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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
MODELACIÓN MATEMÁTICA DEL SISTEMA
HIDRÁULICO DE LA RED DE AGUA POTABLE
DE LA CIUDAD DE RIOBAMBA
Mathematical Modeling of The Hydraulic System
of The Potable Water Network of The City of Riobamba
1
Chuquín Nelson*,
1
Chuquín Daniel,
1
Miño Gloria,
1
Chuquín Juan,
2
Soriano Javier
1
Grupo de Investigación en seguridad, ambiente y energía. Facultad de Mecánica.
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba - Ecuador.
2
Instituto Tecnológico del Agua. Universidad Politécnica de Valencia.
Valencia - España.
*nelson.chuquin@espoch.edu.ec
R
esumen
A
bstract
Los sistemas de distribución de agua potable constituyen una pieza clave en el bienestar y el desarro-
llo de una población, siendo importante el estudio técnico y minucioso de la misma. El objetivo
del estudio fue desarrollar un modelo hidráulico de la red de abastecimiento de agua potable de la
ciudad de Riobamba, la cual se encuentra distribuido en 9 sectores, misma que suministra el recurso
alrededor de 249.891 habitantes.
El modelo desarrollado que simula el comportamiento de la red se realizó en conjunto con la co-
laboración de la Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de la Ciudad de Riobamba
(EMAPAR). Para determinar la eciencia del modelo se compararon los resultados del modelo de-
sarrollado, con los registrados por la empresa municipal, comprendidos entre los años 2014 y 2015.
El estudio en este sentido es de vital importancia, en vista que constituye una herramienta funcional
para el análisis dinámico de la red de abastecimiento. De este modo se evaluará puntos estratégicos
de la red, donde se evidencia presiones altas en el sistema, mismas que ocasionan fugas en la red
disminuyendo su eciencia volumétrica y aumentando los costos de explotación y distribución del
recurso.
El software empleado para la simulación es EPANET (Rosman, 2002) que es una de las herramientas
más utilizada para la simulación de redes de abastecimiento de agua, el cual permite al usuario llevar
a cabo simulaciones en estado estacionario y en estado dinámico con el n de evaluar el comporta-
miento hidráulico del sistema.
Distribution systems of drinking water are a key element in the well-being and development of a po-
pulation, being important the technical and meticulous study of them. The goal of this study was to
develop a hydraulic model of the water supply network of the Riobamba City, which is distributed in 9
sectors, and supplies the resource around 249,891 inhabitants. The model developed to simulate the be-
havior of the network was carried out in conjunction with the collaboration of the municipal water and
sewage company of the city of Riobamba (EMAPAR). To determine the Model’s efciency, the results
of it, were compared with those of the municipal company between the years 2014 and 2015. The study
Palabras claves: EPANET, modelo, red de simulación, simulación.
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Número 19 Vol. 1 (2018)
in this sense is of vital importance, since it constitutes a functional tool for the dynamic analysis of the
supply network. In this way, strategic points of the network will be evaluated, where high pressures
in the system are evidenced, which cause leaks in the network reducing its volumetric efciency and
increasing the costs of exploitation and distribution of the resource.
The software used for the simulation is EPANET (Rosman, 2002), which is one of the most used tools
for the simulation of water supply networks, this allows the user to carry out simulations in steady state
and in dynamic state with the to evaluate the hydraulic behavior of the system.
Keywords: EPANET, model, simulation network, simulation.
INTRODUCCIÓN
Las redes de distribución de agua son infraestructuras
hidráulicas que están constituidas por bombas, tanques,
reservorios y válvulas. El análisis y modelación a través
de modelos hidráulicos en la actualidad están constitu-
yendo una herramienta conable y ecaz en la toma de
decisiones, además de la creación de diferentes escena-
rios que promuevan en forma conjunta una mejora en el
rendimiento, conabilidad del diseño y ecacia en el su-
ministro de agua potable [1]. Estos modelos son capaces
de determinar la velocidad de los ujos, pérdidas unita-
rias y presiones a lo largo de toda una red para diferentes
escenarios de simulación, tales como la variación de los
niveles de agua en los depósitos o tanques reservorios,
condiciones de las conducciones, esqueletizaciones o ra-
micaciones de la red, entre otras, y esto lo ejecuta resol-
viendo interna y simultáneamente ecuaciones de conser-
vación de masa para cada nodo y relacionando la pérdida
de carga para cada tubería en la red [2].
