ii iii iv DEDICATORIA El presente trabajo se lo dedico a mis padres por su sacrificio y esfuerzo quienes me han acompañado y apoyado incondicionalmente en cada momento de mi vida, a mis hermanos y sobrinos quienes con sus palabras de aliento me motivaron a seguir adelante y poder cumplir una meta muy importante en mi vida. v AGRADECIMIENTO Al finalizar un trabajo laborioso y lleno de experiencias es inevitable no sentirse orgulloso y agradecido, en primer lugar con Dios por la salud y las bendiciones que me ha brindado para poder alcanzar con éxito mi objetivo. En la vida nos vemos expuestos a muchos retos y uno de ellos ha sido la universidad, el lugar donde más allá de ser un reto ha sido la base de mi formación profesional y entendimiento del campo en el que me he visto inmerso, por lo cual me siento muy agradecido a cada uno de los docentes que contribuyeron en mi formación profesional, a mis adorados padres por ser el pilar fundamental en mi vida y por el apoyo incondicional que siempre me brindaron. vi MODELACIÓN PARA EVALUAR CLORO RESIDUAL EN LA RED PRINCIPAL DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE BUENAVISTA, CANTÓN PASAJE, PROVINCIA DE EL ORO Autor: Jonathan Mauricio Aguilar Sigüenza Tutor: Cesar Augusto Solano de la Sala Monteros RESUMEN La simulación hidráulica es una herramienta digital que se utiliza para el diseño y evaluación de la distribución del agua, durante la investigación se conoció varios tipos de softwares con características y accesibilidad diferentes, eligiendo a Epanet como simulador para evaluar la disminución de la calidad del agua en el parámetro del cloro libre residual (C.L.R.) y el comportamiento hidráulico en la red de estudio, el consumo de agua de los habitantes se determinó por medio del control horario de la variación de los niveles de profundidad del espejo de agua en el tanque de almacenamiento en la planta potabilizadora “Buenavista”, también se midieron en campo parámetros como ubicación de válvulas con el uso de GPS, el cloro libre residual mediante el método D.P.D. con un equipo digital colorimétrico y la presión con manómetros de glicerina, esto permitió el ingreso de datos al software para dar inicio a la simulación en tiempos prolongados. Los mayores consumos de agua se presentan a las 07H00, 12H00 y 19H00, de los resultados obtenidos en la simulación se pudo apreciar la disminución de la velocidad del líquido en la tubería debido al poco consumo de agua por parte de la población en las primeras horas de la mañana, esto da lugar a una disminución en la concentración del C.L.R. a tal punto de estar por debajo del límite inferior de las normas INEN 1108 que establece los rangos como límite superior 1,5 mg/L y límite inferior 0,3 mg/L de C.L.R, estos reportes mantienen similitud con las lecturas de campo en las secciones de los nudos 10, 11, 12,13 y 14 a las primeras horas del día, se recomienda la sustitución del sistema de cloración de hipoclorito de sodio por cloro gas debido a la concentración de cloro activo. Palabras Claves: Epanet, simulación hidráulica, Cloro libre residual, D.P.D. Tubería vii MODELING OF FREE RESIDUAL CHLORINE CONCENTRATION ON THE MAIN NETWORK DRINKING WATER SYSTEM OF BUENAVISTA, PASAJE EL ORO. Author: Jonathan Mauricio Aguilar Sigüenza Tutor: Cesar Augusto Solano de la Sala Monteros ABSTRAC The hydraulic simulation is a digital tool used for the design and evaluation of water conveyance, research for various types of software with different characteristics and availability, choosing Epanet as simulator to evaluate the decrease in water quality parameter of free residual chlorine (CLR) and the hydraulic network behavior study, , consumption of water of the inhabitants was determined by the time control of the variation in levels of depth, of the mirror of water in the storage tank in the water treatment plant "Buenavista", also measured in field parameters as valve location using GPS, the residual free chlorine by the DPD method with a color digital equipment and pressure gauges glycerine, this allowed the data entry software to begin modeling in prolonged periods. The higher water consumption are presented at 07H00, 12H00 and 19H00, the results obtained in the simulation could be seen decreased liquid velocity in the pipe due to low water consumption by the population in the early hours morning this results in a decrease in the concentration of CLR to the point of being below the lower limit in the rules laid INEN 1108 ranks as the upper limit 1.5 mg / L and lower limit 0.3 mg / L CLR, these reports remain similar to field readings knot sections 10, 11, 12,13 and 14 in the early hours, the system replacement chlorination sodium hypochlorite chlorine gas due to the concentration of active chlorine is recommended. Keywords: Epanet, hydraulic simulation, free chlorine residual, DPD, pipeline. viii ÍNDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN CAPITULO I: DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA 1.1. CONTEXTUALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA OBJETO DE INTERVENCIÓN ............................................................................................................. 2 1.2. OBJETIVOS .............................................................................................................. 6 1.2.1. Objetivo General ............................................................................................. 6 1.2.2. Objetivos Específicos ...................................................................................... 6 1.3. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 7 CAPITULO II: ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD DE LA ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN ADOPTADA. 2.1. ESTUDIOS DE INGENIERÍA PARA LA DEFINICIÓN DE ALTERNATIVAS TÉCNICAS DE SOLUCIÓN Y SUS ESCENARIOS ......................................................................................................... 7 2.1.1. Aplicación de Epanet ...................................................................................... 8 2.1.2. Aplicación de Escadred ................................................................................... 9 2.1.3. Aplicación de NSRPM ................................................................................... 10 2.1.4. Aplicación de Watercad ................................................................................ 11 2.2. PREFACTIBILIDAD ................................................................................................... 12 2.3. FACTIBILIDAD ......................................................................................................... 14 2.4. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 15 2.4.1. Marco Contextual ....................................................................................... 15 2.4.1.1. Situación actual de la distribución del agua potable .................................. 15 2.4.1.2. Actividad productiva ................................................................................... 15 2.4.1.3. Ubicación de la zona de estudio ................................................................ 