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BLUECITY Sistema de indicadores para la evaluación de la gestión del ciclo integral
del agua en entornos urbanos
AGUA Y CIUDAD
Sara Perales Monparler, Ing. Caminos, c. y p. col. nº19.313 Gonzalo Valls Benavides, Ing. Caminos, c. y p. col. nº19.595
Javier Carmona Esteve, Ing. Industrial, col. nº6.437 Vicente Agost Alcón, Ing. Industrial,
Planifica Urbanismo y Gestión S.L.U. [email protected].
Ciclo integral del agua (CIA) en la ciudad
Diversos ayuntamientos y empresas del sector han creado servicios denominados del “ciclo integral de agua”, englobando, normalmente, la gestión y el control, tanto de la red de abastecimiento, incluso riego de zonas verdes, como de la red de saneamiento y los sistemas de depuración.
En cualquier caso el concepto “ciclo integral del agua” aplicado a la ciudad y entendido como los servicios que esta debe ofrecer a sus ciudadanos, adolece en la actualidad de una definición clara y precisa.
Sistemas de indicadores en la actualidad
Actualmente existen contrastados sistemas de indicadores en diferentes etapas o ramas del ciclo del agua en la ciudad, especialmente en las redes de distribución de agua potable y en las redes de colectores de saneamiento de aguas residuales. Las estaciones depuradoras también disponen de sus baterías de indicadores, y menos frecuente, la gestión de los eventos extremos.
Las referencias nacionales e internacionales en materia de indicadores son: Documentos de la AEAS (Asociación española de abastecimientos de agua y saneamiento), de libre descarga en su página web; ISO 24510 y la ISO 24512; para la evaluación y mejora de los servicios de agua a los usuarios (especialmente agua potable), la OFWAT, organismo gubernamental regulador de la industria del agua en el Reino Unido, EPAL Empresa Portuguesa de Aguas Libres, organismo de control; y sobre todo, el BPA SG, grupo especializado “Benchmarking and Performance Assessment” (iwabenchmarking.com), cuyo presidente en el Dr Enrique Cabrera Junior del ITA de la UPV. Existen numerosas publicaciones de este grupo de trabajo relacionadas con los indicadores de agua potable y saneamiento de aguas residuales. El ITA ha desarrollado el software SIGMA, software oficial del sistema de indicadores de la IWA.
BLUECITY
Fruto de la reflexión de los dos aspectos anteriores, Diputación de Castellón (DIPCAS), junto con 10 socios europeos más, presenta el proyecto BLUECITY a la convocatoria Interreg IVC del año 2011. Aunque el proyecto tuvo muy buena acogida en el partenariado de socios que lo presentaron, constituido por administraciones, centros de estudios y universidades de ocho países europeos diferentes, lamentablemente no resultó. Planifica fue la consultora encargada de preparar la documentación de BLUECITY.
El antecedente de BLUECITY es el proyecto AQUA-CONROL ejecutado en el programa interreg IIIB SUDOE 2007, liderado por DIPCAS, que desarrolló un sistema de indicadores para las redes de abastecimiento, así como una plataforma de uso común por los socios del proyecto con el objetivo de comparar los resultados de los indicadores en las regiones de los socios.
El objetivo del artículo será doble; por un lado explicar en qué consiste el proyecto BLUECITY, cómo se pretendía desarrollar, y por otro plantear algunas alternativas para ponerlo en práctica a nivel regional/ nacional, apostando por modelos de participación público-privada que involucren a la administración, la universidad y empresas del sector. Se trataría de aunar la inquietud y esfuerzos de estos años de DIPCAS y la ITA.
Cómo índica el título, BLUECITY pretende crear un sistema de indicadores que nos permitan evaluar, obteniendo una calificación, la calidad en la gestión del ciclo integral del agua en entornos urbanos; ciudades completas de diferentes tamaños, urbanizaciones aisladas, complejos turísticos, polígonos industriales, logísticos y terciarios,…La aspiración es crear un sistema tipo “bandera azul”, aplicado al CIA.
Para conseguir este objetivo, hay que empezar por definir con precisión del ciclo integral del agua en entornos urbanos, posteriormente analizar los indicadores actualmente existentes en cada una de las ramas en que se estructura, seleccionar los más apropiados, y finalmente combinarlos adecuadamente para obtener la calificación. Teniendo en cuenta las características propias de cada entramado urbano se aplicarán todos o parte de los indicadores. Habrá por tanto que definir unas “tipologías urbanas” en las que encasillar a los entornos urbanos previamente a su evaluación, “tipologías” que quedarán definidas en base a múltiples características de diversa índole; físicas, tecnológicas, económicas, sociales, políticas, administrativas y organizativas, como por ejemplo; tamaño de la aglomeración y modelo urbano, localización y orografía, climatología, pluviometría y disponibilidad de recursos hídricos, nivel tecnológico, estructura organizativa y administrativa, competencias,…
BLUECITY propone crear una guía, acompañada de soporte informático, que recoja y compendie en una única herramienta todos los aspectos mencionados. Se conocerá como Guía de Gestión Integrada y sostenible del Agua (GGISA).
La GGISA establecerá, para cada “tipología urbana”, que variables deben medirse y cómo hacerlo (con que equipamiento y mediante que procedimiento, qué análisis de laboratorio son necesarios y con qué frecuencia,…), como combinar los valores medidos de las variables en indicadores apropiados, que valores de estos son excelentes, buenos, regulares o malos, y finalmente, cómo evaluar y calificar al entorno urbano en función de los resultados de los indicadores. Tras el resultado obtenido, las ciudades o entornos urbanos encontrarán en la GGISA recomendaciones y hojas de ruta a seguir para mejorar su gestión del ciclo integral del agua y consecuentemente su calificación.
La GGISA propondrá una estructura del CIA, que en líneas generales será la que a continuación se indica, y a partir de ella definirá el sistema global de indicadores BLUECITY, y el protocolo para obtener una calificación:
o GRUPO I: Suministro de Agua, Uso, Reutilización y Recarga.
Suministro de Agua: recursos superficiales y subterráneos; tomas, pozos y plantas potabilizadoras; depósitos de regulación, redes de distribución en alta y redes de agua potable en la ciudad.
Uso del Agua; viviendas (doméstico); colectivas y unifamiliares (con ó sin jardín privado), comercios, industrias, edificios públicos (hospitales, colegios, equipamientos deportivos, edificios administrativos,…), jardines, calles y plazas públicas (riego y limpieza), fuentes ornamentales,…
Re-Utilización y Recarga; Uso de aguas depuradas, aguas grises en los edificios, aprovechamiento de las aguas de lluvia, recarga artificial de acuíferos,…
o GRUPO II, Drenaje Urbano, Saneamiento y Depuración (S&D).
o GRUPO III: Eventos Extremos; Inundaciones, y Sequías.
Dentro de cada GRUPO, habrá una sección o GRUPO CRUZADO dedicado a la huella eclógica y paisajística, financiación y recuperación de costes, y gobernanza.
Modelación numérica del flujo aire-agua en backdrops
Agua y ciudad, Estructura hidráulica Paula M. G. Beceiro1, M. C. Almeida1, J. Matos2
1National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) Hydraulics and Environment Department, Lisbon, Portugal
2 Department of Civil Engineering and Architecture, IST, Technical University of Lisbon, Portugal
La incorporación de oxígeno disuelto al agua residual en sistemas de saneamiento es un proceso ampliamente investigado por numerosos autores a través de estudios de carácter teórico y experimental, con el objetivo de cuantificar el efecto del aporte de oxígeno a través de la interfaz aire-agua o la reaireación debida a la presencia de singularidades en el trazado como caídas o uniones. La mayor parte de los estudios son referidos a la evaluación de la calidad del agua en cursos naturales.
Es sabido que la presencia de caídas y otras estructuras incrementa la incorporación del aire, y en consecuencia, la concentración de oxígeno disuelto en el agua residual. El aumento de la turbulencia en el flujo en redes de saneamiento provoca un significativo aumento de las burbujas de aire en la masa de agua, incrementa la superficie de contacto y por lo tanto la transferencia de masa entre el aire presente en la atmosfera de los colectores y el agua. Este tipo de estructuras son de gran utilidad a la hora de garantizar las condiciones aeróbicas en el sistema de alcantarillado.
En el presente artículo se presenta un estudio sobre la evaluación del flujo de aire-agua en estructuras de caída en colectores, principalmente backdrops, usando el código comercial CFD FLOW-3D®. La existencia de diversos estudios experimentales desarrollados en modelos físicos, donde se llevaron a cabo tanto mediciones de parámetros hidráulicos como de oxígeno disuelto, dio lugar a la oportunidad de desarrollar un modelo numérico con el objetivo de verificar los resultados. El objetivo del presente estudio es demostrar las ventajas de combinar mediciones en modelo físico con el modelado numérico con el fin de mejorar el conocimiento sobre estos procesos.
Hacia una certificación de la eficiencia energética de las redes de agua a presión.
(Agua y ciudad) Cabrera E.; Cobacho R.; Cabrera E. Jr.; Soriano J.
ITA – Edificio 5C – Universitat Politècnica de València
Camino de Vera s/n. 46022 – Valencia – SPAIN
Tel: +34 96 3879898
La energía necesaria para desplazar el agua desde donde está hasta donde se necesita es, por su peso, desniveles a vencer y fricción, notable. Y va a ir en aumento, toda vez que el manejo eficiente del agua está ligado al transporte a presión. Lo evidencia el que casi toda la energía que el regadío consume está ligada al transporte del agua y a satisfacer unas condiciones de uso, al igual que en el uso urbano concretadas en el caudal a satisfacer y la presión requerida. En España el riego supone el 3% del consumo energético total del país, una cifra del mismo orden de magnitud que la de California (4.2%). El uso urbano demanda aún más energía (9% en España, 14.8% en California), si bien sólo un porcentaje discreto (en torno al 2 %) corresponde a la captación, transporte y distribución. El 7% restante se consume en potabilizar, depurar y sobre todo en los usos finales (calentamiento del agua). Los fundamentos de cálculo y los elementos de trabajo (bombas, tuberías, válvulas, depósitos, etcétera) del transporte de agua a presión de ambos usos son idénticos y en ambos casos mejorar la eficiencia energética es crucial. También son idénticas las estrategias y herramientas necesarias que permiten alcanzarla.
El objetivo de este artículo es analizar cómo se utiliza la energía con independencia de su uso. Para realizarlo, en primer lugar, hay que auditar hídricamente el sistema [1], pues no en vano el agua es portadora de la energía. En consecuencia las fugas no son sólo una pérdida de agua, también conllevan una pérdida energética. Tras la auditoria hídrica, se realiza la energetica ([2] y [3]). El destino final de toda la energía que entra en el volumen de control debe conocerse. Es igual a la suma de la energía entregada en los nudos de consumo (agua útil) más las pérdidas en fricción e ineficiencias (bombas, tuberías, válvulas disipadoras, etcétera), e incluso en algunos abastecimientos urbanos, se pierde energía en la despresurización del agua en aljibes domésticos.
La segunda etapa del artículo es seleccionar un conjunto de indicadores que permita valorar la eficiencia energética del transporte de agua. Los indicadores deben contemplar las características propias del sistema (presión necesaria, perfil del terreno, trazado de la red,…). Para realizar el diagnostico previo es necesario conocer los valores de esos mismos indicadores en sistemas eficientes. A partir del análisis se pueden establecer criterios operacionales y estructurales (en este caso determinando el periodo de amortización de la inversión) para mejorar la eficiencia. Finalmente, y ponderando adecuadamente los indicadores se puede establecer una calificación de la eficiencia energética del sistema de transporte de agua en línea con lo establecido en la Directiva Europea 2010/30 de 19 de mayo de 2010 on the indication by labelling and standard product information of the consumption of energy and other resources by energy-related products. El artículo acaba con la presentación de un ejemplo práctico.
Palabras clave [eficiencia, auditoria energética, certificación]
References
[1] J. Almandoz, E. Cabrera, F. Arregui, E. Cabrera Jr. and R. Cobacho. Leakage assessment through water networks simulation. Journal of Water Resources Planning and Management. ASCE. November – December 2005, pp. 458-466.
[2] E. Cabrera, M.A. Pardo, R. Cobacho and E. Cabrera Jr., Energy audit of water networks. Journal of Water Resources Planning and Management. ASCE. November – December 2010, pp. 669-677.
[3] M.A. Pardo, J. Manzano, E. Cabrera and J. García-Serra, Energy audit of irrigation networks. Journal of Biosystems Engineering. Nº 115, (2013), 89 - 101
Aproximación a la sectorización automatizada en redes de
abastecimiento de agua
Agua y ciudad (primera opción), Estructuras hidráulicas
(segunda opción)
Enrique CAMPBELL1, Joaquín IZQUIERDO
1, Rafael PÉREZ-GARCÍA
1, David AYALA-
CABRERA1.
(1) FluIng-IMM, Universitat Politècnica de València, España.
Correo electrónico: {encamgo1, jizquier, rperez, daaycab}@upv.es
La creciente presión sobre los recursos hídricos ha planteado la necesidad de establecer procedimientos
encaminados a controlar de manera eficiente las pérdidas de agua en las redes de abastecimiento de agua potable
(RDAP). En estos procedimientos, a partir de una contraposición de aspectos técnicos (hidráulicos) y aspectos
económicos, que sigue la ley de rendimientos decrecientes, se busca un punto óptimo de inversión. En la última
década, algunos trabajos de carácter científico han ido destacando la importancia de no sólo tener en cuenta los
costes operativos al momento de evaluar pérdidas, sino también tener en cuenta aquellos costes que afectan de
manera directa a los usuarios, es decir, las denominadas externalidades (Delgado-Galván et al., 2010). Para la
detección de fugas en las RDAP se dan estrategias muy diversas, que van desde la aplicación de métodos de
localización puntual, tales como los métodos sonoros o la utilización de correladores, hasta procesos más
globales, tales como la sectorización. La sectorización de una red de abastecimiento es el procedimiento
encaminado a subdividir la misma en subáreas o subsectores, ya sea mediante la instalación de válvulas o el
corte de tuberías. Cuando una red está sectorizada, además de facilitar un control activo de las fugas de la red
mediante comparación entre el consumo que se registra en la entrada de cada sector y el registrado en los
contadores domiciliares (o comerciales y/o industriales), se facilita a los operadores de las RDAP un mayor
control de la presión, consumo y calidad del agua que entra a cada sector, en la medida en que se reducen las
dimensiones del área de estudio (medición de caudales de entrada).
En la mayoría de los casos, los proyectos de sectorización se basan en criterios empíricos, siguiendo técnicas de
prueba y error. En la literatura sólo se presentan recomendaciones generales que luego resultan bastante
ambiguas al momento de tratar de aplicarlas. Por ejemplo, respecto a las dimensiones de los sectores, la Water
Loss Task Force de la Asociación Internacional del agua (IWA, por sus siglas en inglés), en la guía de gestión de
sectores, recomienda que los mismos incluyan de 500 a 3000 propiedades (Morrison et al., 2007), en tanto que
en GIZ et al. (2011), se establece un tamaño de conexión que va desde 4 km a 30 km de tuberías. Esto puede
llevar a que el diseño de la sectorización termine basado en el criterio personal de los ingenieros asignados por
parte de las empresas gestoras ⎼ algo nada desdeñable en redes de poca extensión en las que, sin duda, el
conocimiento del personal a cargo de la operación puede llenar las necesidades técnicas para generar un esquema
de sectorización válido y óptimo ⎼. No obstante, en redes de mayor extensión, la situación es distinta, dada la
gran cantidad de información asociada a la misma.
En el presente trabajo se plantea una novedosa combinación de aspectos hidráulicos, sociales y económicos a fin
de establecer el esquema de sectorización en una RDAP de una ciudad de tamaño medio, partiendo de una red de
conducción principal o red troncal. El primer paso consiste en determinar, a partir de la estructura de la
información relativa a la red, un número conveniente de sectores para subdividir la red. Esto se realiza mediante
la aplicación de clústering jerárquico (técnica de aprendizaje automático no supervisado). Una vez obtenido
dicho número de sectores, se aplica la técnica de aprendizaje semisupervisado propuesta por Herrera (2011), para
subdividir la red. Este método contempla la partición de la red, teniendo en cuenta diferentes coeficientes de
peso para las distintas características que se emplean en la partición. En este caso, se toma como criterio
adicional la distribución de las fugas de agua en la RDAP, cuya representación se plasma mediante emisores en
el programa de simulación hidráulica EPANET 2.0. Una vez obtenida una subdivisión con un número de
válvulas de corte optimizado, se plantea la selección de los puntos de alimentación a cada sector, lo que se
realiza mediante el procedimiento propuesto por Lara (2007), en el cual se considera un factor energético para
cada nodo. La suma de los factores energéticos en todos los nodos de un sector debe encontrarse en un rango que
pueda ser satisfecho por una determinada fuente de abastecimiento.
Este método ofrece como ventaja, la posibilidad de poder llevar a cabo una gestión mediante la sectorización en
una amplia cantidad de RDAP reales cuya configuración incluye una red arterial principal. A su vez, permite
conservar un buen grado de flexibilidad operativa, dado que al no cortar las líneas de conducción, se pueden
modificar las fronteras de los sectores en caso de que las circunstancias lo ameriten.
Referencias
Delgado-Galván, X., Pérez-García, R., Izquierdo, J., Mora-Rodríguez, J. (2010). "An analytic hierarchy process
for assessing externalities in water leakage management". Mathematical and Computer Modelling, 52, pp. 1194-
1202.