El análisis y diseño de redes resulta realmente complejo
cuando se tienen redes malladas de abastecimiento como
generalmente ocurre en las metrópolis, sin embargo, el
comportamiento de la red puede ser descrito por medio
de una secuencia de condiciones de estado estacionario,
los cuales resultan determinantes para evaluar la adecua-
ción y sistematización de una red. [3]
En los modelos empleados, las ecuaciones hidráulicas
son conocidos de tal manera que describen los principa-
les parámetros hidráulicos, tales como: caudal, velocidad
y presión de ujo en toda la red de abastecimiento, o ya
sea en los nudos de consumo principales, cuyo desem-
peño será mostrado a través de grácas tabuladas con
objetivos de evaluación [1]. El éxito o fracaso
del modelo, respecto a la eciencia de este, depende di-
rectamente de la estimación, de un análisis implícito de
sensibilidad de los inputs o parámetros de entrada utili-
zados para generar el modelo, así como
también de la calibración y validación
de este [4,5].
Los modelos de redes de suministro de
agua se construyen en función de 2 ele-
mentos importantes que son las líneas y
los nodos, donde cada línea representa
las tuberías del sistema de abastecimien-
to que estarán interconectadas con los
nudos, y cada nudo representa los pun-
tos de consumo de la red [6].
Los nudos de consumo pueden ser de 2
tipos, independientes de la presión (fun-
ción del volumen) y los que son depen-
dientes de la presión, es decir aquellos
donde el suministro de agua depende
de la presión hidráulica disponible, por
esta razón para obtener resultados más
conables los modelos hidráulicos de-
ben incluir fugas que indudablemente se
generan a lo largo de la red de abasteci-
miento [7].
Las fugas representan pérdidas de agua
que es necesario tenerlas en cuenta en la
modelación, dado que una red mal ges-
tionada puede reportar valores superio-
res al 50% del volumen de entrada de
agua al sistema [8-10]. A groso modo,
la pérdida de agua en una red de abas-
tecimiento es difícil de cuanticar y lo-
calizar, sin embargo, para incluirlas en
un modelo hidráulico, generalmente se
considera que esta, puede ser distribui-
da en proporciones iguales en todos los
nodos de consumo que componen la red,
disminuyendo de esta manera la incerti-
dumbre en la modelación [11]. Además,
Fecha de recepción: 03-nov-2017
Fecha de aceptación: 21-may-2018
Revista Científica
ISSN 2477-9105
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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
es importante considerar que las carac-
terísticas hidráulicas varían espacial y
temporalmente en función del patrón de
demandas o de la disponibilidad de re-
curso.
EPANET [12] es una de las herramien-
tas más utilizadas para la simulación de
redes de abastecimiento de agua, este
permite al usuario llevar a cabo simula-
ciones tanto en estado estacionario como
en estado dinámico con el n de evaluar
el comportamiento hidráulico del siste-
ma y la calidad del agua a lo largo de
un período de tiempo en una red de su-
ministro a presión. Este software fue el
empleado para el desarrollo del Modelo
Hidráulico de la Ciudad de Riobamba.
Área de Estudio
La ciudad de Riobamba está situada a
una distancia de 196 Km de Quito (Ca-
pital del Ecuador), se encuentra a una al-
tura de 2.750 msnm, cuenta con 225.741
habitantes (INEC,2010). El con-
sumo promedio mensual de la localidad
se estima en 1.18 Hm3. Por las caracte-
rísticas de la zona y la disponibilidad del
uido la red de distribución se encuen-
tra sectorizada (9 sectores), de tal forma
que se mantiene un control por áreas del
caudal mensual que demanda y consume
cada zona. La particularidad de la red es
la presencia de depósitos atmosféricos
que distribuyen el agua por gravedad.
