Aplicación informática del programa EPANET en el diseño y evaluación de proyectos de agua potable y saneamiento
I.
Introducción
El presente trabajo tiene por objetivo mostrar la
aplicación informática del programa EPANET
en la resolución de problemas hidráulicos
relacionados con las redes de distribución de aguas
potable, tanques de almacenamiento, potabilización del
agua, sistemas de tuberías de alcantarillados sanitarios,
tratamientos de aguas residuales y tanques sépticos. A
partir de esto, se aportan elementos de interés para
aquellos lectores involucrados directamente con el tema en
Nicaragua, países de latinoamerica y demás naciones
del mundo. El tema se propuso por la disponibilidad de datos, es
un área del conocimiento de interés para ingenieros
hidráulicos, hidrólogos, hidrogeólogos,
especialista en agua y saneamiento, y personas en general que
gusten de estos tópicos. Igualmente, se ofrece a
través de este documento un complejo didáctico para
el estudio y conocimientos de la hidráulica aplicada.
Igualmente, se ha desarrollado este tema para conmemorar el 22
de marzo como día internacional del agua, como
elemento básico en el desarrollo sostenible de nuestro
país, y nuestra existencia como seres humanos.
Con los resultados obtenidos se contribuye a la
gestión efectiva del recurso hídrico; a la
educación ambiental de los ciudadanos. Igualmente, se
aportan elementos importantes para el manejo y
administración del agua potable en urbanizaciones
actuales; y la generación de conocimiento novedosos y
provechosos en esferas científicas, sociales y
económica del país. Con ello se ofrece una mayor
seguridad ante problemas sanitarios serios.
El trabajo fue desarrollado por especialista en
Diseño y Evaluación de Proyectos de Agua potable y
Saneamiento mencionado en la sección de la portada del
presente trabajo.
A lo largo de las páginas siguientes,
tratarán de sintetizarse los aspectos básicos que
han fundamentado el trabajo. Ya conocido esto, damos pues inicios
al proceso previamente mencionado.
II.
Desarrollo
Hoy en dia, los problemas hidráulicos con que nos
encontramos habitualmente exigen la aplicación de los
mejores programas de cómputo para explicar y pronosticar
el comportamiento de sistemas naturales en que intervienen
diversos factores que influyen en todo esto.
Entre unos de los programas informáticos
mayormente usados es el EPANET, el cual se emplea para el
análisis y solución de problemas
hidráulicos, para mencionar algunos ejemplos, e
diseño y evaluación de redes de distribución
de agua potable; potabilización del agua; ubicación
de tanque de almacenamiento; diseño de tubería de
alcantarillados sanitarios; análisis pertinente para el
tratamiento de aguas residuales y ubicación de tanque
sépticos.
El EPANET, permite realizar simulaciones de
periodos prolongados (uno o varios días) del
comportamiento hidráulico y de la evolución de la
calidad del agua en redes de suministro a presión. Una red
puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de
tuberías), bombas, válvulas y depósitos de
almacenamiento o embalses.
EPANET modeliza un sistema de distribución
de agua como un conjunto de líneas conectadas a los nudos.
Las líneas representan tuberías, bombas o
válvulas de control. Los nudos representan puntos de
conexión entre tuberías o extremos de las mismas,
con o sin demandas (nudos de caudal), y también
depósitos o embalses.
En la Figura No.1, se muestra cómo se
interconectan todos los elementos que componen una red de
distribución de agua potable. Con flechas azules y negras,
se indica la orientación y dirección del flujo; y
la magnitud de las variables hidráulicas determinadas
(velocidad y presión del fluido analizado).
Figura No. 1. Vista de tratamiento de datos
hidráulicos usando EPANET.
En la Figura No.2, se muestra en vista de planta, el
trazado de una red de distribución de agua desarrollado
para un área de la Paz, Carazo apoyado de EPANET, y
AutoCad 2012. En la figura, se indica el punto de acople del
sistema; los puntos nodales; posición del tanque de
almacenamiento; y la ubicación de hidrante para la entrega
efectiva de agua personas ocupantes de 151 viviendas beneficiadas
por el proyecto.
Figura No.2. Plano de sistema de
abastecimiento de agua, y elementos conexos que componen la red
evaluada.
Por otro lado, Obsérvese en Figura No.3.,
la relación de variables hidráulicas evaluadas para
un sistema de red de agua potable usando EPANET, en donde
interviene la altura y la velocidad, y características del
flujo en los nodos que interconectan con las viviendas
beneficiadas en la Paz, Carazo, siendo el punto de acople del
sistema el No. 100 en color rojo en el
esquema.
Figura No.3. Esquema de red de agua
potable aplicando EPANET en la Paz, Carazo.
En el esquema del sistema que se muestra en la Figura
No.4, se indican el desarrollo de un sistema de
tuberías de alcantarillados sanitarios que se compone de
cotas de elevación; sistema y longitudes de
tuberías de distribución de aguas; punto de acople;
y lotes beneficiados por red de abastecimiento; y pozos de visita
sanitarios (PVS). En color celeste, se indica red de
tubería de alcantarillados.
Figura No.4. Elementos que componen la red de
tuberías de alcantarillados sanitarios construidas en un
área de la Paz, Carazo a escala detalle apoyado de
EPANET, y AutoCad versión 2012.
III.