(GIZ)- Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH., VAG Armaturen GmbH.,
Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW)., Karlsruhe Institute of Technology (KIT). (2011). "Guidelines for
water loss reduction: a focus on pressure management". Eschborn edit. Disponible en: http://www.waterloss-
reduction.com/index.php?id=38. Revisado: 14 de abril 2013.
Herrera, M. (2011). "Improving Water Network Management by Efficient Division into Supply Clusters". Tesis
doctoral. Universitat Politècnica de València (UPV). España.
Lara, B. (2007). "Diseño de Redes Colectivas de Riego: Estudio de la Asignación Optima de Caudales Mediante
Algoritmos Genéticos". Tesis doctoral. Universitat Politècnica de València (UPV). España.
Morrison, J., Sthepeen, T., Dewi, R. (2007). "District Metered Areas: Guidance Notes". Specialist Group.
Efficient Operation and Management. Water Loss Task Force. International Water Association (IWA).
Disponible en: http://www.waterlinks.org/library/nrw-and-water-loss/guidance-notes-district-metered-areas.
Revisado:14 de abril 2013.
Abastecimiento de agua en localidades rurales del país de México utilizando captanieblas
(Agua y ciudad), (Hidrología y gestión del agua) Cardoso Landa Guillermo, Hernández Pacheco Yorbin Y. y Godínez Baltazar Víctor Manuel
Instituto Tecnológico de Chilpancingo
Atendiendo a los resultados del XIII Censo de Población y Vivienda INEGI 2010 al 12 de junio de 2010, la cobertura nacional de agua potable en México fue del 90.9%. A nivel de entidad federativa, se observa que en 24 estados de la República Mexicana se registra una cobertura superior al promedio nacional, sobresalen Aguascalientes, Coahuila, Colima y Yucatán con coberturas superiores al 98%. En contraste los estados de Chiapas, Guerrero y Oaxaca presentan coberturas inferiores al 78%. (Situación del Subsector Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Edición 2010, Comisión Nacional del Agua).
Tratando de contribuir a resolver la carencia de agua en una de estas entidades federativas con menores coberturas, se propone analizar una alternativa de captación de agua potable en algunas localidades rurales del Estado de Guerrero mediante la instalación de captanieblas, en donde el suministro de agua potable es muy difícil de lograr debido a los altos costos de estas obras hidráulicas, además de la inaccesibilidad de algunos pueblos debido al relieve tan accidentado en el que se encuentra el Estado de Guerrero.
Los captanieblas son sistemas de captación de agua capaces de captar y almacenar agua a partir de la neblina, además de ser sistemas económicos. Por lo que se está analizando en el presente trabajo en desarrollo la posibilidad de implementar captanieblas en algunas localidades rurales del Estado de Guerrero, mediante las siguientes etapas: 1. Identificación de las localidades rurales susceptibles de instalación de captanieblas, 2. Selección y dimensionamiento del captanieblas adecuado para la zona en estudio, 3. Instalación y medición de los volúmenes de agua recolectados en los captanieblas, 4. Propuesta del tipo de captanieblas a instalar en localidades rurales del Estado de Guerrero.
En la tabla 1 se pueden apreciar los porcentajes de cobertura que presenta el Estado de Guerrero desde el año 2005 al 2010.
Tabla 1. Porcentaje de cobertura de agua potable en el Estado de Guerrero
De los registros de neblina analizados de todas las estaciones climatológicas del Estado de Guerrero, se seleccionaron sólo 5 que son los de mayor presencia de niebla en el Estado de Guerrero. Se observa que son localidades rurales ubicadas en la Región Montaña y Región Norte del Estado de Guerrero, y son las siguientes: Alcozauca, Atlamajalcingo del Monte, San Juan Tetelcingo, Atenango del Río y Cacalotenango. Asimismo, para que el proyecto sea viable, además de la presencia de niebla, se debe conocer el porcentaje de cobertura de agua potable perteneciente a cada una de las localidades con el propósito de identificar las más aptas para la ejecución del proyecto. A continuación se muestran los resultados en la tabla 2:
Tabla 2. Localidades seleccionadas en el Estado de Guerrero
Clave Municipio Clave Localidad Población
Total
% Cobertura de Agua
4 Alcozauca de Guerrero
1 Alcozauca de Guerrero
2545 77.3
8 Atenango del Río
1 Atenango del Río
2842 30.68
9 Atlamajalcingo del Monte
1 Atlajamalcingo del Monte
940 96.6
55 Taxco de Alarcón
55 Cacalotenango 1877 84.07
59 Tepecoacuilco de Trujano
14 San Juan Tetelcingo
907 1.43
En esta tabla se observa la población total y el porcentaje de cobertura de agua potable de cada una de las localidades seleccionadas, de las cuales se proponen sólo dos de ellas; Atenango del Río y San Juan Tetelcingo, debido a la gran incidencia de neblina y a su poca cobertura de agua potable respecto a las demás.
En la primera etapa del proyecto, se han identificado las poblaciones rurales del Estado de Guerrero en donde se instalarán los captanieblas a través del análisis de los registros de neblina con un mínimo de 30 años, que existen en las estaciones climatológicas del Estado de Guerrero, en combinación con las localidades rurales con porcentajes de cobertura de agua potable mínimos, obteniéndose que las localidades seleccionadas fueron: 1. Atenango del Río, en el municipio del mismo nombre, con un porcentaje de cobertura de 30.68% y 2. San Juan Tetelcingo, en el municipio de Tepecoacuilco de Trujano, la cual presenta un porcentaje de cobertura de agua potable del 1.43%.
En las etapas posteriores del presente trabajo se ha diseñado el tipo de captanieblas más adecuado, se instalaron en las localidades seleccionadas y se medirán a lo largo de 1 año los volúmenes de agua recolectados, para finalmente proponer a las dependencias correspondientes el tipo de captanieblas por instalar en las localidades rurales adecuadas para la captación de agua mediante estos dispositivos.
Abastecimiento de agua potable en zonas rurales, periurbanas y urbanas en países en vías de desarrollo
(Agua y Ciudad), (Hidrología, Usos y Gestión del Agua) Mónica Cuevas1, Álvaro Baquedano1, César Manzanares1, Joan Llorens2
INCLAM1, HQA2
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
La creciente preocupación en los países en vías de desarrollo por combatir las enfermedades diarreicas producidas por el consumo de agua contaminada ha concedido una mayor prioridad a las plantas de tratamiento de aguas.
Los mayores inconvenientes detectados para el desarrollo de plantas de potabilización en estos países es el bajo presupuesto disponible, la ausencia de mano de obra cualificada, la escasez de energía eléctrica y la baja disponibilidad de equipos de obra en el país. Teniendo en cuenta estas limitaciones en INCLAM trabajamos en el desarrollo de plantas compactas basadas en la tecnología de lavado en continuo que minimizan considerablemente las restricciones existentes en estos países.
Mediante la instalación de plantas compactas conseguimos reducir los tiempos de construcción al mínimo y por tanto sus costes al limitarlos a la losa y la caseta sobre la cual se instalan los filtros y se almacenan los reactivos. El consumo energético es muy bajo ya que se debe únicamente al aire utilizado para el lavado de la arena en continuo. Se minimiza el número de equipos necesarios ya que la simplicidad del sistema ahorra en válvulas y bombeos y por tanto también en el mantenimiento de los mismos. Por otro lado la planta está adaptada para ser ampliada en cualquier momento añadiendo únicamente el número de filtros que el aumento de población requiera. Por tanto, siempre se puede responder con rapidez a las necesidades poblacionales del momento. Para el desarrollo de estas plantas hemos tenido en cuenta también minimizar al máximo el consumo de reactivos y hemos simplificado al máximo las labores de operación y mantenimiento. Operarios no cualificados son capaces de explotar la planta fácilmente tras recibir una formación in situ durante el periodo de puesta en marcha. De todas formas la formación práctica se complementa con una formación teórica de varios días durante las cuales se hace entrega del material didáctico y manuales de funcionamiento de las plantas.
Desde el punto de vista tecnológico cabe destacar que la tecnología de filtración en continuo usada en este tipo de plantas está siempre encaminada a alcanzar las calidades de agua exigidas minimizando los costes de instalación y mantenimiento. En la filtración en continuo el agua bruta entra por la parte superior del filtro (1), desciende hasta el lecho de arena y se crea una corriente ascendente de agua (flechas azules) a través de la arena. Las partículas son retenidas durante el ascenso y el agua tratada sale por la parte superior del filtro (2). En la parte inferior del filtro la mezcla arena-fango es succionada por una bomba (3) y elevada por una conducción (gris claro). En la parte superior aumenta la sección de la conducción (4) por lo que por diferencia de densidades la arena limpia vuelve a caer al filtro (5) para ser utilizada y los fangos se evacúan al exterior como purga de lavado (6). Con esta tecnología evitamos por tanto detener el proceso de filtración para limpiar los filtros cada cierto tiempo, evitamos la instalación de tubería adicional para la recirculación de agua tratada y la construcción de un tanque de agua de lavado.
Tenemos una amplia experiencia en el desarrollo de esta tecnología en latino América y en África. Nuestra última experiencia en la instalación de estas plantas ha sido llevada a cabo en tres áreas rurales de Costa de Marfil para abastecer de agua potable, mediante esta tecnología propia, a las localidades de Daloa, San Pedro y Tabú. Los trabajos han consistido en el suministro, instalación y puesta en marcha de tres potabilizadoras de 360m3/h, 360m3/h y 150m3/h, caudales con capacidad para abastecer a poblaciones superiores a 60.000ha y 25.000ha respectivamente.
Las fotos siguientes se corresponden a los trabajos realizados en Costa de Marfil, Honduras y Venezuela.
La toma de conciencia sobre los riesgos de beber agua contaminada en los países en desarrollo ha permitido desarrollar plantas potables con una tecnología adaptada a las necesidades y restricciones concretas de estos lugares y alcanzar las calidades de agua requeridas para el consumo humano a bajo coste.
Hacia una mejora de la eficiencia energética en la gestión del agua de lluvia en entornos urbanos: el
proyecto E2STORMED
(C. Agua y ciudad), (B. Hidrología y gestión del agua) Ignacio Escuder Bueno1, Ignacio Andrés Doménech1, Adrián Morales Torres1, Sara
Perales Momparler2, 1Universidad Politécnica de Valencia, 2PMEnginyeria
La gestión del agua en los municipios es normalmente la actividad gestionada por los gobiernos locales que requiere un mayor consumo energético, representando hasta el 35% del consumo municipal. Por ello, es esperable que las mejoras en la eficiencia energética de la gestión del ciclo urbano del agua se traduzcan en una reducción importante del consumo eléctrico municipal. El proyecto E2STORMED pretende analizar el impacto en la eficiencia energética de la utilización de sistemas no tradicionales de gestión del agua de lluvia, como los Sistemas de Drenaje Sostenible (SuDS). Estos sistemas representan una solución eficiente económicamente y flexible para los sistemas de drenaje que puede ayudar a reducir el calentamiento global y disminuir el gasto en consumo energético. Este proyecto está subvencionado por el programa MED de la Unión Europea e involucra a nueve socios de España, Italia, Reino Unido, Croacia, Montenegro, Grecia y Malta.
La filosofía de este enfoque alternativo a través de los SuDS se basa esencialmente en reproducir lo más fielmente el ciclo hidrológico natural en los espacios urbanos fuertemente antropizados. Se trata por tanto de minimizar las consecuencias del desarrollo urbano en cuanto a la producción de escorrentía, tanto en lo que se refiere a la cantidad como a la calidad de la misma (reduciendo los volúmenes de escorrentía generados y mejorando su calidad), y todo ello intentando maximizar la integración paisajística y el valor social y ambiental de las actuaciones. Ejemplos clásicos de estas técnicas son las cubiertas verdes, zanjas drenantes, pavimentos permeables, balsas de infiltración, balsas de retención… Con ello no sólo se consigue laminar la producción de escorrentía, sino que la vegetación, filtración, etc... consiguen detraer buena parte de la carga contaminante de estas escorrentías. Los SuDS representan por tanto una alternativa interesante, de uso muy extendido en países fundamentalmente nórdicos y anglosajones. En los países del área mediterránea, son muchas las reticencias a generalizar su uso, pero son cada vez más grandes y decididos los pasos que se dan en esa dirección. En general, la utilización de SuDS puede reducir el consumo energético de las siguientes formas (U.S.EPA, 2013):
Reduciendo el uso de agua potable, por lo que se reduce la energía consumida en los procesos de tratamiento y aducción. Esta energía es especialmente significativa cuando el agua potable proviene de la desalación.
Reduciendo el volumen de escorrentía que entra en la red de alcantarillado y mejorando la calidad de la misma, por lo que la energía consumida en la planta de tratamiento de aguas residuales es menor.
Reduciendo la temperatura en la ciudad y mejorando el aislamiento de los edificios a través de cubiertas vegetadas. Por ello, estos sistemas reducen el consumo energético para la climatización de edificios.
Para un mismo volumen de retención, los SuDS permiten la infiltración y el vertido directo al medio natural, lo que reduce el volumen tratado y bombeado, produciendo un ahorro energético.
Además, cabe destacar que la gestión sostenible de las escorrentías urbanas es una de las actuaciones propuestas por el nuevo Real Decreto 233/201 (Gobierno de España, 2013) para el desarrollo de ciudades más sostenibles y que subvenciona todas aquéllas otras destinadas a reducir la demanda energética y reducir las emisiones de gases contaminantes. En general, existe una clara disposición europea (CE, 2012) e internacional (U.S.EPA, 2008) para utilizar sistemas de drenaje más sostenibles, flexibles y eficientes energéticamente.
Sin embargo, aunque los beneficios de los SuDS en materia de eficiencia energética parecen claros, existen muy pocos estudios a este respecto, ya que en general, hay muy pocos datos disponibles respecto al consumo energético en la gestión de los sistemas de drenaje y saneamiento. Además las herramientas
informáticas más utilizadas para la gestión y el diseño de sistemas de drenaje como COFAS (Peters et al., 2011) o SUSTAIN (U.S.EPA, 2013b) no incluyen criterios de eficiencia energética para la toma de decisiones ni una cuantificación del ahorro energético que los SuDS pueden suponer. Por estos motivos, dentro del proyecto E2STORMED, se está desarrollando una herramienta para poder incorporar las mejoras en la eficiencia energética que producen los SDS en la toma de decisiones. La estructura de esta herramienta se muestra en la Figura 1.
Esta herramienta tiene dos partes diferenciadas. La primera consiste en obtener datos sobre costes y consumo energético para cada una de las infraestructuras que componen cada una de las posibles estrategias de drenaje planteadas. Estos datos deben incluir todos los beneficios y costes de cada una de las infraestructuras, no solo en la gestión del agua, sino también medioambientales, en la protección frente a inundaciones y en el aislamiento de edificios. A partir de estos datos se caracterizan a lo largo del tiempo los costes, el consumo energético y el consumo de agua de cada una de las posibles estrategias para el sistema de drenaje.
La segunda parte consiste en utilizar los resultados anteriores como criterios económicos, energéticos y medioambientales que permitan comparar entre los diferentes escenarios planteados. Además, estos criterios pueden complementarse con otros criterios sociales, políticos medioambientales y paisajísticos, para obtener elementos que apoyen la toma de decisiones para la gestión del agua de lluvia. De esta forma, se consigue que el tomador de decisiones no solo conozca los costes de construcción y mantenimiento de cada estrategia, sino también los beneficios y costes ambientales y energéticos, entre otros.
Con el fin de que la herramienta desarrollada a nivel teórico sea verdaderamente de utilidad a las administraciones locales y asegurar que pueda ser utilizada de forma clara y sencilla, se va aplicar, probar y mejorar con seis ciudades mediterráneas que son casos de estudio en el proyecto E2STORMED. De esta forma, podrá compararse económica, energética y medioambientalmente las ventajas e inconvenientes de desarrollar un sistema de drenaje convencional frente a uno con el empleo de SuDS en seis casos reales.
REFERENCIAS
CE (2012) Directrices sobre mejores prácticas para limitar, mitigar o compensar el sellado del suelo. Documento de trabajo de los servicios de la Comisión, Comisión Europea.
Gobierno de España (2013) Real Decreto 233/2013, de 5 de abril, por el que se regula el Plan Estatal de fomento del alquiler de viviendas, la rehabilitación edificatoria, y la regeneración y renovación urbanas, 2013-2016, Boletín Oficial del Estado. 10 de abril 2013.
Peters, C., Sieker, H. and Jin, Z. (2011) Assessing future uncertainties associated with urban drainage using flexible systems – the COFAS method and tool, SWITCH project. Suistanable Water Management in the City of Future.
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U.S.EPA, (2013b). SUSTAIN. System for Urban Stormwater Treatment and Analysis IntegratioN Model. [Online] United States Environmental Protection Agency.
Figura 1. Estructura de la herramienta para apoyar la toma de decisiones desarrollada
en el proyecto E2STORMED.
Modelización de riesgo de fallo en redes de abastecimiento de agua
Tema C (Agua y ciudad), Tema D (Estructuras hidraúlicas)
B. García-Mora*, A. Debón**, C. Santamaría*, A. Carrión**
(*) Instituto de Matemática Multidisciplinar. Universitat Politècnica de València.
(**) Centro de Gestión de la Calidad y del Cambio. Universitat Politècnica de València.