MATERIALES Y MÉTODOS
La metodología para la elaboración del
modelo hidráulico sigue el proceso que
se ilustra en la Figura.1
Recopilación de datos y
Esqueletización de la red
Los parámetros hidráulicos para la mo-
delación, en lo que respecta a trazado de
la red, diámetros, topología y demandas
urbanas, se fundamenta en el estudio
realizado por Yépez (2014) [13]. Sin
embargo, previo a la carga del modelo la
base de datos fue depurada a través del
Recopilación de información (Base de datos EMAPAR)
MODELO HIDRÁULICO
Validación (Métodos Estadísticos)
Simulación del Modelo (Epanet)
Asignación de consumos registrados y fugas
Esqueletización de la Red (ArcGis-ArcView-Epanet)
Figura 1. Etapas en la elaboración del Modelo
software ArcView y GisRed para localizar posibles fallos
de unión del conjunto tubería – nudo.
Asignación de los consumos y fugas
registradas en cada nudo
Las demandas en los nudos de consumo son fundamenta-
les en las simulaciones, de ellas depende el caudal inyec-
tado y consumido por la red, la uctuación de nivel de los
depósitos, y fundamentalmente la presión disponible en
cada nudo. Con el n de crear un modelo que represente
con mayor exactitud las condiciones reales del sistema,
se consideraron fugas en el sistema y las mismas fueron
analizadas como dependientes de la presión, proponien-
do un coeciente global de fugas y ajustándolo a cada
nudo mediante un valor de longitud ponderada de las tu-
berías [15].
Q
F
= K
f
N
j
i = 1
L
l
= (K
i
)
α
L
l
=
L
i
L
T
(1)
(2)
40
Número 19 Vol. 1 (2018)
En la Ec.1, QF es el caudal de fugas, Kf es el coecien-
te global de fugas, Nj es el número total de nudos en el
modelo, Li es el factor de ponderación de longitud, Pi es
la presión en el nudo i, α es el exponente de fugas (para
este proyecto se considera el valor de 0.5), mientras que
en la Ec.2, Li es el 50 % de la longitud de las tuberías
conectadas al nudo i, L
T
es la longitud total de las tube-
rías del modelo. Los coecientes emisores (Figura.2) fue
determinante para la calibración del modelo y se calculó
multiplicando el factor global de fugas por la pondera-
ción de la longitud de las tuberías conectadas a cada nudo
en particular.
Cálculo factor de ponderación
longitud de tuberías para cada
nudo
Análisis estadístico
Calculo Volumen fugado
Cálculo del coeciente global
de fugas.
P
red
: presión media de la red
Cálculo del coeciente de los
emisores
SIMULACIÓN EPANET
(Caudal Inyectado (l/s)
COMPARACIONES DE
CAUDAL INYECTADO (l/s)
SIMULACIONES
POSTERIORES
VALIDACIÓN
Li =
L
i
2L
T
P
red
K
global
=
Q
fugado
√
C
∈
= Li (K
global
)
Caudal Inyectado vs. Caudal Inyectado
EMAPAR EPANET
Sí
CÁLCULO DEL NUEVO
COEFICIENTE GLOBAL
K
global
= K
vieja
Q
fugado EMAPAR
Q
fugado EPANET
No
Figura 2. Flujograma para el cálculo de los coeficientes
emisores.
Simulación en estado estacionario
y dinámico
La simulación tanto en estado estaciona-
rio como dinámico a través del software
EPANET, permitió observar la evolu-
ción de los caudales, presiones, pérdi-
das unitarias y velocidades a través de
las tuberías y nudos de consumo para
cada zona sectorizada del sistema. En
referencia a la simulación en estado di-
námico, se realizó a escala horaria para
un total de 168 horas.
Validación del Modelo
Los resultados de las simulaciones son
válidos siempre y cuando los datos que
se obtienen del modelo reproducen con
un cierto grado de conanza las carac-
terísticas hidráulicas de la red. Para
dar el modelo como válido se realizó
un análisis de varianza (ANOVA) en
8 puntos estratégicos de la red (1 por
cada sector) a intervalos de medición
de 12 horas (8H00 – 20H00), durante
7 días donde es posible la monitoriza-
ción, registro de caudales y velocidades
en la red. A partir del ANOVA se eva-
luó las medias de las variables hidráuli-
cas (presión, velocidad) en cada sector
considerando que la presión y veloci-
dad media en cada punto de control es
igual a las presiones y velocidades me-
dias de los datos obtenidos del modelo
(hipótesis nula).
