Sectorización en Redes AP Mexico

Subdireccin General de Infraestructura Hidrulica Urbana

SECTORIZACINenenredesredesdedeaguaaguapotablepotable

Gerencia de Estudios y ProyectosGerencia de Estudios y Proyectos

octubre, 2006

SECTORIZACINenredesdeaguapotable

Gerencia de Estudios y Proyectos octubre - 2006

ANTECEDENTESANTECEDENTES

Gerencia de Estudios y Proyectos


Uno de los principales problemas que tiene un sistema de abastecimiento de agua potable es su

baja eficiencia operativa.

La mayorLa mayora de los prestadores a de los prestadores de los servicios requieren de los servicios requieren mejorar el servicio, tanto en mejorar el servicio, tanto en volumen suministrado como en volumen suministrado como en presipresin de entrega.n de entrega. Lamentablemente, no Lamentablemente, no

siempre se trabaja en el siempre se trabaja en el orden adecuado y las orden adecuado y las inversiones no reflejan los inversiones no reflejan los beneficios esperados.beneficios esperados.


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Las redes de suministro difcilmente logran distribuir uniformemente el agua, lo que da lugar a los tandeos; primero se abastecen algunas zonas y despus a otras, lo que se traduce en que los usuarios pueden estar sin servicio varias horas, o varios das.

La sectorizaciLa sectorizacin aparece como una n aparece como una alternativa que permite dividir las alternativa que permite dividir las grandes redes de distribucigrandes redes de distribucin en n en sectores aislados que faciliten su sectores aislados que faciliten su

operacioperacin y control.n y control.


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Con esto en mente, se Con esto en mente, se ha decidido elaborar un ha decidido elaborar un cuadernocuaderno que permita que permita

transmitir conceptos transmitir conceptos bbsicos sobre el tema.sicos sobre el tema.

La sectorizacin se ha puesto de moda,y son muchos los organismos que

la quieren.en redes de agua potable


SECTORIZACIN

2006

DOCUMENTODOCUMENTO


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No pretende ser una referencia tcnica obligada que compita o

supla a las publicaciones de expertos en la materia.

Objetivo:compartir conceptos de manera muy sencilla y clara, que adems invite a la lectura, y sirva para comprender lo que implica la sectorizacin de una red de distribucin de agua.


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DOCUMENTODOCUMENTO

en redes de agua potable


SECTORIZACIN

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Contenido:1. Introduccin2. Red de distribucin

3. Sectorizacin

4. Experiencias

ConfiguracinOperacin normalProblemas comunes de operacin

Factibilidad tcnica y econmicaEtapas de la sectorizacinDefinicin de sectoresArmona con el sistema comercialReduccin de prdidasControl de presiones

Quertaro, Cd. de Mxico, Mrida, Monterrey, Tijuana.


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DOCUMENTODOCUMENTO

en redes de agua potable


SECTORIZACIN

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Sector = distrito hidromSector = distrito hidromtricotrico

es una porcin delimitada de la red de distribucin que busca ofrecer a

todos los usuarios contenidos, la misma oportunidad de recibir un

servicio de calidad.

DEFINICIDEFINICINN

Los sectores sern aislados del resto de la red a travs de seccionamientos que aseguren su independencia.

Los caudales de entrada y las presiones deben ser medidos, lo que permitir un mejor control de la demanda, el consumo y las prdidas de agua.


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ETAPAS DE LA ETAPAS DE LA

SECTORIZACISECTORIZACINN


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ETAPAS DE LA SECTORIZACIETAPAS DE LA SECTORIZACINN

Catastro actualizado y confiable de la infraestructura existente.11

Anteproyectos del sistema, definiendo puntos de alimentacin y posibles interconexiones emergentes.22

Implementacin de un sector piloto, incluyendo vlvulas y medidores de presin y gasto.33


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ETAPAS DE LA SECTORIZACIETAPAS DE LA SECTORIZACINN

Calibracin de un modelo de simulacin hidrulica con base en las mediciones en el sector.44

Ajustar el proyecto piloto a partir de la simulacin.55

Ampliacin de la experiencia piloto a dos o tres sectores ms.66


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DEFINICIDEFINICINN

DE SECTORESDE SECTORES


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DEFINICIDEFINICIN DE SECTORESN DE SECTORES

Generalmente se considera sectores de 20 a 100 hectreas; en ciudades densamente pobladas los sectores pueden ser de 10 a 15 hectreas.