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Desde que los beneficios de las empresas de suministro de agua potable dependen de la fiabilidad de las tuberías, es importante poder medir con precisión el riesgo de fallo de éstas en el tiempo. Sin embargo, a veces la ocurrencia de estos fallos no se observan en el momento exacto debido a discrepancias en la recogida de datos entre otros factores. En estos casos se podría aplicar una aproximación de estos fallos mediante un intervalo de tiempo. En este estudio, una empresa de suministro de agua potable de una ciudad española de tamaño medio ha sido considerada. Hemos utilizado un modelo desarrollado para datos censurados por intervalos. Está basado en un modelo no lineal generalizado para datos binarios. El objetivo fue identificar las características de la red que pueden afectar el riesgo de fallo de las tuberías. Con el fin de evaluar la idoneidad del modelo ajustado a nuestros datos diversas herramientas de diagnóstico fueron empleadas para hacer una validación exhaustiva de este estudio. Los resultados de nuestro análisis indicaron que ciertas características de la red afectaban en el riesgo de fallo de las tuberías: un aumento en la longitud y la presión de las tuberías, así como un pequeño diámetro, ciertos materiales utilizados en la fabricación de tuberías y el tráfico en la calle donde éstas se encuentran. Finalmente una vez que el modelo fue ajustado correctamente a nuestro conjunto de datos censurados por intervalos, proporcionamos también tablas que permitirán a las empresas calcular fácilmente la probabilidad de no fallo a los diez, treinta y cincuenta años.
Eliminación de nutrientes de un efluente terciario mediante humedales artificiales. Interés en su aplicación a las aguas
pluviales.
Agua y ciudad (primera opción), Hidrología, usos y gestión del agua (segunda opción)
Sara Gargallo Bellés, Miguel Martín Monerris
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, Universitat Politècnica de València.
El uso de humedales artificiales (HA) para la depuración de aguas residuales es una práctica bien conocida con aplicaciones en el tratamiento de aguas urbanas en poblaciones aisladas, aguas de escorrentía agrícola, aguas mineras, etc. En este caso se estudia su aplicación a efluentes de tratamiento terciario de EDAR. Se trata de corrientes altamente depuradas en las que se requiere una depuración específica adicional.
El estudio que se presenta se basa en la aplicación de un HA de flujo subsuperficial al efluente del tratamiento terciario de la EDAR de Pinedo (Valencia) para conseguir una eliminación adicional de nutrientes y materia orgánica. Parte del caudal tratado en la EDAR es descargado al lago de l´Albufera de Valencia, lugar de gran interés ecológico cuyas aguas se encuentran en un estado hipereutrófico debido a la alta presión antrópica ejercida sobre él desde la década de los 60. El nutriente limitante en l´Albufera es el fósforo, por lo que el objetivo último del HA es maximizar su eliminación.
El caudal que llega a l´Albufera desde la EDAR es de 1m3/s, por lo que el área del HA que sería necesaria para tratarlo sería muy elevada. Como paso previo a la construcción de dicho HA se ha instalado una planta experimental para optimizar el proceso de tratamiento en la que se trata sólo una parte de este caudal. Dicha planta se subdivide en nueve unidades en las que se combinan diversas configuraciones, materiales y especies vegetales.
Los datos que aquí se presentan son los relativos al primer año de funcionamiento de una de las celdas. Se trata de un HA de flujo subsuperficial horizontal de dimensiones 120x21x0.5 m, con un lecho formado por gravas y plantado con Phragmites spp., con una densidad inicial de 2 pies/m2.
La calidad del agua del influente, marcada por sus bajas concentraciones, será determinante en el funcionamiento del sistema (Tabla 1).
Tabla 1. Concentraciones del influente y efluente del HA. Influente Efluente
PT mg P/l 0.506 ± 0.467 0.143 ± 0.096 NT mg N/l 8.4 ± 3.5 6.4 ± 2.0 NH4-N mg N/l 1.623 ± 1.899 0.067 ± 0.047 NO3-N mg N/l 5.61 ± 2.98 5.67 ± 1.95 DQO mg/l 19.6 ± 4.7 10.6 ± 2.5 SST mg/l 2.79 ± 4.56 1.16 ± 1.05
Durante el año de operación se han estudiado distintos tiempos de retención hidráulicos (TRH) y cargas hidráulicas.
Los TRH, calculados a partir de los caudales de salida, han oscilado entre 4 y 75 días, lo que se corresponde con un caudal de agua tratada de entre 2 y 94 l/s.
Las eliminaciones en el HA se han situado en el 53.6% para el fósforo total (PT), 39.0% en el caso del nitrógeno total (NT), 75.6% para el amonio, 28.1% de nitratos y 53.9% de DQO.
La correlación entre el porcentaje de eliminación y el TRH sólo es significativa en el caso de la DQO (p<0.05). No obstante, la eliminación de la materia orgánica no depende de su concentración en el influente.
La eliminación de NT y nitratos presenta una correlación positiva con la carga de entrada de cada parámetro (p<0.05). Esta correlación es de signo negativo en el caso de la DQO (p<0.05), de modo que altas carga de entrada se asocian con bajas eliminaciones de materia orgánica.
Para las eliminaciones de amonio y nitratos no se ha encontrado correlación significativa con ninguno de estos parámetros. No obstante, la eliminación de nitratos (tanto de los que entran con el influente como de los que se generan en el sistema mediante nitrificación) se correlaciona negativamente con la concentración de oxígeno disuelto a la entrada del HA (p<0.05).
En el caso del PT, el rendimiento de eliminación se correlaciona positivamente con la concentración de entrada (p<0.05). De acuerdo con esta correlación (Figura 1) se puede establecer una concentración de PT de 0.2 mg P/l como la concentración umbral en el influente por debajo de la cual los rendimientos alcanzados son nulos o negativos, ya que a tan bajas concentraciones el HA aporta parte del fósforo retenido previamente.
Una gestión del HA que incremente los rendimientos de eliminación de NT y nitratos consistiría en aumentar los caudales de entrada durante episodios de altas concentraciones de dichos parámetros, aumentando sus cargas de entrada. La eliminación de DQO empeoraría, pero sus bajas concentraciones a la entrada del sistema hacen que su eliminación no sea preocupante.
Figura 1. Relación entre la concentración del influente y el rendimiento en la eliminación de PT. Concentración de PT a la entrada y a la salida del HA.
Un uso adicional que nos ofrece este tipo de sistemas es el que se está empezando a implantar en las cunetas vegetadas, las cuales recogen escorrentías urbanas para el tratamiento de las aguas pluviales antes a su llegada a la EDAR. Estas cunetas podrían implementarse como una modificación de los HA discontinuos de flujo subsuperficial, en los parte el influente sería la propia agua de lluvia. Su aplicación permitiría tanto la mejora de la calidad de las aguas pluviales recogidas como su laminación. Para estudiar esta aplicación, se ha recogido y caracterizado la deposición seca y húmeda de la planta experimental, ya que ésta forma parte del agua que tratan los sistemas de drenaje urbano. De esta forma, las conclusiones extraídas en el funcionamiento del HA pueden ser de utilidad en el tratamiento de las aguas pluviales.
Durante el año de estudio se han registrado ocho episodios lluviosos, la concentración promedio de los cuales se sitúa en 0.388 mg PT/l y el 50% de ellos tienen una concentración de PT superior a 0.2 mg P/l. Independientemente de la escorrentía de la microcuenca que fuera aportada a la cuneta, y teniendo en cuenta la correlación C0/eliminación, el rendimiento en la eliminación de PT sería del 52%. Por lo tanto, si se utilizara este sistema para tratar las aguas pluviales se conseguiría una concentración media de salida de 0.264 mg P/l, y si la escorrentía de la microcuenca aumentara la concentración de PT hasta valores cercanos a 2 mg P/l, cabría esperar un mayor rendimiento de eliminación.
Por lo tanto, se puede concluir que este tipo de HA es eficiente en la eliminación de fósforo en corrientes de agua residual con una concentración de PT ligeramente superior a 0.2 mg P/l. El establecimiento de la carga hidráulica a la que debe operar el sistema depende del resto de objetivos que se pretendan conseguir: altas cargas másicas aumentan la eliminación de NT y nitratos, mientras que disminuyen la eliminación de DQO. Por otra parte, un aumento en el TRH aumenta la eliminación de DQO.
Sectorización eficiente de las redes de distribución.
Agua y ciudad, Gestión del agua Patricia Gómez*, Francisco Cubillo**
*Universidad Politécnica de Madrid, **Canal de Isabel II Gestión.
*[email protected], **[email protected]
Existe una necesidad creciente de mejorar la eficiencia en la prestación de los servicios de abastecimiento para garantizar la sostenibilidad del sistema, asegurando en todo momento el cumplimiento del nivel de servicio requerido.
Las redes de abastecimiento actuales de las ciudades son el resultado de la agregación de diversas etapas de diseño a lo largo de su historia, y presentan configuraciones particulares en cada una de sus zonas que carecen de una ordenación predefinida común. Esta realidad supone en algunos casos una dificultad para la operación y gestión eficiente de los servicios de abastecimiento de agua, y plantea la necesidad de investigar sobre la posibilidad de reordenación y homogeneización de estas redes ya existentes, mejorando así la eficiencia en la prestación y gestión del servicio de abastecimiento.
Con el objetivo de conseguir un mayor control de las redes de distribución actuales, se han ido desarrollado nuevos planteamientos y actuaciones basadas en la división y monitorización de dichas redes en sectores hidráulicos, denominados en algunos contextos District Metric Area (DMA). De esta forma, la red de abastecimiento queda dividida en zonas aisladas delimitadas por válvulas frontera, en las que se controla el caudal suministrado mediante un equipo de medida instalado en cada una de sus entradas, siendo deseable a su vez la medida de la presión suministrada en dichos puntos.
En esta línea se han desarrollado diversas configuraciones de redes sectorizadas dependiendo del objetivo con el que se sectorizan y de las características de la red de partida. En la actualidad existe un debate abierto sobre la configuración óptima de los sectores ya que las sectorizaciones desarrolladas se han realizado en gran medida, en base a la experiencia o necesidades concretas.
El presente trabajo aborda esta problemática, planteando la sectorización como una estrategia de diseño, gestión y optimización de las redes de distribución mediante la reordenación organizada de la misma con el fin último de mejorar su eficiencia.
El principal objetivo del estudio es definir una metodología que permita identificar la distribución de los sectores que maximice la eficiencia global de la red. Para ello se analizan los diferentes contextos y se tienen en cuenta todos los factores asociados al nivel de servicio requerido así como los relacionados con los costes totales, incluyendo los costes de inversión, operación y mantenimiento. Así mismo, se estudia la eficiencia individual de cada uno de los sectores identificados y su influencia sobre la eficiencia del conjunto de la red.
La importancia de esta metodología consiste en que posibilitará la evaluación e identificación de la sectorización óptima para cada escenario en función de los diferentes horizontes temporales, el conjunto de infraestructuras y las demandas previstas.
De esta forma, la nueva metodología propuesta permitirá definir tanto la eficiencia de las sectorizaciones existentes, como el potencial de mejora de la eficiencia en la operación de las redes sectorizadas y la configuración más adecuada de los sectores en el diseño de las nuevas sectorizaciones a implantar. Con ello se pretende desarrollar en paralelo un mecanismo de valoración y gestión de las redes de distribución que se adapte al carácter dinámico de las mismas.
Para desarrollar este planteamiento se han definido con precisión los diversos objetivos que se pretenden alcanzar con la sectorización, y se han traducido en parámetros medibles que caractericen el sistema. A partir de estas variables se define una función objetivo que sintetiza los factores más relevantes en la gestión y operación de la red para realizar una visión conjunta de los mismos. Todo ello, enfocado al objetivo final de maximizar la eficiencia global de la red de distribución sectorizada.
Por último se comprobará la consistencia de la metodología propuesta mediante su aplicación a la red de distribución existente de una zona de la Comunidad de Madrid. En este área geográfica, Canal de Isabel II Gestión abarca una población de 6,5 millones de habitantes distribuida en 177 municipios como empresa
encargada del ciclo integral del agua. Hasta el momento, la empresa ha realizado una inversión de 15 millones de euros en la implantación de más de 600 sectores hidráulicos. La experiencia adquirida y los resultados observados durante los últimos cinco años contribuirán a la calibración de la metodología propuesta proporcionando un avance en el conocimiento de la gestión estratégica y eficiente de las redes sectorizadas.
Verificación y Digitalización de la Red de Saneamiento de
Dos Hermanas (Sevilla). Diagnóstico y Estudio de
Soluciones en la red mediante MIKE URBAN
(C. Agua y Ciudad), (M. La protección contra los riesgos
hídricos)
Marcelino González Palacios
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. VS Ingeniería y Urbanismo
Camelia Ruiz Viola
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. VS Ingeniería y Urbanismo
Fátima Ruiz Castillo
Ingeniero Agrónomo. VS Ingeniería y Urbanismo
Resumen
EMASESA (Empresa Metropolitana de Abastecimiento y Saneamiento de Aguas de Sevilla, S.L.) es la
empresa encargada de la gestión del abastecimiento directo de agua potable y del servicio público de
alcantarillado y depuración de Sevilla y de varias de sus poblaciones vecinas, entre las que se encuentran Alcalá
de Guadaira y Dos Hermanas entre otras. En concreto, la red de saneamiento de Dos Hermanas fue asignada a
EMASESA en el año 2007, momento en el que adjudicó a VS la elaboración del Estudio referido.
El municipio de Dos Hermanas es amplio, con una extensión de 160.3 km2, y con una población total de
117.564 habitantes (en el año 2007), constituyendo el núcleo más poblado de toda la provincia y el de mayor
número de clientes para EMASESA, exceptuando Sevilla capital. EMASESA atiende el Servicio General de
Abastecimiento y Saneamiento de toda la población alojada en el término municipal, así como el vertido y la
depuración de los polígonos industriales. En el momento de asumir la gestión del saneamiento de Dos Hermanas,
en la localidad se detectaban inundaciones en varias zonas de la misma durante la estación de fuertes lluvias,
poniendo en riesgo a la población.
Al asumir la gestión del saneamiento de Dos Hermanas, EMASESA detectó la necesidad de obtener un
mejor conocimiento de la red existente, así como de actualizar los datos de la red de los que disponía. Asimismo,
se propuso la digitalización de los datos en un Sistema de Informacion Geográfica (SIG), al favorecer dicha
herramienta un tratamiento fácil de los datos, y de representación intuitiva. Además, la incorporación de la
totalidad de las redes que gestiona y explota EMASESA a un formato SIG propio (SmallWorld) era uno de los
objetivos prioritarios de la empresa.
Por otro lado, EMASESA perseguía acometer con suficientes garantías de calidad la prestación del
servicio, así como diagnosticar las posibles deficiencias y anomalías en su funcionamiento que pudieran
concurrir en un mal funcionamiento del sistema e inundaciones en la superficie, definiendo consecuentemente
las actuaciones correctoras, planes de actuación e inversiones necesarias para su solución. La complejidad del
estudio era alta, dada la extensión y características del ámbito de actuación, lo que requería un análisis de la red
en su conjunto mediante el empleo de herramientas de modelización matemática. Para ello se recurrió a la
Modelización de la red con un software sobradamente probado y reconocido: Mike Urban – Mouse
(desarrollado por DHI Water & Environment), al ser éste el adquirido por EMASESA y en uso. Mouse es un
sistema profesional de modelización para la simulación de escorrentía superficial, flujos en lámina libre y a
presión, calidad de agua y transporte de sedimentos en cuencas urbanas y sistemas de colectores. Mike Urban al
tener soporte en SIG permite una mayor precisión y facilidad en el tratamiento espacial de datos. Además, la
modelización permitía también el estudio de la red ante posibles modificaciones en las características de las
cuencas (originadas por nuevas urbanizaciones o ajardinamientos), y planificar a medio-largo plazo.
De esta manera, los trabajos se iniciaron en colaboración con empresa especializada en el área
(DETECTAR) con la toma de datos y los levantamientos topográficos necesarios para determinar las
características de los colectores y elementos de las redes de saneamiento de Dos Hermanas, incluyendo la
implantación o mejora de una Red Topográfica de Precisión.
Una vez inventariados los elementos de la red y digitalizados en SIG, debido a la enorme extensión de
la red, se subdividió el área total de estudio en 7 cuencas, según su ubicación y esquema de drenaje. Para cada
una de ellas se estableció un modelo hidrodinámico de la red de drenaje gracias al software Mike Urban –
Mouse. El módulo de cálculo de Mouse consta de dos modelos: el modelo de escorrentía superficial, Mouse
Surface Runoff Model (SR), y el modelo de flujo en tuberías, Mouse Pipe Flow Model (PF).
El modelo hidrológico de escorrentía (SR) se fundamenta en la definición y caracterización de las
cuencas vertientes, y en el método de cálculo de escorrentía empleado para obtener los hidrogramas de entrada a
la red de colectores. Se emplearon dos tipologías de precipitaciones: datos de precipitación real recogida en
pluviómetro y lluvias sintéticas (T10, T15 y T25), ambas proporcionados por EMASESA. Como método de
cálculo hidrológico se empleó el de la Onda Cinemática, en el que se calcula la escorrentía superficial como un
flujo por un canal abierto, considerando las fuerzas gravitatorias y las de fricción.
Para la definición de las cuencas se dividió el área de estudio mediante Polígonos de Thiessen en
subcuencas urbanas asociadas a los pozos de la red de colectores, asignando la entrada de caudales en la red a
través de los imbornales de las calles. Además, se delimitaron aquellas cuencas rurales externas al sistema y con
entrada en el mismo. Se caracterizaron hidrologicamente todas las cuencas según el uso del suelo y sus
características morfológicas.