Además, con el objeto de fortalecer el
análisis de varianza y validar la efecti-
vidad del modelo hidráulico, se realizó
la prueba de rangos múltiples (Test LSD
Fisher) para determinar las diferencias
de medias posibles, la homogeneidad y
valoración de los datos respecto al um-
bral de velocidades y presiones medias
registradas en el sistema. En los dos
casos se estableció un intervalo de con-
anza del 95%.
Revista Científica
ISSN 2477-9105
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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Presiones en la Red
Las mediciones in situ empleadas para
la comparación y validación del modelo
se realizó en 9 puntos estratégicos de la
red en función de la accesibilidad a los
puntos de monitorización. En la Tabla
1 se muestra el análisis de varianza, se
acepta la hipótesis nula con un intervalo
de conanza del 95%, como se eviden-
cia en cada punto monitoreado (P2, P4,
P6, P8, P10, P12, P14, P16, P18) el valor
de P en todos los casos fue mayor a 0.05,
por tanto, estadísticamente no existe una
diferencia signicativa entre las medias
de los datos monitoreados en la red y lo
Sector
Punto
Monitoreado
Fuente
Suma de
Cuadrados
Gl
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
Tratamiento P2
Entre grupos 131.508 1 131.508
3.08 0.081Intra grupos 7687.44 180 42.708
Total (Corr) 7818.95 181
Tapi P4
Entre grupos 2.69218 1 2.69218
0.21 0.6492Intra grupos 2334.37 180 12.9687
Total (Corr) 2337.06 181
Recreo P6
Entre grupos 16.3599 1 16.3599
2.53 0.1137Intra grupos 1165.84 180 6.47687
Total (Corr) 1182.2 181
Carmen P8
Entre grupos 9.61848 1 9.61848
2.33 0.1288Intra grupos 743.667 180 4.13149
Total (Corr) 753.286 181
Saboya P10
Entre grupos 75.7298 1 75.7298
2.87 0.092Intra grupos 4750.08 180 26.3893
Total (Corr) 4825.81 181
Maldonado P12
Entre grupos 58.0936 1 58.0936
3.73 0.0549Intra grupos 2800.1 180 15.5561
Total (Corr) 2858.19 181
Veranillo P14
Entre grupos 49.3812 1 49.3812
3.69 0.0564Intra grupos 2411.27 180 13.3959
Total (Corr) 2460.65 181
Piscin P16
Entre grupos 10.9227 1 10.9227
3.13 0.0786Intra grupos 628.381 180 3.491
Total (Corr) 639.303 181
Yaruquíes P18
Entre grupos 45.5112 1 45.5112
2.91 0.0897Intra grupos 2814.31 180 15.635
Total (Corr) 2859.82 181
Tabla 1. ANOVA (Presión: Registradas - EPANET)
simulados en EPANET con un nivel de signicancia del
5%.
En la Tabla 2 y Figura.3, la prueba de rangos múltiples
además corrobora la homogeneidad de los datos com-
parados, no existe según los resultados del análisis una
diferencia signicativa entre los conjuntos de datos, el
método empleado fue el de diferencia mínima signica-
tiva (LSD) con el cual hay un riesgo del 5% al decir que
los pares de datos obtenidos de EPANET son signicati-
vamente diferentes a los datos registrados en la red en los
puntos de control.