Ajustar el sector a la geometra de la red y adaptarlo a las condiciones de operacin.

Separar la red primaria y la secundaria, de modo que no decaiga la presin en las conducciones principales.


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PROBLEMA COMPROBLEMA COMN N

DE OPERACIDE OPERACINN


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Uno de los problemas ms graves en las redes de agua potable se vincula con el incremento de la presin debido a la cada del consumo durante la madrugada.

0

20

40

60

80

100

120

Hora del da

P

r

e

s

i

n

(

m

c

a

)

-

D

e

m

a

n

d

a

(

L

/

s

)

Variacin de la demanda


Variacin de la presin


Pmx = 89 mca

Qmn = 58 L/s

mca = metros de columna de agua1 mca = 0,1 kg/cm2 = 0,088 bar

Sector Santa Luca 1 Ciudad de Mxico*

* Capella Vizcano, A. Control de presiones y reduccin de fugas en el sector Sta. Luca 1, D.F., junio 2002, Mxico

Gasto mGasto mnimo nimo nocturnonocturno

58 L/s58 L/s

PresiPresin mn mxima xima nocturnanocturna

89 L/s89 L/s


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La instalacin de vlvulas reguladoras de presin (VRP) ayuda al control de presiones.

0

20

40

60

80

100

120

Hora del da

P

r

e

s

i

n

(

m

c

a

)

-

D

e

m

a

n

d

a

(

L

/

s

)

Pmx = 40 mca

Qmn = 21 L/s





mca = metros de columna de agua1 mca = 0,1 kg/cm2 = 0,088 bar

Volumen de agua recuperada en un da.

Sector Santa Luca 1 Ciudad de Mxico*

* Capella Vizcano, A. Control de presiones y reduccin de fugas en el sector Sta. Luca 1, D.F., junio 2002, Mxico

Gasto mGasto mnimo nimo nocturnonocturno

21 L/s21 L/s

PresiPresin mn mxima xima nocturnanocturna

40 L/s40 L/s


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Las experiencias documentadas de diversos pases relacionan la presin con el caudal de fugas con lasiguiente expresin:

PRESIPRESIN vs. FUGASN vs. FUGAS

Qfugas = C Hx

Donde:H presin en la tubera.C coeficiente que resulta del ajuste de los datos obtenidos

experimentalmente y que depende del material y del estado de la tubera.

x exponente de ajuste (valor medio = 1,15).


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EJERCICIOEJERCICIO


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El Instituto de Ingeniera de la UNAM elaborun ejercicio, con fines puramente didcticos,

EJERCICIOEJERCICIO

tubera con D = 400 mm

tubera con D = 300 mmtubera con D = 200 mm

tubera con D = 100 mm60 m

Red propuesta (plana) :Consumo por nudo: 1 L/s

Fugas en los nudos: Q = 0,02 H 1.15200 nudos

a fin de reflejar las consecuencias de diversas acciones sobre una red de distribucin.

Demanda: 200 L/sDemanda: 200 L/s

C=0,02

X=1,15

Valores sugeridos para este ejercicio


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EJERCICIOEJERCICIO

Configuracin de la red en planta

Dimetros en mm


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EJERCICIOEJERCICIO

Al hacer la simulacin hidrulica,se obtienen las presiones en los nudos


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EJERCICIOEJERCICIO

Distribucin de caudales

consumo 200 L/s

fugas 244 L/ssuministro 444 L/s

consumo 200 L/s


Fugas = 55 %Fugas = 55 %

1,00 + 1,23

2,23


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EJERCICIOEJERCICIO

Ante la magnitud de las fugas, se opta por sectorizar la red de la siguiente forma:

11

77 5566

443322Lnea principal de

distribucin


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EJERCICIOEJERCICIO

Red sectorizada Presiones en los nudos

Al hacer la simulacin hidrulica,se obtienen las presiones en los nudos


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EJERCICIOEJERCICIO

Red sectorizada Caudales en los nudos


consumo 200 L/s

fugas 214 L/s

suministro 414 L/s

consumo 200 L/s

fugas 214 L/s

suministro 414 L/s


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EJERCICIOEJERCICIO

Reparacin de la redEl ejercicio simula el proceso de reparacin a travs de la eliminacin de fugas*; esto es,

utilizando un valor del coeficiente C = 0

Se supone la reparacin de la siguiente forma: primero la lnea principal de distribucin y despus

cada sector en el orden de su numeracin.