El modelo de flujo dinámico en tuberías (PF) genera las cargas de agua del sistema y calcula los
caudales circulantes en la red en régimen variable. Los cálculos se basan en una solución numérica implícita en
diferencias finitas de ecuaciones unidimensionales del flujo en lámina libre: las ecuaciones de Saint Venant. Se
asignaron condiciones de contorno conocidas en el cálculo de la red en base a los datos tomados en campo. Se
prestó especial atención a la correcta definición geométrica de elementos estructurales de la red, tales como
aliviaderos, tanques de tormentas, compuertas mecanizadas, bombeos, etc.
La unión de ambos modelos proporcionó el Modelo hidrodinámico del sistema de drenaje de la zona.
Sobre este modelo se realizaron las simulaciones en tiempo seco y con lluvias para realizar un completo estudio
y análisis del funcionamiento y problemática de la red (zonas inundadas, con insuficiente capacidad hidráulica,
etc.), emitiendo un Diagnóstico, el cual se calibró con el personal laboral de la zona, verificando que los
resultados emitidos por el Modelo se ajustaban a la realidad. Aunque en el momento del Estudio, el software
Mike Urban-Mouse no modelizaba el flujo superficial por las calles, se elaboraron plantas de inundación para
distintos escenarios en función de los datos arrojados por el modelo y el estudio de la topografía de las calles.
Finalmente se hizo una Propuesta de Soluciones para la resolución de los problemas existentes,
recogiendo las infraestructuras necesarias (modificaciones en los colectores, tanques de tormentas, estaciones de
bombeo, aliviaderos, etc.), para mejorar su funcionamiento ante episodios tormentosos, y clasificándolas en tres
categorías: Urgentes, Necesarias y Convenientes para la prevención de inundaciones en la localidad. Se
establecieron Planes de Actuación con una estimación económica inicial.
Gracias a nuestro Estudio se obtuvo no sólo un análisis pormenorizado de la red de Dos Hermanas, base
indispensable de planificación para EMASESA a la hora de acometer la gestión de la misma y la prevención de
inundaciones, sino también una herramienta eficaz para la optimización de la red y para el control de efectos en
la red derivados de posibles cambios en los usos del suelo, geometría de la red, precipitaciones de diseño, etc., lo
que redunda en un importante beneficio económico y social para el municipio.
Optimización de sistemas de pequeños depósitos de almacenamiento en inundación para producción de energía
mediante micro turbinas.
Tema C Agua y Ciudad Helena M. Ramos(1) Charlotte Teyssier(2). P. Amparo López Jiménez(3)
(1) Civil Engineering Department, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon, Av. Rovisco Pais, 1049-001, Lisboa, Portugal.
(2) Engineering school Centrale Nantes, 1 rue de la Noë, BP 92101, 44 321 Nantes Cedex3. (3) Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingenieria Hidráulica y Medio
Ambiente. UPV Cno. de Vera s/n 46022 Valencia.
El control de las inundaciones sigue siendo un grave problema en el crecimiento urbano. La preocupación por el cambio climático drástico hace que el análisis de este problema sea cada vez más importante. De hecho, las inundaciones urbanas provocan daños en la vida de las personas y en la economía de una región. Según se consulta en [1], los sistemas de drenaje tradicionales instalados para evitar las inundaciones deben ser revisados, ya que las ciudades conducen a un aumento de las áreas impermeables. Los nuevos sistemas del llamado drenaje urbano sostenible, utilizan técnicas como los depósitos de retención de inundación para permitir un mejor control del agua drenada.
Asimismo, el paralelo desarrollo y análisis del comportamiento de pequeñas turbinas, se encuentra ya en marcha. El proyecto europeo HYLOW reúne estudios de nuevos sistemas de explotación de la energía creada por pequeñas cascadas o en los propios sistemas de abastecimiento de agua. El estudio en el marco de este proyecto de pequeñas máquinas amplia así su posible uso en diferentes aplicaciones. De un lado, se ha estudiado la máquina de presión hidrostática (HPM) desarrollado en la Universidad de Southampton en el Reino Unido [2], para pequeñas presiones (de 1 a 2,5 m y valores de caudal entre 1 a 2 m3/s). De otro lado, como alternativa a este dispositivo, en otras condiciones operacionales disponibles, una turbina tubular con 5 álabes (TP5B) desarrollado en el Instituto Superior Técnico de la Universidad Técnica de Lisboa [3] es adecuado para presiones entre 0,5 a 25 m, y valores de caudal en el rango de entre 6 y 155 l / s, dependiendo del tamaño de la máquina, se presenta como una posible alternativa para el aprovechamiento en depósitos con pequeños saltos y caudales variables como los que se proponen en este estudio.
Estas nuevas tecnologías se pueden aplicar a los sistemas de agua existentes, con el fin de producir energía [4]. Entre ellas, como idea novedosa, se presentan los sistemas de drenaje como de posible aplicación. La producción energética que así se obtuviera, por bajo que sea el rendimiento de la máquina, sería una aportación sostenible del conjunto del sistema de saneamiento.
El propósito del siguiente estudio es el de optimizar la producción de energía a la salida de un deposito de retención por un convertidor de micro-hidro adecuado para las bajas presiones que se podrán conseguir. El análisis se basa en el establecimiento de la demanda de potencia de destino teniendo en cuenta el volumen, la forma, la profundidad del depósito y el control de la descarga de agua.
Para ello, se utiliza el software de Mike Basin (MB), desarrollado por el Instituto Hidráulico Danés (DHI). Este es un Sistema de Soporte de Decisiones (DSS); herramienta para modelar y analizar la gestión de las inundaciones en las zonas urbanas. Reúne ArcGis junto con la modelación hidráulica para ofrecer soluciones a escala de cuenca. Un pequeño depósito de retención se aplica para el control de inundaciones de la cuenca, así como las máquinas hidráulicas que se consideran en los modelos para el análisis del depósito. Un modelado lluvia-escorrentía se utiliza para analizar series de tiempo de escorrentía para la captación de las precipitaciones, la evaporación y las características del territorio. Este modelo fue calibrado previamente para un área de estudio
particular en [5]: El proyecto se centra en Alcântara, un distrito de Lisboa, que tiene serios problemas de inundaciones porque es una zona baja de la ciudad, cerca del río Tajo y el mar Atlántico.
Figura 1. Ejemplo de los problemas de inundación en la zona de Alcántara
El modelo MIKE Basin simula la escorrentía en una cuenca, teniendo en cuenta el ciclo hidrológico, la constitución de los suelos y el suministro de agua, tales como el flujo, la base de flujo por tierra e inter-flujo. la escorrentía de agua proviene de la precipitación, la evaporación y el derretimiento de la nieve. La tierra se divide en cuatro zonas interconectadas: zonas de almacenamiento superficial, raíz, las aguas subterráneas y la nieve. En este contexto, el almacenamiento superficial, la zona de almacenamiento de la raíz, subsuperficial y el flujo de base se consideran insignificantes. A partir de esa premisa, se desarrolla y calibra el modelo. El depósito en el punto de partida se considera seco. La precipitación se basa en datos que pertenecen al Instituto de Meteorología de Portugal [6], de la estación de Lisboa.
Las simulaciones se realizan por año promedio con datos diarios. Se trata de analizar la gestión del agua basada en los insumos y las diversas normas que permitan controlar el sistema. Se realizan los cálculos de los flujos en cada nodo, así como el almacenamiento de agua y el nivel de agua dentro del depósito, la posible potencia generada con estos niveles y el déficit de potencia de cada estación de energía hidroeléctrica, puesto que se simulan dos estaciones teniendo en cuenta los datos de la cuenca. El objetivo final es analizar la capacidad de producción de electricidad con respecto a la potencia generada y el déficit de energía, así como la descarga de agua y los valores de flujo. Si se puede analizar, aunque sea de forma numérica, las posibilidades de generación eléctrica de un sistema particular con ciertas máquinas y la capacidad de retención del mismo, se dará paso a una ampliación de las implicaciones en sostenibilidad de los depósitos de retención para las inundaciones.
Referencias
[1] Santos, R.S. 2011, Urban floods and constructive measures for its mitigation, MSc thesis at IST.
[2] Senior, J., Wiemann, P. and Muller, G. U., 2008, The rotary hydraulic pressure machine for very low head hydropower sites. In, International Conference on small hydropower. Hidroenergia 2008: "On the crossroads", Bled, Slovenia. 11th-13th June 2008., 11 - 13 Jun 2008.
[3] Ramos, H.M., Simão, M., Borga, A., 2012, Experiments and CFD analyses for a new reaction micro-hydro propeller with five blades, ASCE, Journal of Energy Engineering, in press.
[4] Ramos, H.M., Borga, A.,Simão, M., 2009, New design solutions for low-power energy production in water systems, H. Ramos, A. Borga, M. Simão, Water Science and Engineering, 2009.
[5] Ramos, H.M., Kenov, K.N., Pillet. B., 2012-a, Stormwater Storage Pond Configuration for Hydropower Solutions: Adaptation and Optimization, Journal of Sustainable Development; Vol. 5, No. 8; 2012, ISSN 1913-9063 E-ISSN 1913-9071, Published by Canadian Center of Science and Education.
[6] Meteo.pt, 2012, IP Portugal-http://www.meteo.pt/pt/oclima/acompanhamento/index.jsp?selTipo= g&selVar=rr&selAno=-1#.
EVALUACIÓN DE LA IDONEIDAD DE NUEVOS DISPOSITIVOS Y SISTEMAS QUE REDUCEN LA DEMANDA URBANA DE AGUA
(Agua y ciudad)
López-Patiño, G.(1); Martínez-Solano, F.J.(1); López-Jiménez, P.A. (1) ; Navarro-Escudero, M.(2)
(1) Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
(2) Instituto Valenciano de Edificación. E-mail: [email protected]
Introducción
Ya sea por el cambio climático y la constante amenaza de sequías que lleva consigo, por la creciente conciencia medio ambiental de la sociedad, o por el propio desarrollo legislativo, es una realidad que el número de dispositivos que reducen el consumo de agua en los edificios es cada vez mayor.
Ahora bien, las características y ahorros que generan son muy distintos. Además, muchos de estos dispositivos son similares a otros que no producen éstos ahorros. Debe existir un procedimiento técnico que aclare cuáles son los que reducen la demanda de agua y los ahorros que producen, impidiendo que quede en manos de los fabricantes definir la bondad de cada dispositivo.
La reglamentación, tanto nacional como internacional, está estableciendo mecanismos para indicar al usuario los dispositivos que generan ahorro de agua. Así la unión europea, a través de su directiva 2009/125/CE (1), transpuesta a nivel nacional a través del R.D. 187/2011 (2), establece unos criterios de diseño que deben verificar desde el punto de vista medioambiental los productos, entre otros, que utilizan agua. También, la Generalitat de Cataluña, a través de su Resolución MAH/2407/2009 ha establecido un distintivo de calidad para aquellos aparatos de ahorro de agua que cumplen unos límites de caudal suministrado. La propia Generalitat Valenciana, a través de su resolución 2009/5807 (4), reconoce un distintivo de calidad (5) para aquellos edificios en los que instalan dispositivos de ahorro de agua.
Sin embargo, la legislación no entra a valorar si los dispositivos con distintivo de calidad son los más adecuados para una determinada implantación. Se requiere de un método que cuantifique ahorros, y otros parámetros funcionales, y que, con arreglo a ello, evalúe cada dispositivo, para cada instalación en la que va a ser implantada.
Objetivo
El trabajo que se propone establece una metodología para evaluar, de forma cuantitativa, el comportamiento de un sistema o dispositivo de ahorro de agua en una determinada implantación.
La metodología se aplica para evaluar la idoneidad de un nuevo dispositivo de ahorro de agua en comparación con otros dispositivos que ya existen, en diferentes tipologías de edificios.
Metodología
El nuevo dispositivo de ahorro de agua se va a valorar de forma cuantitativa evaluando, de forma objetiva, cada uno de los siguientes aspectos: ahorro de agua (VWHi), ahorro de energía (VHEi) (tanto energía eléctrica de bombeo, como térmica de calentamiento del ACS), impacto socio-ambiental(VISAi), diseño (VDISi), rentabilidad de la inversión (VREi), y rentabilidad del mantenimiento y operación del sistema (VOMi).
Para obtener el valor cuantificable de cada uno de estos aspectos se va a utilizar el procedimiento de cálculo expuesto en la guía de sistemas de ahorro de agua (6).
La valoración global del dispositivo de obtiene ponderando cada uno de éstos aspectos aplicando la relación
Vi=1
100FHW·VWHi+ FHE·VHEi+FE·
VREi+VOMi
2+FDIS·VDISi+FSA·VISAi
Donde :
FHW es el factor de ponderación del ahorro de agua;
FHE es el factor de ponderación del ahorro de energía;
FE es el factor de ponderación económico;
FDIS es el factor de ponderación de los aspectos de diseño; y
FISA es el factor de ponderación de los aspectos socio-ambientales
La valoración global, Vi, es un número entre 0 y 10. Cuanto menor sea la valoración mejor es el dispositivo. Éste es el elemento que se va a ser utilizado para comparar el dispositivo objeto de la aplicación con otros dispositivos existentes y determinar, así, cuan bueno o malo es.
Aplicación
La metodología se va a utilizar para evaluar la idoneidad, frente a otras alternativas, de un nuevo producto que se quiere lanzar al mercado.
Se trata de un nuevo dispositivo que mantiene una recirculación del agua caliente sanitaria, entre el productor y el punto de demanda, hasta que no se alcanza en el grifo la temperatura de utilización. En ese momento permite el consumo de agua.
Se produce un ahorro de agua porque evita que se desagüe el agua fría que no se utiliza en las duchas y/o lavabos entre el momento que se abre el grifo y hasta que llega el agua caliente.
Conclusiones
Con los resultados obtenidos se va a constatar que es posible la aplicación de la metodología desarrollada en la "Guia de sistemas de ahorro de agua" para la evaluación de nuevos dispositivos para la gestión de la demanda en edificios, tanto residenciales como no residenciales, antes de que dichos dispositivos sean implantados o incluso antes de que se pongan en comercialización.
Los dispositivos de ahorro de agua tienen un comportamiento distinto, y por tanto su adecuación varía, de un tipo de edificio a otro. Se requiere de una metodología que permita evaluar la idoneidad de cada dispositivo, y en cada implantación.
La metodología expuesta permite valorar cada dispositivo de forma global o comparada con otros dispositivos similares.
Es una herramienta a disposición de proyectistas de instalaciones interiores de suministro de agua potable, y de propietarios y promotores de edificios, pero también de fabricantes y diseñadores de equipos, que tienen en ello una herramienta para realizar estudios de mercado.
Referencias
(1) DIRECTIVA 2009/125/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 21 de octubre de 2009 por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía
(2) Real Decreto 187/2011, de 18 de febrero, relativo al establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía.
(3) Diari Oicial de la Generalitat de Catalunya. Resolución MAH/2407/2009, de 29 de abril, por la que se establecen los criterios ambientales para el otorgamiento del distintivo de garantía de calidad ambiental a los productos y a los sistemas que favorecen el ahorro de agua. DOGC 5460 (8/9/2009)
(4) Conselleria de Medio Ambiente Agua, Urbanismo y Vivienda. RESOLUCIÓN de 25 de marzo de 2009, del conseller de Medio Ambiente, Agua, Urbanismo y Vivienda, por la que se aprueba el documento reconocido para la calidad en la edificación Guía de proyecto de perfil de calidad específico de ahorro de energía y sostenibilidad. [2009/5807]. DOGV Num. 6021 ( 26/05/2009)
(5) Instituto Valenciano de Edificación. Documento reconocido DRA 03/09. Guía de Proyecto del Perfil de Calidad específico de ahorro de energía y sostenibilidad.
(6) Guía de sistemas de ahorro de agua. López-Patiño, G. et al. Ed. Instituto Valenciano de Edificación. ISBN: 978-84-96602-62-5. Valencia (2012)
Conexión SCADA-modelo para la simulación en tiempo real del sistema de abastecimiento de agua Valencia y su
área metropolitana
1º Tema C (Agua y Ciudad), 2º Tema B (Gestión del agua)
Fernando Martínez Alzamora, [email protected], Inst. Ingeniería del Agua y M. Ambiente. UPV. Vicente Bou Soler, [email protected], Inst. Ingeniería del Agua y M. Ambiente. UPV. Pilar Conejos, [email protected] Aguas de Valencia S.A. José Díaz, [email protected] Aguas de Valencia, S.A
Resumen
La moderna gestión de los sistemas de abastecimiento de agua requiere el uso de modelos matemáticos como herramientas de soporte para la toma de decisiones. Ello se justifica ante la complejidad que adquieren en muchos casos los sistemas de producción, transporte, almacenamiento y distribución del agua en grandes ciudades, con la presencia de varias fuentes de suministro de distinto coste y calidad, depósitos de almacenamiento con diferente cota y capacidad, sistemas de bombeo principales y rebombeos de apoyo, válvulas de regulación, etc.
El operador de la red debe ante todo garantizar el suministro del agua demandada en cada punto de toma con la cantidad y calidad suficientes, es decir, sin fallos en el servicio y en las condiciones de presión y calidad adecuadas a la normativa y exigencias del contrato.
Además de ello, se exige hoy en día también una gestión eficiente de los recursos disponibles, tanto hídricos como energéticos, los que supone reducir al mínimo las fugas y caudales no controlados, así como el consumo energético de los bombeos, rebajando de paso los costes de producción. Para garantizar estos requisitos es necesario contar con el concurso de un modelo matemático del sistema hidráulico que pueda operar en tiempo real. El modelo en tiempo real constituye además una herramienta de gran valor para reaccionar adecuadamente en situaciones de emergencia, o ante una posible contaminación no controlada del agua en la red en algún punto, tema este último al que se han destinado grandes recursos en países como EEUU e Israel.
