construyeron patrones de consumo y se definió la demanda de cada sector.

Modelación del sistema hidráulico

Para el proyecto se utilizó el software WaterGEMS, reconocido como el más poderoso para la modelación hidráulica de redes a presión; entre sus capacidades permite modelar varios de los componentes típicos de las redes de distribución, como válvulas reguladoras, estaciones de bombeo y controles automatizados sensibles a presión o caudales, entre otros.

Con este programa se analizó la potencia de cada una de las tuberías seleccionadas y para cada plano de presión establecido. "La tubería que identificamos con mayor potencia se seleccionó como localización ideal de la válvula reguladora de presión, lo que garantiza una única entrada a la zona de servicio que favorezca la regulación de presión", detalló el magíster.

Según los datos modelados de agua no contabilizada se determinó que las proporciones de pérdidas comerciales y técnicas son cercanas al 70 y 30 %, respectivamente.

Con esta información se crearon 39 escenarios de mejora y para cada uno de ellos la hidráulica de la red, extrayendo los resultados y graficándolos para hacer el análisis del escenario con mejor ajuste.

Con estos modelos de caudales y presiones se calcularon las potencias, lo que permitió encontrar que la tubería es la mejor opción para instalar la válvula reguladora de presión. Con esto se logró una mejoría cercana al 43 %, al pasar de una cobertura de presiones máximas adecuadas del 51,7 al 95 %.

La calibración del modelo hidráulico es el paso fundamental que garantiza la exactitud de su comportamiento. Durante la investigación, para asegurar datos cercanos a la realidad, se realizó un proceso en el que los parámetros del modelo se iban ajustando a los de la red de distribución de agua hasta que se imitó el comportamiento de la manera más cerca posible.

Esta investigación permite analizar las características de obras de optimización hidráulica que admitan la verificación de su eficiencia, además de diseñar estaciones reguladoras de presión, tanques de almacenamiento o estaciones de bombeo, sin dejar de lado la "gestión de pérdidas", concluye el investigador.