El análisis de presiones deduce que el modelo desarro-
llado reproduce con un bajo grado de incertidumbre el
comportamiento real de la red de suministro. Los resul-
tados de la simulación indican que existen ciertos secto-
res donde se tienen valores superiores a 50 mca (Nudos
Rojos – Figura.4), presiones excesivamente altas, que
podrían ocasionar suras en la red, lo cual aumentaría
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Número 19 Vol. 1 (2018)
Sector Punto Registro Casos Media (mca) Grupos Homogéneos Diferencia +/- Límites
Tratamiento
P2-EPANET 91 83.9 X
-1.70008 1.91173
P2-Observado 91 85.6001 X
Tapi
P4-EPANET 91 50.1294 X
-0.243246 1.05347
P4-Observado 91 50.3727 X
Recreo
P6-EPANET 91 36.9003 X
0.599631 0.744484
P6-Observado 91 37.4999 X
Carmen
P8-EPANET 91 19.8 X
0.459777 0.594602
P8-Observado 91 20.2598 X
Saboya
P10-EPANET 91 54.9499 X
1.29011 1.50275
P10-Observado 91 56.2401 X
Maldonado
P12-EPANET 91 51.9501 X
1.12995 1.15378
P12-Observado 91 53.08 X
Veranillo
P14-EPANET 91 35.9818 X
1.04178 1.07068
P14-Observado 91 37.0236 X
Piscin
P16-EPANET 91 25.83 X
0.489959 0.546573
P16-Observado 91 26.32 X
Yaruquíes
P18-EPANET 91 61.5999 X
1.00012 1.1567
P18-Observado 91 62.6001 X
Tabla 2. Prueba de Rangos Múltiples (P-Registradas y P-EPANET)
Media
87
86
85
84
83
Media
20,6
20,2
19,8
19
37,5
37
36,5
36
35,5
Media
Media
51
50,6
50,2
49,8
57
56,5
56
55,5
55
54,5
54
Media
Media
26,6
26,2
25,8
25,4
Media
38
37,6
37,2
36,8
53,5
53
52,5
52
51,5
Media
63
62,6
62,2
61,8
61
Media
P2-EPANET P2-Observado
P8-EPANET P8-Observado
P14-EPANET P14-Observado
P4-EPANET P4-Observado P6-EPANET P6-Observado
P10-EPANET P10-Observado P12-EPANET P12-Observado
P16-EPANET P16-Observado P16-EPANET P16-Observado
Figura 3. Medias (95% de Fisher LSD)
Revista Científica
ISSN 2477-9105
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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
el volumen de agua fugado. Además, el
modelo señala que existen puntos donde
se tienen presiones del rango de 0 a 15
mca (Nudos Azules – Figura.4), siendo
20 mca la presión recomendada por la
AWWA (The American Water Works
Association) para evitar posibles intru-
ciones patógenas y la consecuente con-
taminación del agua [15].
Estudio de velocidades
La validación de las velocidades del
agua en la red se realizó en función de la
velocidad media en la tubería principal
de cada sector. El análisis de varianza
indicó que no existe una diferencia sig-
Figura 4. Presiones en la red (Modelo EPANET)
nicativa entre las velocidades medias (valores de P >
0.05) registradas en la red y las obtenidas con el mode-
lo de EPANET (Tabla 3). En la Tabla 4 se especica la
media para cada par de datos y en la misma se detallan
intervalos de medida (LSD) bajo las cuales las medias se
solaparán el 95% de las simulaciones realizadas.
La validación del modelo y la simulación extendida pos-
teriori, mostró que el agua en la red adquiere velocida-
des del rango (0 – 3 m/s), evidenciándose además que
la mayor parte de la red en determinadas horas (baja de-
manda) la velocidad adquiere valores por debajo de 0.10
m/s (Líneas Azules – Figura.5), causando efectos contra-
producentes en el funcionamiento ideal del sistema, dado
que en estas condiciones se favorece la sedimentación de
partículas y la acumulación de biolm en las paredes de
las tuberías en el caso que existan averías en la red. Ade-
más, estas velocidades bajas promueven el aumento de
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Número 19 Vol. 1 (2018)
Sector
Punto
Monitoreado
Fuente
Suma de
Cuadrados
Gl
Cuadrado
Medio
Razón-F Valor-P
Tratamiento P2
Entre grupos 0.00309066 1 0.00309066
0.1 0.7505Intra grupos 5.48748 180 0.030486
Total (Corr) 5.49057 181
Tapi P4
Entre grupos 0.00284835 1 0.00284835
0.08 0.773Intra grupos 6.14434 180 0.0341352
Total (Corr) 6.14719 181
Recreo P6
Entre grupos 0.0121984 1 0.0121984
0.41 0.524Intra grupos 5.3873 180 0.0299294
Total (Corr) 5.3995 181
Carmen P8
Entre grupos 0.00184835 1 0.00184835
0.03 0.8648Intra grupos 11.4472 180 0.0635955
Total (Corr) 11.449 181
Saboya P10
Entre grupos 0.00106374 1 0.00106374
0.01 0.911Intra grupos 15.275 180 0.084861
Total (Corr) 15.276 181
Maldonado P12
Entre grupos 0.00184835 1 0.00184835
0.03 0.8633Intra grupos 11.1942 180 0.0621899
Total (Corr) 11.196 181
Veranillo P14
Entre grupos 0.00406374 1 0.00406374
0.13 0.7159Intra grupos 5.50665 180 0.0305925
Total (Corr) 5.51071 181
Piscin P16
Entre grupos 0.000494505 1 0.000494505
0.01 0.9089Intra grupos 6.78294 180 0.037683
Total (Corr) 6.78344 181
Yaruquíes P18
Entre grupos 0.107829 1 0.107829
3.18 0.0763Intra grupos 6.10731 180 0.0339295
Total (Corr) 6.21514 181
Tabla 3. ANOVA (Velocidades Medias: Registradas - EPANET)
tiempo de residencia del agua en la red, disminuyendo en
este sentido la eciencia de la desinfección (pérdida de la
calidad del agua) como consecuencia de la degradación
del cloro en la red.