El caso de la red de suministro y distribución de agua a la ciudad de Valencia y su área metropolitana, por su especial extensión y complejidad, no escapa a esta problemática. Con la idea de apoyar en la operación diaria del sistema global, Aguas de Valencia ha contado desde hace años con la colaboración del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Univ. Politécnica de Valencia, para implantar en su Centro de Control la aplicación SCARed desarrollada por dicho Instituto, la cual es capaz de capturar, tratar y almacenar la información de campo, en tiempo real o diferido, y simular el comportamiento del sistema bajo cualquier circunstancia, actuando así como un Sistema de Apoyo a la Toma de Decisiones (DSS).
SCARed 2.0 es una aplicación cliente-servidor compatible con entornos web, que trabaja en paralelo con el sistema SCADA de operación propio de la empresa, sin interferir con él. La información en tiempo real de las variables hidráulicas es capturada al mismo tiempo que lo hace el SCADA y almacenada en una base de datos propia, con frecuencias de 5 min, 15 min y 1 h. SCARed puede también capturar en tiempo diferido las variables procedentes de las estaciones remotas que controlan los elementos de medida y regulación en los puntos de entrega del agua en alta. Éstas se leen regularmente en base a su disponibilidad, a través de una aplicación intermedia que concentra los datos procedentes de dichas remotas. Tras su captura, los datos son sincronizados por SCARed para alojarse en la misma base de datos que las variables leídas en tiempo real, creando así un entorno único e integrado para almacenar toda la información de campo sincronizada.
La información de campo está sujeta a multitud de incidencias (fallo de lectura, valores fuera de rango, perturbaciones, etc), lo que exige realizar un tratamiento previo de los datos antes de utilizarlos para efectuar balances o bien para alimentar un modelo hidráulico, para lo que SCARed cuenta con algoritmos propios de filtrado.
Los datos brutos o filtrados alojados en la base de datos pueden ahora visualizarse de diferentes modos. En forma numérica o gráfica a través de los sinópticos de las instalaciones, confeccionados ad hoc como parte de la
propia aplicación. Dichos sinópticos incorporan además tablas resumen y gráficos de tartas para verificar en cualquier instante los balances de caudales en los diferentes sistemas y subsistemas, y detectar los déficits de caudal no contabilizados. Como alternativa a los sinópticos, los valores numéricos de las variables pueden observarse asimismo sobre un fondo geográfico soportado por Google Maps. También es posible mostrar diversos perfiles piezométricos y observar su evolución en el tiempo
Por otra parte, una aplicación independiente para el Análisis de Datos permite comparar todo tipo de señales entre sí, o la misma señal en diversos periodos, exportar las gráficas a Excel, remitirlas por correo o confeccionar informes periódicos sobre la evolución de las variables y los balances hídricos.
Sin embargo la aportación más interesante es la conexión del modelo hidráulico del sistema con los datos de campo, una vez filtrados. El problema no es simple y requiere primero confeccionar un modelo hidráulico base de todo el sistema, previamente contrastado, sobre el cual se van imponiendo los valores de campo medidos para forzar al modelo a reproducir el comportamiento real de la red. Esta etapa requiere un trabajo previo de ingeniería para determinar qué variables de campo se imponen, cómo se imponen y qué variables se dejan para contrastar la bondad del modelo. Entre los datos a imponer se encuentran la evolución de las demandas en los puntos de suministro y en los diferentes sectores hidrométricos, así como el comportamiento de las bombas y válvulas en cada instante. Estos últimos se aplican formando parte de las leyes de control, las cuales pueden sincronizarse con los periodos de cálculo o no. Por su parte, los niveles observados en los depósitos pueden o bien forzarse o bien dejarlos evolucionar libremente, según el tipo de modelo aplicado. Así, a efectos de calibrar el modelo mediante las variables de contraste conviene forzar dichos niveles; sin embargo, si el modelo se utiliza para simular escenarios alternativos del pasado o escenarios futuros, los niveles en los depósitos deberán liberarse.
Los modelos así obtenidos pueden utilizarse con diferentes fines:
• Para reproducir escenarios pasados y cotejar los resultados con las variables de contraste, para así mantener el modelo siempre calibrado
• Para realizar el seguimiento de variables de campo no telemedidas, pero integradas en el modelo.
• Para evaluar el comportamiento global del sistema a lo largo de cualquier periodo de tiempo, y obtener indicadores de la calidad del servicio, eficiencia hidráulica, eficiencia energética, etc.
• Para aplicar sobre escenarios pasados leyes de control distintas de las reales y observar la respuesta potencial del sistema, al objeto de entrenar a los operadores
• Para evaluar el efecto de una posible orden de control antes ser aplicada, simulándola al momento sobre el modelo en tiempo real.
• Para simular acciones de respuesta ante una situación de emergencia no prevista, como una rotura, la intrusión de un contaminante, etc
• Para programar actuaciones de mantenimiento de cierto alcance y duración, a fin de garantizar el servicio durante la misma, o analizar posibles alternativas de suministro.
• Para optimizar la explotación del sistema a corto plazo, en base al estado actual del mismo y las previsiones de demanda, a fin de reducir fugas, costes de operación, controlar la calidad del agua servida, etc
• Para planificar la mejora de la red en el futuro partiendo de un modelo hidráulico siempre actualizado
En las últimas aplicaciones referidas será necesario efectuar una predicción de la demanda a corto o medio plazo, en base a las observaciones recientes y pasadas. SCARed cuenta igualmente con algoritmos de predicción de la demanda basados en el análisis de series temporales y otros métodos heurísticos.
Los resultados del modelo, en cualquier caso, pueden ser analizados desde el entorno del simulador hidráulico, EPANET en este caso, o bien desde el propio entorno de SCARed, el cual permite capturar y mostrar los resultados, contrastándolos con cualquier medición previa o utilizando sus propias herramientas de visualización.
A lo largo de la comunicación se mostrarán los detalles más relevantes de la aplicación y los resultados obtenidos a lo largo de los más de 5 años en que SCARed se encuentra operativo en el Centro de Control de Aguas de Valencia, habiendo experimentado numerosas mejoras a lo largo de este tiempo.
Utilización de geoprocesos para la elaboración y explotación de modelos de redes de agua potable.
Tema C (Agua y ciudad), Tema B (Hidrología y gestión del agua)
F. Javier Martínez-Solano, Pedro L. Iglesias-Rey,
Gonzalo López-Patiño, Vicente S. Fuertes-Miquel
Dep. Ing. Hidráulica y Medio Ambiente, Universidad Politécnica de Valencia
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Introducción
En el presente trabajo se recoge el uso de distintas técnicas habituales en el campo del análisis geográfico para su adaptación a las distintas fases de la elaboración del modelo matemático de una red de suministro de agua. Puesto que una red de abastecimiento es una infraestructura eminentemente marcada por su extensión espacial, la elaboración del modelo matemático debe basarse en información geográfica. En este punto, la utilización de los sistemas de información geográfica (SIG) puede resultar de gran ayuda en todos los aspectos de la gestión técnica de las redes de abastecimiento
Sin embargo, una vez obtenido el modelo, el SIG, y más concretamente algunas de las herramientas que incluyen las estructuras de datos más evolucionadas, como las incluidas en la gestión de redes de trasporte por carretera, pueden tener un uso análogo en la mejora del proceso tanto de elaboración como de explotación del modelo. Casi todas estas herramientas se apoyan en un tipo de estructura de almacenamiento denominada topología. Paradójicamente, esta estructura de almacenamiento es la que utiliza EPANET para resolver hidráulicamente las ecuaciones del sistema. De ahí que una buena conexión entre EPANET y el SIG puede resultar determinante para una óptima explotación del modelo.
El proyecto original recoge un sistema de gestión global de todos los datos de un abastecimiento, aunque este trabajo se va a centrar especialmente en tres aplicaciones de los SIG en el proceso de gestión de los modelos: organización y gestión de los datos de consumos, simplificación de modelos y gestión de maniobras.
Finalmente, se describirán los pormenores, dificultades y lecciones aprendidas durante su implementación en una red real.
Objetivos
El trabajo presentado busca un objetivo principal: crear una herramienta que permita de manera sencilla generar modelos matemáticos de una red de abastecimiento de agua de manera automática a partir de la información almacenada en un SIG.
Para conseguir este objetivo principal, esta herramienta debe realizar al menos las siguientes funciones:
Recopilar la información topológica de la red a partir de la información de inventario de la misma, comprobando la conectividad del sistema.
Asignar las demandas a sus correspondientes nudos de consumo para los periodos de facturación elegidos.
Simplificar automáticamente el modelo creado hasta alcanzar el nivel de detalle elegido.
Todas estas acciones serán posible a través de la programación de algoritmos topológicos que se apoyen en la información almacenada en el SIG. En este caso, se ha optado por la integración libre entre el SIG y EPANET, de forma que ambas aplicaciones permanecen independientes y solo comparten algunos datos.
Métodos utilizados
El proceso de elaboración del modelo matemático de la red de agua potable se estructuró en cinco fases:
a) Recopilación y organización de la información. En esta fase se ha de recoger y organizar toda la información relativa a topología del sistema, sistemas de producción, elementos especiales, consumos, etc.
b) Esqueletización o simplificación de la red de tuberías. Como se ha afirmado en trabajos anteriores, independientemente del nivel de precisión buscado por el modelo, cierto nivel de simplificación es necesario y deseable.
c) Análisis y asignación de consumos en los nudos, de forma que se pueda proceder a una buena carga del modelo, con distinción clara entre consumos registrados y consumos no registrados. Tras estos pasos llegaríamos a un primer modelo inicial sin calibrar.
d) Recogida de mediciones. Con el fin de llegar hasta un modelo calibrado, se recogen todas las medidas rutinarias disponibles y se programan de ser necesario mediciones adicionales.
e) Ajuste y calibración del modelo. Con ayuda de las mediciones, se ajustará, calibrará y validará el modelo hasta llegar al modelo definitivo.
Una vez se obtiene el modelo, llega el momento de hacer uso de él, bien para simular situaciones reales, bien para representar eventos extraordinarios. Una buena conexión del modelo con los datos de los cuales procede permitirá una explotación óptima del mismo.
Tanto para la elaboración del modelo como para su explotación se utilizaron herramientas de análisis geográfico. Estas se resumen en:
Gestión de abonados
Simplificación del modelo
Generación de maniobras
Caso de estudio
Finalmente, en este trabajo se describe la aplicación realizada en el sistema de gestión del abastecimiento de la Cooperativa Valenciana de El Plantío y La Cañada (COPLACA).
La red gestionada por COPLACA cuenta con unos 10000 títulos (unos 9000 abonados si tenemos en cuenta que algunos abonados cuentan con dos títulos) y una red de más de 350 km de tuberías, que en su versión menos simplificada implica 5600 tuberías en el rango entre 20 y 400 mm. Para una gestión más eficiente de los abonados se dividió el abastecimiento en 50 zonas hidráulicas.
La implantación de los algoritmos expuestos en este artículo ha permitido la generación de distintos modelos matemáticos según las necesidades del abastecimiento: explotación, determinación del rendimiento, programación de maniobras o control de la calidad del agua.
Conclusiones
Los trabajos expuestos en este artículo permiten una integración dinámica entre la información almacenada en un SIG y EPANET como modelo de simulación hidráulica que permite una sencilla actualización del modelo matemático de la red.
Agradecimientos
El desarrollo de este trabajo ha sido posible gracias al Ministerio de Ciencia e Innovación de España, que ha financiado el proyecto de investigación DPI2009-13674 OPERAGUA: Mejora de las técnicas de llenado y operación de redes de abastecimiento de agua.
Utilización del concepto de curva de consigna para la simplificación de modelos de calidad en redes de distribución
de agua potable Tema C (Agua y ciudad), Tema B (Hidrología y gestión del
agua) F. Javier Martínez-Solano, Pedro L. Iglesias-Rey,
Daniel Mora-Meliá, P. Amparo López-Jiménez Dep. Ing. Hidráulica y Medio Ambiente, Universidad Politécnica de Valencia [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Introducción y justificación A raíz de los atentados que tuvieron lugar en Nueva York (11-09-2001), Madrid (11-03-2004) y Londres (07-07-2005) creció la preocupación por la seguridad frente a ataques terroristas. Una de las muchas medidas tomadas a tal efecto fue la aprobación de diversas normativas, entre ellas, la Directiva 2008/114/CE en la Unión Europea (DOUE, 2008), el Plan Nacional de Protección de Infraestructuras en los Estados Unidos (DHS, 2009) o más recientemente el Reglamento de protección de las infraestructuras críticas en España (BOE, 2011). En todas ellas se establecen medidas y procedimientos para la identificación y designación de infraestructuras críticas europeas. Se entiende por “infraestructura crítica” el elemento, sistema o parte de este que es esencial para el mantenimiento de funciones sociales vitales, la salud, la integridad física, la seguridad, y el bienestar social y económico de la población y cuya perturbación o destrucción afectaría gravemente a un Estado al no poder mantener esas funciones (DOUE, 2008). Todas las normativas antes mencionadas coinciden en incluir las infraestructuras hidráulicas (tanto de agua potable como de aguas residuales) en el catálogo de infraestructuras críticas. Uno de los puntos vulnerables de una red de abastecimiento de agua potable es la calidad del agua suministrada y la posibilidad de que algún evento, fortuito o provocado, haga que el agua suministrada no sea apta para el consumo humano. Por ello, cada vez es más frecuente el desarrollo de modelos de calidad del agua así como la inclusión de restricciones alusivas a la calidad del agua en los protocolos de proyecto y rehabilitación de redes de distribución de agua. Como es bien sabido, los problemas asociados con el proyecto y rehabilitación de redes son resueltos con frecuencia mediante algoritmos que buscan la optimización económica de las actuaciones sin renunciar a cumplir todas las restricciones. Esto hace que el problema sea complejo y se recurra a algoritmos basados en la prueba de múltiples soluciones combinadas con algoritmos de clasificación, mejora y evolución de dichas soluciones. Todos estos algoritmos tienen como característica común el elevado coste computacional medido en horas de simulación. Por todo ello, cualquier estrategia que permita acelerar dichos algoritmos supone una importante aportación al problema. En el trabajo que propone se plantea un método para la simplificación de sectores de una red de abastecimiento de agua con trazado ramificado o asimilable a ramificado con la finalidad de reproducir su comportamiento en cuanto a calidad del agua en las condiciones más desfavorables. Metodología Se ha partido del concepto de “curva de consigna”. La curva de consigna se puede definir como la altura piezométrica o la presión mínima necesaria en cabecera para garantizar una presión residual suficiente en el punto de consumo más desfavorable de la red. Esta definición se ha extrapolado al valor de la concentración admisible en cabecera de forma que en ningún punto de la red a partir de dicho punto se rebase un cierto valor umbral de concentración. Esto nos permitirá realizar la optimización de una proyecto incluyendo valores mínimos de la concentración de cloro, valores máximos del tiempo de permanencia e incluso valores máximos de un agente nocivo en la red, así como establecer en este último caso tiempos de reacción y posibles afectados. El principal problema radica en el modelo de calidad. En este trabajo se ha tomado EPANET como modelo hidráulico de referencia. La principal diferencia entre el modelo hidráulico y el modelo de calidad está en el tratamiento que EPANET hace del dominio temporal. El cálculo hidráulico lo hace mediante un modelo cuasi-estático, en el que para cada intervalo de tiempo las condiciones de contorno permanecen contantes para posteriormente actualizarlas antes del siguiente cálculo. De esta forma, para la mayoría de los casos los resultados son prácticamente insensibles al intervalo de tiempo utilizado. Sin embargo, en el caso del modelo de calidad hace un modelo dinámico en el que los resultados dependen tanto del instante anterior como del instante actual. En este caso, el intervalo de cálculo es muy importante e incluso tiene una limitación: no debería ser mayor que el tiempo que tarda el agua en atravesar la tubería de menor tiempo de viaje. Esto hace que las escalas
de tiempo no sean iguales. Por otra parte, el hecho de que EPANET admita el cálculo en redes malladas en las que pueden existir tuberías con caudales que puedan atravesarlas en ambas direcciones hace que el modelo de calidad deba permitir estos fenómenos. Por todo ello, EPANET recurre a un modelo lagrangiano regido por el tiempo. Este modelo hace depender el cálculo de la concentración de las condiciones de contorno de un número indeterminado de intervalos de tiempo previos, haciendo inviable su utilización en la simplificación. El artículo propuesto plantea sustituir este método por un algoritmo basado en el tratamiento de las conducciones como reactores lineales con flujo en pistón, simplificando el cálculo de la calidad a cambio de imponer como restricción la necesidad de conocer de antemano el sentido de circulación de los caudales. Esto último es en muchas ocasiones una realidad, sobre todo cuando de lo que se trata es de simplificar las porciones de red con menores diámetros. El artículo compara los resultados obtenidos para la red D_Town. D-Town es una red empleada como banco de pruebas en la última edición de la Water Distribution System Analysis Conference. Agradecimientos El desarrollo de este trabajo ha sido posible gracias al Ministerio de Ciencia e Innovación de España, que ha financiado el proyecto de investigación DPI2009-13674 OPERAGUA: Mejora de las técnicas de llenado y operación de redes de abastecimiento de agua. Referencias BOE (2011). Real Decreto 704/2011, de 20 de mayo, por el que se aprueba el Reglamento de protección de las
infraestructuras críticas. Ministerio del Interior. Gobierno de España. DHS (2009). National Infrastructure Protection Plan. Department of Homeland Security. DOUE (2008). Directiva 2008/114/CE del Consejo de la Unión Europea de 8 de diciembre de 2008 sobre la
identificación y designación de infraestructuras críticas europeas y la evaluación de la necesidad de mejorar so protección.