15 2.4.1.4. División política y administrativa ................................................................ 16 2.4.1.5. Población económicamente activa e inactiva ............................................ 18 2.4.1.6. Suelo .......................................................................................................... 18 2.4.1.7. Pisos climáticos ......................................................................................... 18 2.4.1.8. Microcuencas ............................................................................................. 18 2.4.1.9. Descripción del sistema de agua potable / tratada Cobertura por familias 19 2.4.2. Marco Conceptual ...................................................................................... 19 2.4.2.1. El Cloro en el Agua .................................................................................... 19 2.4.2.2. Dosificación del cloro en el tratamiento ..................................................... 20 2.4.2.3. Cloro Libre Residual. ................................... ¡Error! Marcador no definido. 2.4.2.4. Disminución del cloro en las redes de distribución .................................... 21 2.4.2.5. Modelación hidráulica en EPANET ............................................................ 22 2.4.2.6. Depósitos ................................................................................................... 22 2.4.2.7. Válvulas ..................................................................................................... 22 2.4.2.8. Tuberías ..................................................................................................... 22 2.4.2.9. Pérdidas menores ...................................................................................... 25 2.4.2.10.Patrones de tiempo ................................................................................... 26 2.4.2.11.Simulación de la calidad de agua en Epanet ............................................ 26 2.4.2.12.Mezclado en tanques de almacenamiento ................................................ 26 2.4.2.13.Cinética de reacción .................................................................................. 28 2.4.2.14.Reacciones en el seno del agua ............................................................... 28 2.4.2.15.Reacciones en la pared de la tubería. ....................................................... 29 2.4.2.16.Edad del agua ........................................................................................... 32 ix 2.5. MATERIALES, EQUIPOS, REACTIVOS Y SOFTWARE................................................... 32 2.5.1. Materiales .................................................................................................. 32 2.5.2. Equipos ...................................................................................................... 32 2.5.3. Reactivos ................................................................................................... 32 2.5.4. Software ..................................................................................................... 32 2.6. METODOLOGÍA .................................................................................................... 33 2.6.1. Recopilación de Plano de la red de abastecimiento .................................. 33 2.6.2. Medición de consumo horario .................................................................... 33 2.6.3. Ubicación de válvulas a lo largo de la red .................................................. 33 2.6.4. Medición de presión en varios puntos de la red ......................................... 34 2.6.6. Modelación en EPANET ............................................................................ 35 2.6.6.2. Ingreso de datos a Epanet ......................................................................... 36 2.6.6.3. Inicio de simulación. ................................................................................... 38 2.6.6.4. Obtención de resultados. ........................................................................... 38 CAPITULO III: MEMORIA TÉCNICA 3.1. OBSERVACIONES DURANTE LA INVESTIGACIÓN ....................................................... 39 3.2. RESULTADOS EN TRABAJO DE CAMPO ................................................................... 39 3.2.1. Lectura de niveles en el tanque para el cálculo del consumo. ................... 39 3.2.3. Resultados de presión ............................................................................... 44 3.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS EN LA SIMULACIÓN DE EPANET ....................................... 44 3.3.1.1. Balance de caudales .................................................................................. 44 3.3.2. Resultados de presión ............................................................................... 45 3.3.2.1. Resultados de Velocidades ....................................................................... 47 3.3.2.2. Análisis de calidad del agua....................................................................... 48 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 52 RECOMENDACIONES ........................................................................................... 53 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA….…………………………………………….………53 ANEXOS……………………………………………….…………………………………..57 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Mínimas concentraciones residuales de cloro requeridas para una desinfección eficaz del agua. ............................................................................................................. 20 Tabla 2. Dotaciones recomendadas .............................................................................. 21 Tabla 3. Concentración de cloro activo por compuesto ................................................. 21 Tabla 4. Coeficientes para cálculo de resistencia y exponente de caudal ..................... 24 Tabla 5. Coeficientes de rugosidad por tipo de tubería ................................................. 24 Tabla 6. Coeficientes de rugosidad por tipo de tubería según Darcy-Weisbach ........... 25 Tabla 7. Coeficiente de pérdidas menores .................................................................... 25 Tabla 8. Modelos cinéticos conocidos ........................................................................... 29 Tabla 9. Valores reportados del coeficiente de reacción del cloro con el volumen del agua, kb ......................................................................................................................... 31 Tabla 10. Valores del coeficiente de reacción del cloro con la pared de tuberías de diferente diámetro. ......................................................................................................... 32 Tabla 11. Ubicación georreferenciadas ......................................................................... 34 Tabla 12. Consumo de agua medido en el tanque ........................................................ 40 x