Las velocidades bajas tienen lugar por la existencia de
tuberías sobredimensionadas (400 – 600 mm), en cuan-
to a las velocidades máximas (Líneas Amarillas – Figu-
ra.5), de acuerdo con el análisis en período extendido se
observan valores por encima de 1.5 m/s en horas donde
(8H00, 13H00, 20H00) se tienen picos de caudales por
las altas demandas, causando en este aspecto importan-
tes pérdidas de carga en forma de energía.
Estudio de pérdidas unitariias
Este análisis permitió localizar aquellas tuberías que ac-
túan como cuellos de botella disispando energía. Se ha
elegido un factor de referencia (4mca/
km) para determinar si las conducciones
generan importantes pérdidas de carga.
El análisis en la Figura.6, junto con los
resultados que se detallan en la Tabla
5, muestra que existen sectores (Trata-
miento, Tapi, Recreo, Veranillo, Piscin)
donde las pérdidas unitarias son despre-
ciables, del orden de 0 - 2mca (Líneas
Azules – Figura 6), mientras que en
otras (Saboya, Maldonado) se identi-
ca pérdidas superiores a los 4 mca/km
(Líneas Rojas – Figura.6) que deben ser
analizadas periódicamente ya que pue-
den afectar drásticamente las condicio-
nes de funcionamiento y generar fallos
indeseables en el sistema de abasteci-
miento.
Revista Científica
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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
Sector
PUNTOS DE ME-
DICIÓN
Casos Media (m/s)
Error Estándar
(s agrupada) Límite inferior Límite superior
Tratamiento
Vel.P2- EPANET 91 0.427582 0.0183033 0.402044 0.453121
Vel.P2- Observada 91 0.435824 0.0183033 0.410286 0.461363
Total 182 0.431703
Tapi
Vel.P4- EPANET 91 0.77989 0.0193678 0.752866 0.806914
Vel.P4- Observada 91 0.771978 0.0193678 0.744954 0.799002
Total 182 0.775934
Recreo
Vel.P6- EPANET 91 0.548352 0.0181355 0.523047 0.573656
Vel.P6- Observada 91 0.531978 0.0181355 0.506674 0.557282
Total 182 0.540165
Carmen
Vel.P8- EPANET 91 1.20143 0.0264358 1.16454 1.23831
Vel.P8- Observada 91 1.19505 0.0264358 1.15817 1.23194
Total 182 1.19824
Saboya
Vel.P10- EPANET 91 1.46066 0.0305375 1.41805 1.50327
Vel.P10- Observada 91 1.45582 0.0305375 1.41322 1.49843
Total 182 1.45824
Maldonado
Vel.P12- EPANET 91 1.17989 0.026142 1.14341 1.21637
Vel.P12- Observada 91 1.17352 0.026142 1.13704 1.20999
Total 182 1.1767
Veranillo
Vel.P14- EPANET 91 0.487582 0.0183352 0.461999 0.513165
Vel.P14- Observada 91 0.478132 0.0183352 0.452549 0.503715
Total 182 0.482857
Piscin
Vel.P16- EPANET 91 0.75989 0.0203494 0.731497 0.788283
Vel.P16- Observada 91 0.756593 0.0203494 0.7282 0.784987
Total 182 0.758242
Yaruquíes
Vel.P18- EPANET 91 0.795275 0.0193094 0.768333 0.822217
Vel.P18- Observada 91 0.746593 0.0193094 0.719651 0.773536
Total 182 0.770934
Tabla 4. Análisis de medias de las velocidades Registradas y Simuladas
Conclusiones
El presente estudio aplica un modelo
hidráulico para el análisis del funciona-
miento de la red de abastecimiento de
agua potable de la ciudad de Riobamba.