Análisis comparativo de las escorrentías producidas en un pavimento permeable y en una calzada convencional.
Tema C-Agua y ciudad (primera opción) Pedro Millán Romero(1), Beatriz Nácher-Rodríguez(1), Carmen Hernández Crespo(1),
Miguel Martín(1), Francisco J. Vallés Morán(1), Sara Perales Momparler(2),
Ignacio Andrés-Doménech(1) (1) Universitat Politècnica de València. Instituto Universitario de Ingeniería del Agua y Medio
Ambiente (IIAMA). Cno. de Vera s/n 46022 Valencia. (2)PMEnginyeria. Avda. del Puerto, 180 - 1ºB. 46023 Valencia.
Los pavimentos permeables continuos se enmarcan dentro de los conocidos como Sistemas de Drenaje Sostenible (SuDS) y consisten en una capa de rodadura (asfáltica o de hormigón), que permite la infiltración de la escorrentía hacia una capa de grava subyacente, donde se almacena temporalmente antes de que se infiltre al terreno natural (si el terreno y la calidad de la escorrentía así lo permiten) o se evacue fuera del sistema mediante drenes (Woods-Ballard et al., 2007, Puertas Agudo, et al., 2008). Esta técnica se emplea básicamente en zonas con baja intensidad de tráfico, como zonas de aparcamiento, calles residenciales, zonas de recreo o aceras. El pavimento permeable objeto de análisis constituye el aparcamiento para vehículos de la nueva piscina cubierta municipal de Benaguasil (Valencia). Su superficie total es de 825 m2. La sección del pavimento contempla 25 cm de base de zahorra drenante compactada sobre la que descansa una capa de hormigón poroso de 12 cm de espesor con ligante Ecocreto (Figura 1). El análisis del funcionamiento hidráulico del pavimento poroso del aparcamiento de la nueva piscina cubierta de Benaguasil pone de manifiesto que, aún en climas mediterráneos, con características específicas como la torrencialidad, este tipo de soluciones proporcionan resultados favorables para la gestión de la escorrentía en el origen del sistema, contribuyendo con ello, además, a los beneficios en cuanto a la mejora que se consigue en la calidad de las aguas filtradas a su través (García-Haba, et al., 2011).
Figura 1. (a) Aparcamiento con pavimento permeable (Benaguasil, Valencia). (b) Detalle del hormigón poroso.
Los objetivos que se persiguen en el trabajo se centran en analizar los rendimientos que, tanto desde el punto de vista de la cantidad como de la calidad del agua, se alcanzan con el uso de esta infraestructura en comparación con la respuesta de la calzada convencional adyacente. La monitorización implantada persigue cuantificar los excedentes de escorrentía drenados por el pavimento hacia la red y el caudal evacuado por un imbornal a la red en la calzada perimetral del aparcamiento. Cuando la capacidad de almacenamiento de la capa de gravas esté agotada, los excedentes llegarán a través del dren longitudinal a la arqueta que se encuentra al final de éste, en un extremo del aparcamiento. De la arqueta, los caudales excedentes son evacuados hacia la red de colectores que discurre por la calzada. Para comparar la diferencia con la escorrentía producida en condiciones habituales en una calzada impermeable, se monitoriza además un imbornal de la calzada perimetral al aparcamiento. Para ello se deriva la acometida del mismo hacia otra arqueta donde se instala la instrumentación antes de restituir los caudales al pozo de registro correspondiente.
Para la monitorización de la cantidad, se han instalado sendos aforos con caudalímetros de balancín combinados con vertederos triangulares en pared delgada, tanto en la salida del dren del pavimento como en la acometida del
imbornal convencional a la red de drenaje. La calidad del agua ha sido analizada igualmente en ambos puntos: agua drenada por el pavimento permeable (punto B41) y agua captada por el imbornal del viario convencional adyacente (punto B42). Para ello, en las arquetas donde se capta el agua procedente de ambos puntos, se han colocado botellas con embudo para captar el agua vertida en las primeras oscilaciones del balancín.
El periodo analizado comprende desde el 29/09/2012 hasta el 05/04/2013. De un total de 13 eventos registrados en el período, el pavimento permeable ha drenado agua en 7, mientras que el imbornal ha recogido escorrentía en 11, lo que demuestra el control de escorrentía en origen que ejerce este tipo de soluciones. Además, el análisis detallado de los hidrogramas registrados a la salida del dren y su comparación con los registrados en el imbornal, ponen de manifiesto la capacidad de laminación que también se consigue con la infraestructura.
Por otra parte, la calidad del agua en el pavimento permeable y en el imbornal, ha sido analizada en 4 y 7 eventos respectivamente durante el período. A partir de los datos obtenidos durante los meses monitorizados (Fig. 2), se puede decir que la calidad del agua drenada por el pavimento permeable (B41) ha ido mejorando a lo largo del tiempo para todas las variables de calidad analizadas. Cuando se produjo el primer evento del periodo analizado, el tiempo seco antecedente era de más de tres meses. Esto favoreció la acumulación de contaminantes en la superficie, que combinados con la magnitud e intensidad de aquel evento, propiciaron un lavado y arrastre considerable. Además, en el verano de 2012 se realizaron pequeñas obras de terminación de la infraestructura (entre ellas la adecuación de la arqueta para la monitorización) que también pudieron haber influido en las altas concentraciones de sólidos registradas tras el primer evento de la serie. A partir de entonces, el patrón de lluvias ha sido más continuo y las concentraciones obtenidas han sido siempre menores. Además, si los resultados del agua drenada por el pavimento permeable se comparan con los resultados del agua captada por el imbornal (B42) en la calzada convencional, se aprecia que la calidad de la primera es generalmente mejor que la segunda, por lo que el pavimento permeable, tras los primeros lavados, podría estar actuando también como filtro, reteniendo las partículas depositadas en su superficie. La calidad del agua captada por el imbornal (B42) no presenta una tendencia tan evidente como la del punto B41, pero sí que se puede percibir que, por lo general, la concentración de las variables estudiadas es mayor cuando el periodo seco transcurrido entre eventos es prolongado.
0
50
100
150
200
250
300
350
oct‐12 nov‐12 dic‐12 ene‐13 feb‐13 mar‐13
mg∙L‐1 SST
Evento B41 B42
0
1
2
3
4
5
6
7
8
oct‐12 nov‐12 dic‐12 ene‐13 feb‐13 mar‐13
mg∙L‐1 NT
Evento B41 B42
0
20
40
60
80
100
120
140
oct‐12 nov‐12 dic‐12 ene‐13 feb‐13 mar‐13
mg∙L‐1 DQO
Evento B41 B42
0
0,5
1
1,5
2
2,5
oct‐12 nov‐12 dic‐12 ene‐13 feb‐13 mar‐13
mg∙L‐1 PT
Evento B41 B42
Figura 2. Resultados de las variables de calidad (DQO, SST, PT y NT) en los puntos de control B41 (Pavimento Permeable) y B42 (imbornal). Las barras indican los eventos registrados.
Referencias
García-Haba, E.; Perales-Momparler, S.; Andrés-Doménech I. (2011). Control de escorrentías urbanas mediante pavimentos permeables: aplicación en climas mediterráneos. II Jornadas de Ingeniería del Agua. Modelos numéricos en dinámica fluvial. ISBN-13: 978-84-615-4023-5. Barcelona, 5-6 octubre 2011.
Puertas Agudo, J.; Suárez López, J.; Anta Álvarez, J. Gestión de las aguas pluviales. Implicaciones en el diseño de los sistemas de saneamiento y drenaje urbano. CEDEX. Gobierno de España (2008).
Woods-Ballard B.; Kellagher R.; Martin P.; Jefferies C.; Bray R.; Shaffer P. The SUDS Manual. CIRIA C697. London 2007.
Gestión de la presión para mejora de la eficiencia física en una red experimental de distribución de agua
(C. Agua y ciudad, D. Estructuras hidráulicas) José de Jesús Mora Rodríguez1, Christian Alberto Caballero Coranguez2, Josefina Ortiz Medel1, Xitlali V.
Delgado Galván1, P. Amparo López Jiménez3 1 Departamento de Ingeniería Geomática e Hidráulica, Universidad de Guanajuato. México.
2 Sistema de Agua Potable y Alcantarillado de León, México
3 Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente, Universidad Politécnica de Valencia. España. 1 [email protected], [email protected], [email protected].
Palabras clave: Fugas; Epanet, Eficiencia física, modelo físico.
Introducción
La determinación de los porcentajes de las pérdidas de agua es un tema complejo para las empresas encargadas de la distribución del agua en las ciudades. Es por ello que se pone en práctica la validación de la mejora de la eficiencia física de una red experimental mediante la gestión de la presión. Se cuantifican los volúmenes recuperados de caudal y se calibra el modelo numérico de la red. Mediante la representación numérica se caracteriza la red física para identificar los rangos de presión óptimos para determinar una mejor eficiencia física.
En 2003, La “International Water Association” (IWA) Water Loss Task Force (grupo de trabajo en pérdidas de agua de la IWA) definió los cuatro métodos principales de intervención para combatir las pérdidas de agua reales: gestión de la presión, control activo de fugas, velocidad y calidad de las reparaciones, así como gestión de la infraestructura (Pilcher, 2003). En este sentido en el presente estudio, se trabajará sobre la gestión de la presión, la cual se define como: “la práctica de manejar presiones del sistema a niveles óptimos de servicio a la vez que se asegura un suministro suficiente y eficiente para usos legítimos” (Thorton y Lambert, 2005).
Se debe asegurar una presión mínima en el punto crítico de servicio; todo esto puede ser una solución inmediata y económica para reducir las pérdidas reales de agua, así como la disminución de roturas y fallos de tuberías (Thornton y Lambert, 2007). En cualquier caso, el caudal no contabilizado siempre debe tender a ser el mínimo. El objetivo del presente trabajo es verificar en laboratorio el método de gestión de la presión para un escenario establecido obteniendo como resultados, la recuperación del caudal fugado.
Metodología:
El modelo físico experimental se compone de un tren de alimentación que proporciona agua desde una cisterna, se tiene una línea de conducción de fierro galvanizado que conduce el agua a una red secundaria (Figura 1) en el que se tienen simuladas tanto consumos puntuales como fugas en las tuberías. La presión se mide con manómetros tipo Bourdon de glicerina, el caudal se mide en la conducción primaria y en las salidas de la red secundaria mediante contadores y las fugas se cuantifican volumétricamente, en algunos casos de forma agrupada y en otros de forma individual. En la conducción primaria se tiene una válvula reductora de presión mediante la cual se realizará la gestión de dicha variable.
Figura 1. Red de distribución secundaria
El modelo numérico se desarrolló mediante el programa de cómputo Epanet 2.00.12. Los parámetros consideraron en el modelo numérico fueron: la rugosidad 0.15 y 0.0015 para Fo.Go. y PVC, respectivamente; los coeficientes de las pérdidas locales y los consumos en la red secundaria. Las fugas se representan mediante la ecuación (1), con su respectivo coeficiente de descarga (C).
Q=C×PN (1)
El escenario (A) se establece con una eficiencia física (o rendimiento hidráulico) inicial del 70%, con caudal de consumo de 11,4l/s y una presión a la entrada de 19,0 mca antes de la VRP; estableciendo como único consumo una descarga en tubería de 2” (SI1), posteriormente se reduce la presión en un 17% (escenario B) y un 25% (escenario C), se obtiene la recuperación del caudal de fuga en forma proporcional al valor de las fugas.
El comportamiento de las fugas durante los tres escenarios se establece mediante la relación de May (1994). Los coeficientes de ajuste de las fugas, se utilizaron para calibrar el modelo numérico con los coeficientes de emisores de Epanet. En la Figura 2 se observa el error porcentual entre el modelo físico y experimental en cada grupo de fugas. Al representar la reducción de la presión en los modelos numéricos B y C el error en promedio es de 1,4% y 6,0% para cada escenario, respectivamente.
‐25
‐20
‐15
‐10
‐5
0
5
FI10‐12 FI16 FI17 FI1‐4 FI5‐8,19
Error (%
)
Fuga
Escenario A
Escenario B
Escenario C
Figura 2. Calibración del Modelo Numérico respecto a los datos de la red experimental
Resultados:
Los resultados del sistema se muestran en la tabla 1. Se obtiene la recuperación del caudal con la diferencia entre el caudal de fuga del escenario A y los caudales de fuga resultantes de los escenarios B y C. En el escenario experimental, la eficiencia se mejoró hasta en un 9,6% con una reducción del 25%; recuperando hasta en un 26,5% del caudal fugado.
Tabla 1. Resultados de la simulación de gestión de la presión.
Escenario de presión
Eficiencia física (%)
QEntrada (l/s)
Qconsumo (l/s)
Qfuga (l/s)
Reducción de P (%)
Recuperación de caudal (%)
A. Sin Gestión 70,4 16,2 11,4 4,8 - - B. Reducción 17% 78,4 18,2 14,2 3,9 16,7 18,0 C. Reducción 25% 79,6 17,2 13,7 3,5 25,0 26,5 A partir de los tres escenarios de presión (A, B y C), se obtiene una relación entre la presión media en la red y el caudal de fuga de la siguiente forma:
Q=0,908×P0,651
Con ella se tiene caracterizado el nivel de fugas que se presenta en la red en función de la presión. De esta forma y mediante la validación numérica, se podrán determinar presiones con las que se obtengan mejores eficiencias físicas para diversos períodos de consumo a lo largo del día.
Conclusiones:
Mediante la representación experimental de la reducción de la presión en la red de distribución, se han obtenido los diversos rangos de fuga y con ello la caracterización de la relación entre el caudal fugado y la presión en la red. Con respecto al modelo numérico, el coeficiente de descarga en la relación potencial de la fuga, se logró representar con un grado aceptable de ajuste. Con la caracterización numérica se pueden verificar escenarios óptimos de eficiencia física del sistema a partir de la caracterización de la red.
Referencias:
MAY, J. (1994) Pressure dependent leakage. World Water and Environmental Engineering.
Pilcher, R., (2003) Leak detection practices and techniques: a practical approach. Water 21 – Magazine of the International Water Association.
Thornton, J. y Lambert A. O. (2005), Progress in practical prediction of pressure: leakage, pressure: burst frequency and pressure: consumption relationships. Proceedings of the IWA Specialised Conference 'Leakage 2005', Halifax, Nueva Escocia, Canadá.
Thornton, J. y Lambert A. O. (2007), Pressure management extends infrastructure life and reduces unnecessary energy costs. Proceedings of the IWA International Specialised Conference ‘Water Loss 2007’, Bucarest, Rumania.
La integración de la gestión de las escorrentías en el paisaje de Barcelona: actuaciones de regeneración urbana.
(C. Agua y ciudad), (B. Hidrología y gestión del agua) Sara Perales Momparler1, Roberto Soto Fernández2
1PMEnginyeria, 2Ajuntament de Barcelona
Europa es uno de los continentes más urbanizados del mundo. Las ciudades no sólo actúan como motores económicos, sino que, además, son el lugar ideal donde encontrar todos los elementos necesarios para una vida de calidad en todos los sentidos: ambiental, cultural y social. No obstante, en todas las ciudades resulta muy difícil conciliar crecimiento y actividades económicas con consideraciones de índole cultural, social y ambiental. Con frecuencia al suelo (y al paisaje) no se les reconoce todo su valor ni se considera que son un recurso limitado y no renovable. De hecho, los suelos realizan una amplia gama de funciones ecosistémicas vitales, entre ellas, fijan y moderan el flujo del agua hacia los acuíferos, eliminan contaminantes y reducen la frecuencia y el riesgo de inundaciones y sequías, pueden contribuir a regular el microclima en entornos urbanos compactos (especialmente cuando actúan como soporte para vegetación) y también pueden realizar funciones estéticas a través del paisaje. La reutilización de lugares ya edificados (como antiguos terrenos industriales) es una medida que limita el sellado del suelo, mientras que el empleo de materiales permeables en lugar de cemento o asfalto, el fomento de la “infraestructura verde” o la generalización de sistemas naturales de captación de agua son medidas adecuadas de mitigación que permiten mantener algunas de las funciones del suelo (Comisión Europea, 2012).
La ciudad de Barcelona tiene limitado su crecimiento por fronteras geográficas como los ríos Llobregat y Besós, la sierra de Collserola y el propio mar Mediterráneo, lo que ha venido generando una ocupación de suelo muy elevada que la sitúa como una de las ciudades más densamente pobladas (16.000 hab/km2). La proliferación de la construcción de viviendas e infraestructuras ha sometido a los terrenos a una impermeabilización severa que, además de frenar los flujos de agua hacia el acuífero subyacente, agudiza la dificultad y problemática de gestionar las aguas de lluvia del modo tradicional (es decir, con el principio de una rápida evacuación hacia los cauces receptores, pero tratando a su vez de cumplir con los estándares de calidad requeridos actualmente por la sociedad).
El primer paso para lograr un uso más sostenible de los recursos (en este caso suelo y agua) es ser consciente de la problemática, y provocar una apertura de miras en los agentes implicados en las transformaciones urbanas a todos los niveles (administraciones, técnicos, promotores, etc.). En este aspecto, la Sociedad Municipal Barcelona Gestión Urbanística, S.A. (BAGUR.SA), del Ayuntamiento de Barcelona, viene promoviendo en los últimos años el encuentro de profesionales y responsables políticos de diferentes departamentos municipales para consensuar estrategias y técnicas de gestión de aguas pluviales en las actuaciones de regeneración urbana que promueve. Estas estrategias se basan, principalmente, en la reserva de terrenos permeables dentro de las áreas a urbanizar en las que se promueve el aprovechamiento del agua para riego y la filtración e infiltración del agua de lluvia para la recarga de acuíferos, disminuyendo así el volumen de escorrentía que llega a la infraestructura de saneamiento de la ciudad (que en el caso de Barcelona es una red unitaria), y reduciendo los caudales punta.