Conclusiones
A continuación se recogen las conclusiones
más relevantes que se pueden extraer del tratamiento de
datos obtenidos en este trabajo. Como consecuencia de esto,
también se ratifica la necesidad de estudios futuros en
líneas vinculados con el diseño y evaluación
de proyectos de agua potable y saneamiento. En breve se presentan
conclusiones importantes:
– El EPANET, es un programa de ordenador que nos permite
realizar la simulación del trazado y distribución
de red de agua potable de un área geográfica con
miras de garantizar el consumo efectivo del vital líquido
y su disponibilidad a tiempo completo; así mismo,
disminuir problemas sanitarios serios en urbanizaciones, zonas
rurales y áreas urbanas. Por mencionar algunos datos, a
través de este programa podemos determinar el Consumo
Promedio Día Total (CPDT); el Consumo Máximo Hora
(CMH); y Consumo Máximo Día (CMD).
– A su vez, la aplicación del EPANET, nos permite
modelar espacialmente, la ubicación del tanque de
almacenamiento ajustado a las dimensiones y volúmenes
calculados (volumen de compensación; un volumen de
emergencia; y finalmente, un caudal contra incendio y
diámetro estimada en el tanque).
– Igualmente, con el análisis hidráulicos
de redes de distribución de agua potable, se nos permite
con el empleo del EPANET, la posibilidad de proponer las
condiciones de diseños del sistema en función de su
variables como por ejemplo, altura, velocidad y presión.
Todo ello, encaminado a garantizar la entrega efectiva del agua
en nodos propuesto para lotes urbanos que conforman un
área en particular.
– Por otro lado, El EPANET, nos permite averiguar, si un
sistema de tubería de alcantarillado sanitario drena por
gravedad en función de la pendiente del terreno; velocidad
del flujo; longitudes de tuberías, así como
representar espacialmente los sitios de excavación y pozos
de caída que tienen mejoras en la pendiente.
– Con el conocimiento de la topografía y la
ubicación de pozos de caída apoyado no solo de
EPANET, sino también de AutoCad 2012, se satisface con los
resultados del análisis hidráulicos con estos
programas de cómputos variables evaluadas.
Cumpliéndose así con normas del Instituto
Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA), y
normas de velocidad y diámetro de tuberías
según lo que establece las regulaciones
vigentes.
IV.
Recomendaciones
– Con los resultados del análisis
hidráulico con EPANET, los constructores y urbanizadores
pueden trazar y diseñar mejor la red de
distribución de agua potable en un área su
abastecimiento en tiempo y forma en zonas urbanas y áreas
rurales, así como, la disponibilidad completa del vital
líquido.
– El EPANET, ofrece criterios de diseños, que
pueden contraponerse con las normas técnicas propuestas
por el Instituto Nicaragüense de Acueductos y
Alcantarillados (INAA) en función de las
características y mediciones planteadas en nuestro
diseño. Todo ello, con vista a garantizar el suministro y
consumo de agua potable en forma efectiva; así como
contribuir al desarrollo de actividades humanas de primer orden
en un área específica.
– Considerar el EPANET, para la ubicación
adecuada tanques de almacenamiento, no afectando la
disponibilidad de agua potable en sitios puntuales de área
urbanizada.
– Con el trabajos de ingeniería que se realicen
in situ, puede irse actualizando los datos y planos elaborados
con el EPANET, a fin de ofrecer un mejor seguimiento y monitoreo
de las variables hidráulicas evaluadas (altura y
velocidades de los flujos de agua; orientación y
dirección del agua; características del sistema de
tuberías; condiciones del terreno, y otros). Permitiendo
medir y evaluar por ejemplo, la calidad química de aguas
de consumo, y a su vez, se abona a la salud pública y
problemas sanitarios que se generen de la falta de sistema de
alcantarillado, o sobresaturación de los
mismos.
– Por otro lado, con los resultados del EPANET,
según se estime conveniente, se pueden instalar
válvulas de presión en aquellos puntos de alta
inestabilidad de acuerdo con criterios de diseños
hidráulicos evaluados.
– Tomar en cuenta el EPANET para identificar desniveles
del terreno entre las casas (ubicadas en puntos más altos)
con relación a la ubicación del sistema de
tratamiento de agua natural, y la altura que ocupa el tanque
séptico en el terreno, los cuales estarán
interconectados por este sistema de tuberías de
alcantarillados sanitarios.
– Con los resultados del EPANET, los constructores y
urbanizadores pueden diseñar y evaluar el sistema de
tuberías de alcantarillados más óptimo y
viable previo a ejecutar los trabajos de ingeniería. Con
ello se podrá acceder a la posibilidad de
interconexión por sus beneficiarios desde sus casas en
tiempo y forma
– Por otra parte, EPANET, les ofrece criterios de
diseños desarrollados para un sistema de tuberías
de alcantarillados sanitarios que se puede corroborar con normas
técnicas del
Instituto Nicaragüense de Acueductos y
Alcantarillados (INAA). Con vista a garantizar el normal
funcionamiento del sistema, y el desarrollo de actividades
sanitarias intrínsecas a estos dentro de un área en
particular.
– En EPANET, se recomienda dar seguimiento y monitoreo
luego de iniciado los trabajos de ingeniería para evitar
problemas sanitario en el sistema de tubería de
alcantarillado sanitario. Para mencionar algunos modelos que
pueden monitorearse son por ejemplo, Qmax (Caudal
Máximo); Qprom (Caudal Promedio);
Qdiseño (Caudal de Diseño), condiciones del
terreno, y otros.
Autor:
Tupak Ernesto Obando Rivera
Consultor en agua potable y saneamiento,
geólogo, y gestor ambiental.
Managua, Marzo del 2012