A partir del análisis estadístico de va-
rianza, comparación de medias y prueba
de rangos múltiples se da como validado
el modelo desarrollado, en vista que los
principales parámetros hidráulicos (pre-
sión, velocidad) reproducen con un in-
tervalo de conanza del 95% las condi-
ciones bajo las cuales opera el sistema.
El análisis en período extendido reveló
que existen problemas de gran enver-
gadura en la distribución del uido. El
estudio de las presiones en el sistema evidenció una uc-
tuación importante de la presión en el rango de 0 a 85
mca, si bien es cierto la presión que garantiza un fun-
cionamiento adecuado es de 20 mca, presiones por enci-
ma de los 50 mca generan sobrepresiones en el sistema
que promueven la generación de suras y la consecuente
aparición de fugas incontroladas en la red que aumentan
el volumen fugado dentro de la instalación, ocasionando
pérdidas en rendimiento volumétrico de la red y parale-
lamente pérdidas económicas importantes por el mal uso
del recurso hídrico. Por otro lado, las depresiones que se
observan en el sistema son presiones cercanas a 0 mca, lo
que puede facilitar la intrusión patógena en el caso que el
sistema este próximo a los colectores de aguas residua-
les, causando un fuerte impacto en la calidad microbio-
lógica del agua, que a posteriori causan la formación de
subproductos de cloración (productos cancerígenos), al
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Número 19 Vol. 1 (2018)
Figura 5. Velocidades mínimas y máximas (Modelo EPANET)
Revista Científica
ISSN 2477-9105
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Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
Figura 6. Pérdidas de carga unitarias de las conducciones (mca/km)
Hora Tratamiento Tapi Recreo Carmen Saboya Maldonado Veranillo Piscin Yaruquíes
8:00 0.41 1.42 0.69 1.83 5.3 4.3 0.34 1.3 1.97
9:00 0.45 1.58 0.75 2.15 5.4 4.6 0.39 1.49 2.19
10:00 0.50 1.78 0.86 2.56 4.2 3.8 0.39 1.73 2.46
11:00 0.55 2.02 0.97 3.07 3.9 3.7 0.45 2.03 2.82
12:00 0.59 2.2 1.06 3.43 3.85 2.9 0.51 2.24 3.06
13:00 0.61 2.27 1.1 3.58 5 5.2 0.51 2.33 3.16
14:00 0.57 2.09 1.01 3.2 4.8 4.9 0.51 2.11 2.91
15:00 0.46 1.61 0.78 2.21 3.5 4.7 0.39 1.53 2.23
16:00 0.39 1.32 0.65 1.64 3.2 3.6 0.28 1.19 1.82
17:00 0.36 1.19 0.56 1.39 3.6 4.1 0.28 1.03 1.64
18:00 0.36 1.19 0.56 1.39 3.7 4.6 0.28 1.03 1.64
19:00 0.38 1.29 0.62 1.59 4.8 5.2 0.28 1.16 1.79
20:00 0.42 1.46 0.71 1.92 5.2 4.9 0.34 1.35 2.02
Promedio 0.47 1.65 0.79 2.30 4.34 4.35 0.38 1.58 2.29
Tabla 5. Pérdidas de carga de las conducciones principales de la Red
48
Número 19 Vol. 1 (2018)
reaccionar con el cloro residual de la red si el problema
no es controlado.
Además, respecto a las velocidades se ha observado que
en varias zonas de la red donde posiblemente existe un
sobredimensionamiento de las tuberías, se desarrollan
velocidades por debajo de los 0.10 m/s, lo cual para un
sistema de abastecimiento urbano no es lo recomendable,
dado que origina paralelamente la sedimentación y adsor-
ción de partículas en las paredes de las tuberías causando
progresivamente la disminución del área de ujo y conse-
cuentemente el aumento de las pérdidas totales de carga.