El presente artículo describe los procesos de definición de estrategia y diseño de la infraestructura de drenaje en dos actuaciones de regeneración urbana: “Can Cortada” (distrito de Horta-Guinardó) y “La Marina de la Zona Franca” (Distrito Sants/Mont Juïc).
Urbanización del ámbito de Can Cortada, Distrito de Horta-Guinardó.
La nueva urbanización del sector prevé la ejecución de un nuevo vial interior que comunica las avenidas del Estatut y de Can Marcet, conjuntamente con la definición de los nuevos espacios públicos para facilitar el tránsito de los peatones entre la nueva urbanización y las calles existentes.
El proyecto, actualmente en fase de ejecución, contempla el empleo de pavimentos permeables que reducen la generación de escorrentía, combinados parterres deprimidos que actúan como estanques de detención e infiltración, reteniendo temporalmente el agua hasta que se evapora e infiltra en el terreno. El diseño de las redes
de pluviales es tal que en la mayoría del recorrido el agua transcurre por superficie, aprovechando la topografía del terreno y la distribución de parterres y cunetas vegetadas, reduciendo en la medida de lo posible el uso de conductos enterrados. Cada una de las 5 redes diseñadas vierte a uno de los colectores unitarios existentes que atraviesan el ámbito. La siguiente figura muestra el modelo empleado en los cálculos.
En su conjunto, se estima que esta estrategia permite reducir entorno a un 50% el caudal pico de entrada a la red de saneamiento y en un 44% el volumen, para la tormenta de diseño (de período de retorno 10 años), así como reducir en un 81% la cantidad de escorrentía que debería ser transportada y tratada en la depuradora para el total del ámbito para un año tipo (1997).
Barrio de la Marina de la Zona Franca” (Distrito Sants/Mont Juïc)
La Marina de la Zona Franca es un barrio de nueva creación en el que el planeamiento hace casi tabula rasa de lo existente, con calles principales con trazado y rasantes nuevas rodeadas de nuevas edificaciones. Topográficamente es una zona prácticamente horizontal y próxima al mar.
El sistema de drenaje en este caso se basa en captar y transportar las escorrentías generadas tanto en las zonas peatonales como en las cubiertas de los edificios previstos, hacia las zonas verdes ubicadas en las alineaciones de arbolado a lo largo de las calles principales de la actuación y a las zonas verdes interiores de manzana de los diferentes sectores edificados con el objetivo de infiltrar y recargar el freático, contribuyendo a contrarrestar la cuña salina, que avanza hacia el interior cada año.
REFERENCIAS
Comisión Europea (2012) Directrices sobre mejores prácticas para limitar, mitigar o compensar el sellado del suelo. Documento de trabajo de los servicios de la Comisión, Oficina de Publicaciones de la Unión Europea. Luxemburgo.
Estudio de la influencia relativa en el desarrollo de biofilm de las características hidráulicas y físicas de los sistemas de
distribución de agua potable Tema C. Agua y ciudad (primera opción), tema D.
Estructuras hidráulicas (segunda opción) Eva Ramos-Martínez1, Manuel Herrera2, Joaquín Izquierdo1, Rafael Pérez-García1
1FluIng-IMM, Universitat Politècnica de València, España 2BATir, Université libre de Bruxelles, Bélgica
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
En los últimos años, varios factores han hecho que aumente el interés en la investigación de la calidad del agua de consumo humano con el fin de mejorar su protección y control en su distribución tras el tratamiento. Las nuevas técnicas analíticas, especialmente técnicas de conteo de bacterias, junto con el creciente grado de regulación de la calidad del agua y el hecho de que los consumidores, hoy en día, estén mucho más informados, han aumentado las expectativas sobre la calidad del agua servida. Es por ello que los gestores encargados de los servicios de agua intentan producir y hacer llegar a sus consumidores, cada vez, agua de mayor calidad. Es un hecho que el propio diseño de los sistemas de distribución hace que el decaimiento de la calidad del agua durante el transporte sea inevitable. Sin embargo, muchas veces el diseño del sistema, por sí solo, no sirve para explicar la magnitud de dicho decaimiento. Las razones para un alto deterioro de la calidad del agua en los sistemas de distribución no están del todo claras, pero es sabido que uno de los principales agentes que influyen en este deterioro es la formación de biofilm en el interior de las tuberías.
El biofilm está formado por comunidades complejas de microorganismos recubiertas de un polímero extracelular de tipo polisacárido, el glycocalix, que les da estructura, protección y les ayuda a retener el alimento y a protegerse de agentes tóxicos. De este modo, las bacterias que forman parte del biofilm son capaces de resistir a biocidas y a antibióticos de un modo más eficaz que aquellas que viven como organismos libres, soportando dosis considerablemente más altas de antimicrobianos. Esto tiene como resultado la ubicuidad del biofilm en los sistemas de distribución de agua potable (DWDSs, del inglés Drinking Water Distribution Systems), donde estas comunidades se fijan fuertemente, contra la repulsión inicial, a la pared interior de las tuberías y la modifican mientras captan más nutrientes y nuevas bacterias. Un biofilm desarrollado es muy resistente y un problema cuando se precisa un entorno limpio y desinfectado. En los últimos años, se ha evidenciado que el biofilm puede convertirse en hábitat transitorio o a largo plazo de microorganismos higiénicamente relevantes, representando una potencial fuente de contaminación del agua. Aparte del riesgo microbiológico que supone el biofilm en los DWDSs, su presencia en estos sistemas también lleva asociada muchos otros aspectos negativos que favorecen el decaimiento de la calidad del agua y del servicio en los sistemas de distribución, como son el deterioro estético del agua, proliferación de organismos superiores y problemas operacionales, como aumento de las tasas de corrosión y consumo de desinfectante, entre otros.
Es sabido que la supervivencia y el rebrote de microorganismos en estos sistemas, pueden estar afectados no sólo por factores biológicos sino también por la interacción de diferentes factores, entre los que se encuentran las características físico-químicas del agua circulante, así como, las características físicas e hidráulicas del propio sistema de distribución. Sin embargo, aunque es sabido que todas son influyentes, no han sido estudiadas en la misma medida, siendo las características asociadas al sistema de distribución las más olvidadas. Existen varios estudios que han constatado la influencia que diferentes características hidráulicas y físicas de los DWDSs (material tubería y velocidad del agua, entre otras) tienen sobre estas comunidades de microorganimos. Sin embargo, salvo en notables excepciones, debido a la complejidad de la comunidad y del entorno estudiado, estas han sido estudiadas individualmente, sin considerar variaciones en el resto de características del sistema. No obstante, este trabajo cubre esta carencia estudiando el efecto que el conjunto de estas características del sistema (hidráulicas y físicas) tienen sobre el desarrollo de biofilm, observando qué ocurre cuando estas variables son estudiadas por separado (hidráulicas vs físicas) y por último, comparando los resultados anteriormente adquiridos. En la primera parte del trabajo se observa si los resultados obtenidos, al estudiar el efecto que
individualmente tienen las características del sistema sobre el desarrollo de biofilm, se mantienen, o no, cuando estas interactúan entre si. Estos resultados se obtienen considerando la variabilidad de funcionamiento y diseño de los DWDSs, asemejándose en mayor medida a las condiciones que encontramos en los sistems de distribución en la vida real. En la segunda parte, se compara el efecto que las variables asociadas al funcionamiento del sistema (hidráulicas) tienen sobre el desarrollo de biofilm respecto a las variables relacionadas con el diseño del mismo (físicas). Se identifica cuál de los dos grupos es más influyente sobre estas comunidades de microorganismos. Esto nos permite discernir si los planes de actuación son más efectivos cuando se interviene sobre la funcionalidad del sistema o cuando se hace sobre su diseño, mejorando de este modo la efectividad y eficiencia de los mismos. Finalmente, se observa si se dan posibles interacciones entre ciertas variables físicas junto con otras determinadas hidráulicas que inhiben o desinhiben la formación de biofilm en los DWDSs. En esos casos somos capaces de identificar las variables involucradas, así como de estudiar la interacción y el proceso que se produce entre ellas. También se pueden detectar posibles paradojas como que el estudio por separado de los dos grupos de variables explique mejor el desarrollo de biofilm en los DWDSs que el estudio conjunto de todas las variables. En todo caso, el conocimiento adquirido en esta última parte del trabajo puede ser muy útil a la hora de elaborar protocolos que ayuden a mitigar el desarrollo de biofilm en estos sistemas, donde, por ejemplo, se promueva evitar, en la medida de lo posible, las combinaciones de características hidráulicas y físicas que favorecen el desarrollo de estas comunidades microbianas y/o viceversa.
El presente trabajo propone el uso de las máquinas de soporte vectorial [1] (SVMs, del inglés, Support Vector Machines) para estudiar la influencia que tienen en el desarrollo de biofilm el conjunto de las características hidráulicas y físicas de los DWDSs que individualmente se sabe son relevantes sobre estas comunidades de microorganismos. La aplicación de las SVM para la clasificación del biofilm usará, de manera separada, las variables físicas y las hidráulicas, tenidas en cuenta en la base de datos [2]. El estudio se completará, como antes ya se ha mencionado, proponiendo un tercer clasificador basado en SVM que considere toda la información disponible. Las SVM se han convertido en una de las herramientas más utilizadas durante los últimos años en el campo del Aprendizaje Automático. Se adaptan a una gran variedad de problemas, como reconocimiento de patrones, regresión, detección de anomalías o clasificación, entre otros. Y ofrecen unos buenos resultados prácticos incluso en problemas complejos. Este trabajo aborda la clasificación de la cantidad de biofilm desarollado en las diferentes tuberías de un DWDS mediante SVM. En tareas de clasificacion, las SVM buscan un hiperplano que separe de manera óptima los puntos de una clase de la otra. Esos puntos han podido ser previamente proyectados a un espacio de dimesionalidad superior, donde se puede hacer uso de algoritmos sencillos (lineales) en la clasificación de problemas complejos. La ventaja de las SVM es que no se hará necesario una expresión explícita de este espacio de características de alta dimensionalidad, para poder llevar a cabo la clasificación. Las SVM clásicas trabajan con una clasificación binaria. En este artículo proponemos hacer uso de clasificaciones multi-clase que nos permitan clasificar el biofilm en las 3 categorías prefijadas por la base de datos: alto, medio y bajo. Esto nos permite determinar qué grupo de características de los DWDSs, físicas o hidráulicas discierne, de manera más satisfactoria, entre los diferentes grados de desarrollo de biofilm, o lo que es lo mismo, cuál de los dos grupos de características de los DWDSs tiene un mayor impacto en el desarrollo de biofilm en estos sistemas.
Con esta investigación se logra una comprensión más profunda de las consecuencias que las condiciones de funcionamiento y el diseño de los DWDSs tienen sobre en el desarrollo de biofilm. El conocimiento obtenido mediante este estudio persigue el desarrollo de una herramienta más compleja de ayuda a la toma de decisiones capaz de predecir qué condiciones de los DWDSs favorecen el desarrollo de biofilm y qué medidas tomar para evitar, en lo posible, la existencia de estas localizaciones de mayor riesgo. De esta manera, se mitigarán de manera más eficiente los problemas derivados del desarrollo de biofilm en estos sistemas, por lo que se conseguirá llevar a cabo una gestión de la calidad del agua y del servicio de los DWDSs más eficiente y efectiva, minimizando así la repercusión sobre el consumidor y aumentando su satisfacción.
[1] Vapnik, V. Statistical Learning Theory, Wiley-Intersicence, New York, 1998.
[2] Ramos-Martínez, E., Herrera, M., Izquierdo, J. & Pérez-García, R. Pre-processing meta-data on biofilm development in drinking water distribution systems. Ecological Modelling, 2013 (submitted).
Actiflo para tratamiento de aguas de tormentas (Tema C) Juan Carlos Rodrigo Alonso
Veolia Water Solutions & Technologies [email protected]
Actiflo® para tratamiento de agua de tormentas
La prevención de la contaminación debida a las aguas de tormentas es actualmente un reto al que hay que hacer frente. Una de las formas habituales de paliar el efecto negativo de estas aguas contaminadas ha sido tradicionalmente el empleo de grandes tanques de tormenta o dicho de otra forma, el empleo de grandes depósitos capaces de amortiguar tan alta variación de caudal en períodos húmedos. A tal efecto Veolia desarrolló hace ya unos años un tratamiento muy compacto y simple, utilizable en esta aplicación, denominado proceso Actiflo®. Este proceso es capaz de trabajar a velocidades de decantación especular tan elevadas como de hasta 120 m/h, lo cual significa el empleo de un área total de tan sólo 0,03 m2 por m3/h de influente tratado. Esto es posible gracias el empleo de un proceso físico-químico de decantación lamelar lastrada con microarena. Frente a otros procesos de decantación, Actiflo® presenta a su vez la ventaja de una elevada rapidez de puesta en marcha: en menos de 15 minutos el proceso está en régimen.
El incremento de urbanización de grandes áreas ha causado grandes trastornos a los cauces receptores. De hecho durante tiempo húmedo se lavan carreteras, techos y pavimentos y lamentablemente es raro encontrar redes separativas de estas corrientes, dándose en la mayor parte de los casos redes unitarias y en consecuencia la llegada al cauce de caudales de agua contaminada altamente cargada en sólidos en suspensión así como algunos otros contaminantes disueltos. Para evitar estos problemas, en general, se proponen dos actuaciones distintas, las cuales pueden combinarse también:
• Construir un gran tanque para almacenamiento del agua en la propia red de alcantarillado urbana. Esta solución además de ser costosa presenta a menudo problemas de decantación, siendo necesaria la limpieza periódica de los residuos allí depositados (arenas y fango) causando en general trastornos medioambientales a la ciudadanía. Así por ejemplo, se estima una necesidad entre 100 y 200 m3 de tanque por hectárea para eliminaciones de SS del orden del 80%.
• La segunda actuación habitual es hacer frente a este caudal en las mismas instalaciones de tratamiento de agua residual donde hay ya desarenadores y tratamientos de fango y olores, generalmente situados en zonas no aledañas a la ciudadanía. Aquí la construcción de grandes tanques puede ser más económica que en las propias ciudades pero aun así considerando los factores punta sigue siendo una obra importante. La solución ideal sería tratar en línea el caudal punta como si se tratara de caudal de agua residual normal. Es aquí donde Veolia ha elegido desarrollar un proceso altamente contrastado por su alta eficacia en otros campos. El proceso combina las ventajas de la decantación lamelar y la floculación lastrada tal y como se describe más abajo. En el caso de situarlo en la propia red de alcantarillado lejos de la correspondiente EDAR, permite aliviar de caudal al alcantarillado devolviendo al mismo la contaminación retenida (decantada) para su procesamiento en la EDAR final.
Una de las opciones tecnológicas empleadas donde la eliminación de SS así como de materia orgánica particulada (DBO5) resulta no ser suficiente mediante el proceso Actiflo®, es la adición en un EDAR con fangos activos, de un tanque de contacto que se incorpora en el tratamiento con el fin de mejorar la eliminación de la DBO soluble del sistema. Este proceso, denominado por Veolia como BioActiflo®, utiliza parte del fango recirculado desde los decantadores en un tanque de contacto donde también recibe parte del caudal excedente que el biológico de fangos activos no es capaz de tratar. El tanque de contacto con una concentración determinada de MLSS (800-1.000 mg/l) permite la toma de materia orgánica soluble. A continuación el proceso Actiflo® se ocupa de conseguir este excepcional efluente: SS< 10 ppm, con eliminaciones de DBO5 TOTAL del 70 al 85%, y de DBO5 SOLUBLE del 60-70%.
Descripción del proceso
El agua residual previamente desbastada es conducida a un primer paso de coagulación donde los coloides son desestabilizados gracias a la sal metálica trivalente empleada. El agua coagulada entra a un segundo tanque donde la floculación es iniciada al adicionar un polielectrolito aniónico. En este paso también se adiciona la microarena que actúa como lastre. Los sólidos en suspensión coagulados son entonces adheridos a la microarena gracias a los puentes formados por la acción del polímero. Las particulares condiciones de mezcla de este último tanque donde puede encontrarse el dispositivo denominado como Turbomix® permite un crecimiento óptimo del flóculo. El dimensionamiento de tanques (tamaño y forma), el diseño de los agitadores, el diseño de los pasos,
las velocidades así como los tiempos de retención hidráulicos han sido optimizadas con el objeto de obtener una gran cantidad de flóculos de elevado peso específico gracias a la microarena presente. De acuerdo a la ley de Stokes estas partículas decantan muy rápidamente en la superficie proyectada de una decantación lamelar, donde tiene lugar una decantación de flujo laminar en contracorriente.
El agua decantada es obtenida a través de canales vertedero para su vertido final. Los flóculos decantados son conducidos a la tolva central de la decantación antes de ser inyectado a los hidrociclones para separación del fango-arena. En este dispositivo la microarena es retornada al sistema, de manera que la pérdida de arena es mínima. El fango es extraído del sistema para su posterior espesamiento. La cantidad retornada de mezcla fango-arena es del orden del 6%.
Figura 1 Esquema del proceso Actiflo® Turbo
La microarena empleada presenta un micraje de 100 a 150 µm. El uso de microarena no es un concepto nuevo, habiendo sido empleado en Europa durante muchos años atrás, consiguiendo manejar los caudales punta durante períodos de lluvia.
