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.
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
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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

Simulación. Son los resultados que ofrece un modelo
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.
calibrado y que representan con cierto nivel de confiabilidad
las condiciones de operación reales de una red
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Modelos de simulación
Es una herramienta que permite entender el
comportamiento de un sistema complejo y
con la que es posible simular el comportamiento del sistema en diferentes
situaciones hipotéticas
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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
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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
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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
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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)
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Modelos de simulación
Aplicación en control
Reducción de fugas de fondo
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
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Modelos de simulación
Aplicación en vigilancia
Caso Brasil
Fuente:
Vasconcelos
et al.
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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)
Capacidad y patrón de flujo en los tanques del sistema
Curvas de operación de los equipos de bombeo
Registro del consumo (micromedición)
Estudios con trazadores
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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
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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
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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
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Beneficios inmediatos
(B e n e fic io s )
H e rra m ie n ta p a ra o p tim iza r e l
m u e s tre o e n v ig ila n c ia d e la c a lid a d
H e rra m ie n ta p a ra re d u c ir
p é rd id a s , p la n e a c ió n d e
d e s a rro llo s p u n tu a le s
B a la n c e d e a g u a p a ra c o n o c e r p é rd id a s ,
o b te n c ió n d e in d ic a d o re s d e d e s e m p e ñ o
L o c a liza c ió n d e
p ro b le m a s y s e p a ra c ió n
d e re s p o n s a b ilid a d e s
P ro y e c to d e
s e c to riza c ió n
P ro y e c to s d e
g ra n d e s d e s a rro llo s
R e p a ra c io n e s m á s rá p id a s ,
p la n e a c ió n m á s p re c is a
P la n e a c ió n d e re d e s
p rim a ria s a la rg o p la zo
C a lib ra c ió n p a ra c a lid a d
d e l a g u a d e l m o d e lo
C a lib ra c ió n h id rá u lic a
d e m o d e lo s d e s e c to re s
In s tru m e n ta c ió n d e
s e c to re s d e m e d ic ió n
S e c to riza c ió n d e la
re d s e c u n d a ria
M o d e lo s d e s e c to re s
d e la re d s e c u n d a ria
M o d e lo d e s im u la c ió n
d e la re d p rim a ria
C a ta s tro d ig ita liza d o d e la
in fra e s tru c tu ra h id rá u lic a
M a c ro m e d ic ió n
Guías de la estrategia:
-Modelos
-Sectorización
M ic ro m e d ic ió n
R e d u c c ió n d e l c o n s u m o ,
c o b ro a c e rta d o
T ie m p o
(A c tiv id a d e s )
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Estrategia de desarrollo
Fase de desarrollo
Fase preliminar
Actividades
Definición de sectores conceptuales
Micro y macromedición
Fase I
Modelo hidráulico
Fase II
Simulación hidráulica
Fase III
Simulación de calidad del
agua
Fase IV
Mantenimiento del modelo
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
Actualización de los modelos y mejora de la exactitud de sus
simulaciones
Aplicaciones en actividades avanzadas de control
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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
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Fase I: Modelo hidráulico

Micro y macro medición

Catastro digitalizado

Elaboración de modelos hidráulicos
para planeación (Estado estacionario)
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Fase II: Simulación
hidráulica

Modelo de simulación red secundaria

Sectorización física

Calibración de modelos hidráulicos

Control activo de fugas
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Fase III: Simulación de calidad
del agua

Calibración de calidad del agua

Control de DBPs

Estudios de calidad del agua (Cl
residual)
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Fase IV: Mantenimiento del
modelo calibrado


Actualización del catastro
Actualización del modelo y mejora
de la exactitud de sus simulaciones
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Análisis costo-beneficio
Concepto
Porcentaje de ahorro de agua estimado
Costo para desarrollo del modelo
(sectorización) (Balboas/Km2)
Costo del agua (Balboas/m3)
Densidad de población (hab/Km2)
Dotación (L/hab/día)
Dotación por km2 (Lps)
Ahorro por km2 (Lps)
Ahorro anual (Balboas/Km2)
Cantidad
Comentarios
15% Sobre demanda total
Experiencias en
60,000.00 México
0.30 Costo promedio
13,000
400
60
9
85,410.00
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Software EPANET
• Programa de trabajo
• Gratuito
• El mismo “engine”
que los software
comerciales
• Posibilidad de
modificar el código
fuente para
personalizar el
programa
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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 2004.
• Su costo es similar al resto de los
programas o softwares equivalentes que
tienen interfase CAD.
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M EDIDO RES ø 6 "
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
M EDIDO R ø= 3 "
V /REDUCTO RA ø= 6 "
9 0 V s2 0 PS I
V . REDUCTO RA ø 2 "
REDUCTO R ø= 2 "
1 1 4 V s 3 0 PS I












V ALV ULA DE ø= 2 "
ALIVIO
V . REDUDTO R ø= 2 "
1 1 4 V s 4 0 PS I
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Calibración
75
70
65
60
Simuación
Medición
55
50
45
40
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Simulación de residual de Cl
Chemical for Node NODO39
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0.0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140
Time (hours)
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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.
TDS Consulting Inc./Ing.J. Eugenio Barrios O.
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