Qfugas = C Hx = 0

* Sin olvidar el carcter didctico de este ejercicio, y la imposibilidad de reducir a cero las fugas en una red real.


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EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica, despus de reparar la LPD y los 3 primeros sectores

consumo 200 L/s


consumo 200 L/s




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EJERCICIOEJERCICIO

Evolucin de la red sectorizada reparada

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Avance en la reparacin de la red ( % )

C

a

u

d

a

l

s

u

m

i

n

i

s

t

r

a

d

o

(

L

/

s

)

Reparada la LPDReparada la LPD

Reparado el S2Reparado el S2




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EJERCICIOEJERCICIO

Control de presionesSe instalan ahora 7 vlvulas reductoras de presin a fin de reducir las fugas.

Se realiza nuevamente la simulacin, calibrando las VRP a una presin de salida de los 15 mca.

12 6

54

3 7


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EJERCICIOEJERCICIO

Red sectorizada y bajo control de presiones Presiones en los nudos

Simulacin hidrulica


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EJERCICIOEJERCICIO

Caudales en los nudos

consumo 200 L/s


consumo 200 L/s



Red sectorizada y bajo control de presiones


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EJERCICIOEJERCICIOReparacin de la

red sectorizada y controladaproceso de reparacin a travs de la eliminacin de

fugas*, utilizando un valor del coeficiente C = 0

Se supone la reparacin de la siguiente forma: primero la lnea principal de distribucin y despus

cada sector en el orden de su numeracin.

Qfugas = C Hx = 0

* Sin olvidar el carcter didctico de este ejercicio, y la imposibilidad de reducir a cero las fugas en una red real.


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EJERCICIOEJERCICIO

Red sectorizada y bajo control de presiones,Presiones en los nudos

Simulacin hidrulica

reparada la lnea principal de distribucin


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EJERCICIOEJERCICIO

Caudales en los nudosRed sectorizada y bajo control de presiones,

Simulacin hidrulica

reparada la lnea principal de distribucin


consumo 200 L/s


consumo 200 L/s



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EJERCICIOEJERCICIO

Evolucin de la red sectorizada, controlada y reparada

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


C

a

u

d

a

l

s

u

m

i

n

i

s

t

r

a

d

o

(

L

/

s

)

Reparada la LPDReparada la LPD


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EJERCICIOEJERCICIO

Comparacin del suministro

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


C

a

u

d

a

l

s

u

m

i

n

i

s

t

r

a

d

o

(

L

/

s

)

Evolucin de la red sectorizada reparada

Sin control de presionesSin control de presiones

con control de presionescon control de presiones


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EJERCICIOEJERCICIO

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


F

u

g

a

s

(

%

)

ComparaciComparacin del nivel de fugasn del nivel de fugasEvolucin de la red sectorizada reparada


con control de presionescon control de presiones


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010

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Avance en la reparacin de la red ( aos )

F

u

g

a

s

(

%

)


EJERCICIOEJERCICIO

Si se considera un programa intenso de reparacin de la red (2% anual), esta quedara reparada totalmente en 50 aos.

ConclusionesConclusiones

reducir las fugas en un 10% se lograra

aproximadamente en 20 aos.

Si no se controlan las presiones,


Con control de presionesCon control de presiones


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EJERCICIOEJERCICIO

Ahorro de Ahorro de consumosconsumos

Medicin Aumento de tarifas Cultura del agua

A partir de la red sectorizada, se suponen ahora consumos en los nudos de 0,80 L/s

Consumo de los usuarios = 0,80 * 200 = 160 L/s


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EJERCICIOEJERCICIO

Red sectorizada,Consumo por nudo = 0,80 L/s Presiones en los nudos

Simulacin hidrulica


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EJERCICIOEJERCICIO


Simulacin hidrulica

Red sectorizada,Consumo por nudo = 0,80 L/s


consumo 160 L/s

fugas 234 L/s

suministro 394 L/s

consumo 160 L/s

fugas 234 L/s

suministro 394 L/s


octubre - 2006



EJERCICIOEJERCICIO

Comparacin del suministro en la red sectorizada:

Consumo por nudo0,80 L/s

Consumo por nudo1,00 L/s


consumo 160 L/sfugas 234 L/s

suministro 394 L/s


suministro 394 L/s


suministro 414 L/s


suministro 414 L/s

El suministro disminuye un 5%El suministro disminuye un 5% Las fugas aumentan un 7%Las fugas aumentan un 7%


octubre - 2006

Se instalan las 7 vlvulas reductoras

de presin.

Red sectorizada y controladaConsumo por nudo = 0,80 L/s


de presin.


EJERCICIOEJERCICIO

Presiones en los nudos

Simulacin hidrulica


octubre - 2006


EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica


Red sectorizada y controladaConsumo por nudo = 0,80 L/s


de presin.


consumo 160 L/s

fugas 110 L/s

suministro 270 L/s

consumo 160 L/s

fugas 110 L/s

suministro 270 L/s


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EJERCICIOEJERCICIO

Finalmente:

si por consecuencia de alguna accin de las ya descritas, los usuarios reducen sus consumos ( 0,80 L/s ),

si se instalan 7 vlvulas controladoras de presin, y

si se repara solamente la lnea principal de distribucin


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Red con menor consumo (ahorro), controlada y con la LPD reparada


EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica



consumo 160 L/s

fugas 79 L/s

suministro 239 L/s

consumo 160 L/s

fugas 79 L/s

suministro 239 L/s


octubre - 2006


RESUMENRESUMEN


octubre - 2006


RESUMENRESUMENResultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 1 L/s

274303398414444(L/s)Suministro

2734505255( % )

74103198214244(L/s)Fugas

200200200200200(L/s)Consumo

VRP y reparada LPDcon VRP

Reparada LPDconvencional

SECTORIZADAconvencional


octubre - 2006


RESUMENRESUMENResultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 0,8 L/s

239270394(L/s)Suministro

334159( % )

79110234(L/s)Fugas

160160160(L/s)Consumo

VRP yreparada LPDcon VRPconvencional

SECTORIZADA


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Red sectorizada, los usuarios reducen sus consumos ( 0,80 L/s ), se instalan 7 vlvulas controladoras de presin, y se repara solamente la lnea principal de distribucin

Red original:consumo 200 L/s

fugas 244 L/s

suministro 444 L/s

consumo 200 L/s

fugas 244 L/s

suministro 444 L/s

Acciones:

Resultados:


consumo 160 L/s

fugas 79 L/s

suministro 239 L/s

consumo 160 L/s

fugas 79 L/s

suministro 239 L/s


octubre - 2006

RESUMENRESUMEN


CONCLUSIONESCONCLUSIONES


octubre - 2006



Los resultados aqu mostrados no sugierende manera alguna que sea equivocada la idea de actualizar tarifas, incrementar la micromedicin o lograr el ahorro del agua por parte de los usuarios. Lo que se pretende mostrar, es que estas decisiones deben estar acompaadas por las acciones adecuadas sobre la infraestructura hidrulica, de lo contrario, slo sern buenas intenciones e inversiones mal enfocadas.


octubre - 2006


Las acciones de reduccin de fugas sern ineficientes mientras no se controlen las presiones en la red.

Este control generalmente requiere de una sectorizacin, cuyas principales ventajas son:

red primaria ser ms eficiente, Identificacin de sectores ms daados, y

por lo tanto prioritarios,

Los ahorros de consumo o de reparaciones, podrn conducirse a zonas con carencias o bien reducir el suministro.



octubre - 2006



En trminos generales, el anlisis permite sensibilizar a los operadores sobre las diversas posibilidades de accionar en el camino hacia lograr una eficiencia de equilibrio, haciendo notar que salir simplemente a reparar fugas no es la forma de optimar los trabajos y las inversiones. Se hace hincapi una vez ms en la necesidad de controlar las presiones en cualquier red de distribucin como parte fundamental del proceso de sectorizacin.


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Tels. 01(55)517442 37 y 38 E-mail: [email protected]

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