Al mismo tiempo, las velocidades bajas estarán asociadas
indirectamente a la disminución de la calidad del agua en
la red, dado que la degradación del cloro (proveniente de
la desinfección) es proporcional al tiempo de residencia
del agua en la red, la concentración de
cloro puede adoptar valores por debajo
de 0.2 mg/lt (valor recomendado por la
Organización Mundial de la Salud para
garantizar la inactivación de organismos
patógenos causante de enfermedades
gastrointestinales), ocasionando a poste-
riori problemas de salud en los usuarios.
Un proyecto de investigación futuro
será desarrollar un modelo para evaluar
la evolución de cloro en la red y la pér-
dida de calidad en el sistema tanto en
los depósitos de cabecera, como en los
depósitos privados instalados por los
usuarios.
R
eferencias
1. Kara, S., Karadirek, I. E., Muhammetoglu, A., & Muhammetoglu, H. (2016). Hydraulic Modeling of
a Water Distribution Network in a Tourism Area with Highly Varying Characteristics. Procedia Enginee-
ring, 162, 521-529.
2. Muranho, J., Ferreira, A., Sousa, J., Gomes, A., & Marques, A. S. (2014). Pressure-dependent demand
and leakage modelling with an EPANET extension–WaterNetGen. Procedia Engineering, 89, 632-639.
3. American Water Works Association, Analysis, and Design of Water Distribution Systems.
4. Sarría, F., & Palazón, F. (2008). Estimación de parámetros, validación de modelos y análisis de sensibi-
lidad. Modelización de sistemas ambientales. Modelización de sistemas ambientales.
5. Rondán Galán, E. (2016). Estado del arte de la calibración de modelos hidráulicos. Modelado de fugas
con Epanet.
6. Caballero, D. (2016). Modelado y simulación de la calidad de agua en una red de abastecimiento mu-
nicipal: implementación y validación en el municipio de Alcantarilla.
7. Germanopoulos, G. (1985). A technical note on the inclusion of pressure dependent demand and leaka-
ge terms in water supply network models. Civil Engineering Systems, 2(3), 171-179.
8. N. Trifunovic, S. Sharma, A. Pathirana, Modelling leakage in distribution system using EPANET, in:
Proceedings IWA International Conference WaterLoss2009, Sao Paolo, 2009, pp. 482–489.
9. T. Walski, D. Chase, D. Savic, W. Grayman, S. Beckwith, E. Koelle, Advanced Water Distribution Mo-
delling and Management, rst ed., Bentley Institute Pre., London, 2007.
10. V. Kanakouidis, S. Tsitsii, P. Samaras, A. Zouboulis, Assessing the performance of urban water ne-
tworks across the EU Mediterranean area: The paradox of high NRW levels and absence of respective
reduction measures, Water Sci. Technol. Water Supply 13 (2013) 939-950.
11. A. Bakogiannis, A. Tzamtzis, Modeling of district metered areas with relatively high leakage rate, The
case study of Kalipoli’s DMA, in: Proceedings of international conference on hydroinformatics, CUNY
Academic Works., 2014.
12. ROSSMAN, L. EPANET, Users Manual. Cincinnati: Water Supply and Water Resources Division,
United States Environmental Protection Agency, 2002.
13. Yepez, (2014). Sistema de información geográca (SIG) de predios, acometidas, tuberías y accesorios
para la Empresa Pública Empresa Municipal de agua potable y alcantarillado de Riobamba (EP-EMA-
PAR), Ecuador
Revista Científica
ISSN 2477-9105
49
Chuquin N, Chuquin D., Miño, Chuquin J., Soriano
14. Almandoz, J., Cabrera, E., Arregui, F., Cabrera Jr, E., & Cobacho, R. (2005). Leakage assessment
through water distribution network simulation. Journal of water resources planning and management.
.15. Mays, L. W. (2000). Water distribution systems handbook. McGraw-Hill. Retrieved from https://
www.accessengineeringlibrary.com/browse/water-distribution-system-handbook