Es importante destacar la alta eficiencia del proceso produciendo un efluente clarificado de alta calidad en términos de turbidez y sólidos en suspensión. Existen múltiples plantas que han demostrado conseguir rendimientos superiores al 85% de eliminación de sólidos en suspensión y eliminaciones de DBO5 también del orden del 60%. Estudios publicados han mostrado eliminaciones también del 80 al 90% de fósforo y 15 a 25% de nitrógeno.
El tratamiento presenta una eficiencia de tratamiento del 80 al 98% para los sólidos en suspensión y del 65 al 90% para la materia orgánica (DQO) siendo también efectivo para eliminación de metales pesados si los hubiere.
El proceso Actiflo® como alternativa eficaz al tratamiento de agua de tormentas ofrece además algunas ventajas adicionales:
• El proceso Actiflo® es muy compacto y emplea menos del 10% del volumen requerido por tanques de tormenta convencionales.
• El proceso por su compacidad es en general más económico de instalar. • Se evita una sobrecarga de la planta de agua residual durante los eventos de lluvia. • Se consigue incrementar el caudal de agua influente al tanque de tormentas si lo hubiere.
En cualquier caso es obvio que el proceso Actiflo® requiere más atención de supervisión, operación y mantenimiento que un tanque de tormentas convencional, especialmente si el fango no pudiera ser conducido bien al alcantarillado o bien a la línea de fangos de la correspondiente EDAR. Sin embargo su compacidad así como las enormes ventajas operativas del mismo (rapidez de respuesta) y su capacidad de hacer frente a fuertes variaciones de caudal y carga manteniendo la calidad del efluente, lo hacen sin lugar a dudas una alternativa muy atractiva para la aplicación de la que se está comentando.
Una de las posibilidades de implementación habituales del proceso Actiflo® es ser capaz de tratar el agua de tormentas (CSOs, Combined Sewer Overflows) durante el tiempo húmedo y eliminar por ejemplo algas y fósforo en tiempo seco. Este uso dual dota a la instalación de tal flexibilidad que permite cumplir dos funciones dentro de una EDAR al mismo tiempo.
Así pues, el proceso Actiflo® se presenta como la solución idónea capaz de tratar el agua de tormentas de forma más eficiente que cualquier otro sistema, con menos coste que un sistema convencional y haciendo frente exitosamente a los picos de caudal y carga.
Propuesta de un nuevo criterio de cálculo para el caudal de agua residual urbana.
(C. Agua y ciudad), (D. Estructuras hidráulicas) E. Humberto Sánchez (1), Alberto Casquero (2), Francisco Cubillo (3)
Canal de Isabel II Gestión S.A.
(1) Responsable de uso y gestión eficiente / [email protected]
(2) Ingeniero en la Subdirección I+D+i / [email protected]
(3) Subdirector I+D+i / [email protected]
Para el cálculo de los caudales de agua residual urbana se ha empleado tradicionalmente un porcentaje fijo y único del 80% de retorno del agua suministrada. Este método no es adaptable a las distintas características de los desarrollos urbanos a los que atienden las infraestructuras de saneamiento y depuración, produciendo una incertidumbre sobre la eficiencia en la planificación y dimensionamiento de las mismas.
Existen datos para la comprobación de la bondad del ajuste que proporciona este método extendido de cálculo. Esta comprobación se basa en el contraste de los caudales suministrados a las áreas confinadas y medidas de abastecimiento oportunos, y la medida de caudales de aguas residuales medidos en las entradas de las depuradoras en tiempo seco. Los resultados obtenidos animan a considerar que un cálculo más preciso es posible.
A la vista de lo anterior, se ha estudiado un nuevo criterio para el cálculo de los caudales de agua residual urbana, basado en la diferenciación de los coeficientes de retorno específicos para cada tipo de uso de agua suministrada. Así, este nuevo criterio de cálculo adapta la propuesta de dimensionamiento de las depuradoras a la configuración urbana de su ámbito de influencia.
De igual modo que en el dimensionamiento de infraestructuras de abastecimiento, el caudal total considerado para el agua residual de un área urbana se calculará como agregación de los caudales retornados individuales en cada propiedad que desarrolle su actividad en el área de influencia de la depuradora o red de saneamiento considerada.
Para la validación de aplicabilidad y calibración de la propuesta, se han empleado datos de aguas depuradas en la Comunidad de Madrid, datos de suministro en su red sectorizada de abastecimiento, y el conocimiento adquirido en los estudios de microcomponentes de consumo en usos domésticos y otras experiencias desarrolladas.
La aplicación de este nuevo criterio podría inducir una reducción de hasta el 20% en España en las inversiones en depuradoras.
El objeto final del trabajo apunta a la integración del nuevo criterio en las normas de saneamiento y depuración de los servicios urbanos, en paralelo a los esfuerzos que se realizan en la adaptación y mejora de las normas de abastecimiento.
Estación Regenerada de Agua del Camp de Tarragona para reutilización de agua para usos industriales en el Polo Químico de
Tarragona (Tema: Agua y Ciudad)
Sanz, J.*, Suescun, J.*, Molist, J.**, Rubio, F.***, Salgado, B.**** * Veolia Water Solutions & Technologies Ibérica. Avda. Vía Augusta 3, 08174 Sant Cugat del Vallès, Spain. Email:[email protected] **Agència Catalana de l’Aigua. Provenza 204-208, 08036 Barcelona, Spain. Email: [email protected] ***Aguas Industriales de Tarragona. Doce, s/n, 43100 Bonavista, Spain ****Dow Water and Process-Dow Chemical Iberica. Autovía Tarragona-Salou s/n, 43006 Tarragona. Email: [email protected]
Resumen
El proyecto de la Estación Regeneradora de Agua (ERA) del Camp de Tarragona es un ejemplo emblemático de
cómo una región que puede hacer frente a los problemas de escasez de agua gracias a la reutilización del agua
regenerada procedente de un efluente secundario, como un componente esencial en la gestión integrada de los
recursos de agua.
La nueva ERA del Camp de Tarragona regenera el efluente secundario procedente de las depuradoras de
Tarragona y Vila-Seca y Salou para producir agua que abastece a las industrias del Polo Químico de Tarragona.
La ERA del Camp de Tarragona tiene una actual capacidad de tratamiento de 19.000 m3/d (Fase I), existiendo
planes de ampliación hasta 29.000 m3/d (Fase II) y hasta 55.000 m3/d (Fase III) en próximos años.
Vista parcial de la planta de ósmosis inversa
El agua regenerada y reutilizada por las Industrias del Polo Químico de Tarragona reemplaza al caudal
empleado hasta la fecha procedente del Rio Ebro, liberando así este volumen diario de agua para la población de
la provincia de Tarragona y sus zonas costeras. Gracias a esta nueva fuente de suministro el crecimiento
industrial en zonas con problemas de escasez de agua es posible, permitiendo así un desarrollo sostenible.
Este proyecto ha conseguido reutilizar para las industrias hasta 2.0 hm3 de agua en su primer año de operación.
El objetivo de esta ponencia es explicar el desarrollo de las fases de planificación, diseño, construcción, puesta
en marcha de esta infraestructura hidráulica. Además, la ponencia también abordará los temas de puesta en
marcha, protocolos de mantenimiento de las instalaciones desde la finalización de la construcción hasta la puesta
en servicio y operación de la misma, directrices económicas y de gestión para el suministro de agua regenerada
para torres de refrigeración y agua desionizada en el complejo industrial químico de Tarragona.
Calidad de aguas en tiempo de lluvia. Estudio de una cuenca urbana en la región Mediterránea y calibración de un
modelo hidrológico y de calidad en SWMM5.0 C. Agua y ciudad (1º opción), B. Hidrología y gestión del agua (2ºopción)
Raquel Irene Seco1, Manuel Gómez Valentín1 1 Departamento de Ingeniería Hidráulica, Marítima y Ambiental. Institut FLUMEN-UPC.
Universidad Politécnica de Cataluña.
1 Introducción Las condiciones climáticas en la región Mediterránea se caracterizan por largos periodos secos sin precipitación seguidos de eventos de lluvia de intensidad y volumen significativo. A lo largo de estos extensos periodos secos, se produce el depósito y acumulación progresiva de sólidos sobre las superficies de los núcleos urbanos cada vez más impermeabilizados en la región.
Las condiciones de escorrentía superficial que se producen durante un evento de tormenta pueden provocar la erosión y arrastre de las partículas depositadas a lo largo del periodo seco previo, y su conducción hacia los sistemas de drenaje urbano. Es durante estos eventos cuando grandes cantidades de contaminantes pueden ser movilizados súbitamente, y los sistemas sanitarios urbanos pueden verse superados en su capacidad de conducción y/o tratamiento, originándose vertidos de aguas con altos niveles de sólidos en suspensión, y sin tratamiento previo. Así, los caudales vertidos desde estructuras de alivio denominadas Descargas de Sistemas Unitarios de alcantarillado (DSUs) se reconocen como una de las principales fuentes de contaminación, origen de problemas medioambientales en el medio receptor (Ashley et al., 2004; Butler et al., 2003)
La preocupación por optimizar la gestión de los sistemas de alcantarillado unitario así como el necesidad de reducir el impacto ecológico que producen los vertidos en las aguas naturales receptoras, ha impulsado el interés por desarrollar modelos de evaluación y predicción en tiempo de lluvia, que permitan no sólo la cuantificación en volumen de los vertidos sino también el conocimiento de la distribución temporal y espacial de las emisiones de la contaminación.
El presente trabajo tiene por objetivo la obtención de patrones de calidad específicos del comportamiento de sistemas de saneamiento unitarios influenciados por las condiciones particulares de clima y régimen de precipitaciones de la región Mediterránea (largos periodos secos de acumulación y fuertes precipitaciones), que puedan ser aplicados en estudios predictivos de la evolución de cargas contaminantes en un suceso de lluvia.
El poder contar con información detallada de la evolución temporal de cargas contaminantes en tiempo de lluvia permite por ejemplo, la evaluación de la dinámica de entrada de contaminantes en la estación de tratamiento de aguas residuales, la optimización en el diseño de depósitos de retención y la evaluación del problema real de contaminación por vertidos a medios naturales para el análisis de soluciones entre otros.
2 Metodología y Caso de estudio El área de estudio está situada en la ciudad de Granollers, en la Comunidad autónoma de Cataluña (España). La zona se caracteriza por una fuerte presencia humana (densidad de población media de 4100 hab/km2 y 15000 hab/km2 en área centro) y un área industrial importante. Ambas zonas presentan sus superficies con un grado de impermeabilización significativo que alcanzan el 100% del área en algunos sectores. Las áreas residencial-comercial e industrial se localizan de manera independiente en amabas márgenes del río Congost que atraviesa longitudinalmente la localidad.
2.1 Muestreos y programas de medición
El registro de caudales asociados a sucesos de tormenta, el registro pluviométrico y la recolección de muestras para análisis de calidad fueron realizadas durante el programa de monitorización llevado a cabo entre los meses de Mayo de 2010 a Noviembre de 2011. De ellos se recogió información detallada para los eventos de volumen de precipitación total 10mm registrados en ese periodo, tomándose muestras de agua en los sucesos de lluvia de esas características ocurridos con periodo seco antecedente mayor a dos semanas. Se realizó además la
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caracterización de las aguas residuales tanto en términos de cantidad como de calidad.
El análisis de contaminantes para caracterización de las aguas transportadas por el sistema durante un evento de tormenta se realizó para los parámetros: Sólidos Totales en Suspensión (SST o MES), concentración de Nitrógeno amoniacal (NH4) vinculado al contenido de nutrientes, y Demanda Química de Oxígeno (DQO) como referente de materia orgánica. Las muestras de calidad se tomaron con intervalos variables. La mayor frecuencia de muestreo se estableció para los primeros 15 minutos y luego más espaciados temporalmente hasta las 2 horas, con la idea de poder cuantificar mejor lo que sucede en los primeros minutos de un evento de tormenta y analizar la ocurrencia del fenómeno de primer lavado.
2.2 Modelo en SWMM5. Implementación, calibración y validación
La implementación de una representación del modelo de saneamiento de la localidad en SWMM 5.0 (Storm Water Management Model) permite predecir la evolución de los parámetros de calidad durante eventos de tormenta, considerando los procesos de acumulación y lavado en superficie, y su transporte en el sistema de alcantarillado. El modelo en SWMM 5 permite además incorporar entradas de contaminantes contenido en las aguas residuales o cualquier otra entrada puntual. (Rossman, 2009).
Los datos obtenidos de los programas de monitorización fueron empleados para la calibración y validación de los modelos, hidrológico y de calidad implementados en SWMM 5.0.
3 Resultados Los resultados de la implementación de los modelos de cuenca en SWMM 5.0 muestran en general un buen grado de ajuste entre los registros medidos y los simulados para la evolución de carga sólida y demás contaminantes asociados, así como respecto a la evolución de caudales, volúmenes y pico de los hidrogramas.
Se presentan en la Figura 1 resultados obtenidos para un evento de lluvia particular utilizado en la validación del modelo de la subcuenca de la zona residencia-comercial. En la gráfica se observa un buen ajuste en términos de evolución de la carga sólida. Asimismo puede evidenciarse claramente la ocurrencia del fenómeno de primer lavado (first foul flush), donde altas concentraciones de sólidos, y contaminantes asociados, se observan dentro del flujo de alcantarillado al inicio del suceso de tormenta. En relación a ello puede verse claramente que ante el paso de sólo el 15% del caudal ya se tiene más del 80% de la carga total de sólidos transportada por el agua.
Con los resultados obtenidos podemos concluir que con pocos parámetros de calidad determinados a partir de la calibración y validación de modelos en SWMM 5.0 utilizando datos de campo, es posible obtener con un buen grado de ajuste la evolución de cargas contaminantes en tiempo de lluvia para las condiciones estudiadas. Los parámetros así obtenidos podrán ser utilizados a futuro en la implementación de modelos de calidad predictivos en tiempo de lluvia para aplicación en el sistema estudiado o en sistemas unitarios similares.
Figura 1. Sedimentograma real y simulado mediante SWMM 5.0 y Curvas doble masa acumulada
4 Referencias Bibliográficas
Ashley, R.M., J.-L. Bertrand-Krajewski, T. Hvitved-Jacobsen, and M. a. Verbanck, 2004. Solids in Sewers. Characteristics, Effects and Control of Sewer Solids and Associated Pollutants. Scientific and Technical Report No.14 R. M. Ashley, J.-L. Bertrand-Krajewski, T. Hvitved-Jacobsen, and M. a. Verbanck (Editors). IWA (International Water Association) Publishing. Joint Commitee on Urban Drainage, London.
Butler, D., R. May, and J. Ackers, 2003. Self-Cleansing Sewer Design Based on Sediment Transport Principles. Journal of Hydraulic Engineering 129:276.
Rossman, L.A., 2009. EPA/600/R-05/040. Storm Water Management Model. User’s Manual. Version 5.0. EPA. United States Environmental Protection Agency, Cincinnati.
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Evento del 31/05/2011
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Optimización energética de redes de riego. Caso de estudio
Tema Agua y ciudad Soriano J.; García-Serra J.; Arregui F. Cobacho R.
ITA – Edificio 5C – Universitat Politècnica de València
Camino de Vera s/n. 46022 – Valencia – SPAIN
Tel: +34 96 3879898
La optimización energética de redes de riego, y en general de cualquier red de suministro de agua, parte de una correcta selección de los grupos de bombeo y de una adecuada estrategia de regulación. En la mayoría de instalaciones, el punto de funcionamiento de los citados grupos varía de forma continua atendiendo a los requerimientos de los diferentes puntos de consumo, que a su vez pueden forzar el arranque y paro controlado de las diferentes bombas. En redes de gran tamaño, con modalidades de riego dispares (como pueda ser riego a manta y por aspersión), y con gran variabilidad temporal del consumo, se pueden originar puntos de funcionamiento con una altura aportada excesiva, lo que conlleva a una ineficiencia energética.
Si se opta por la instalación de bombas equipadas con variador, las bombas pueden reducir la altura aportada y se puede mejorar sensiblemente el rendimiento conjunto de la instalación. Pero es muy común que las bombas de velocidad variable acaben funcionando en zonas con rendimientos excesivamente bajos. La operación con bajo rendimiento reduce significativamente la eficiencia de la estación de bombeo, y con ello aumenta considerablemente el consumo energético.
La dificultad generalmente estriba en conocer a priori los puntos de operación de las bombas, condicionados a cada uso o campaña de riego. Disponer de registros de caudal y presión en los hidrantes de riego facilita enormemente el análisis energético de la instalación, y al mismo tiempo puede ayudar a diseñar estrategias de regulación que reduzcan el consumo energético global. A partir de estos registros se puede construir el área de consigna (zona del plano H-Q que contiene todos los puntos en los que deben funcionar los grupos de la EB). Conocida esta área, y equipando varias bombas con variador de frecuencia, es posible programar una estrategia de regulación para que las bombas operen en zonas de rendimiento aceptable, en aras de aumentar la eficiencia energética.
Con el presente estudio se pretende mostrar el procedimiento a seguir para el diseño del sistema de regulación de una estación de bombeo, aplicado a una red de riego de la que se conoce la demanda temporal de cada uno de sus hidrantes durante un año completo en periodos de 1 hora, y los requerimientos de presión en la misma. Asimismo, se compara el consumo energético de ese año para un funcionamiento en las condiciones actuales, con el consumo energético obtenido a partir de un nuevo sistema de regulación utilizando bombas equipadas con variador de frecuencia.