NORMA NUEV NUEVA A NS-165 “REQUISITOS PARA EL NSDESARROLL DE SARROLLO O Y CA CA L IBRA IBRACI CIÓN ÓN DE DE MODEL MOD ELOS OS HIDRÁUL HIDRÁULICO ICOS S DE LOS L OS SISTEMAS DE ACUEDUCTO” GERENCIA DE TECNOLOGÍA DIRECCIÓN DE INGENIERÍA ESPECIALIZADA
OCTUBRE DE 2017
ALCANCE NS-165 “REQUISITOS PARA EL DESARROLLO Y CALIBRACIÓN DE MODELOS HIDRÁULICOS DE LOS
SISTEMAS DE ACUEDUCTO”
Esta norma establece los parámetros y los criterios que deben tenerse en cuenta para los procesos de construcción, calibración y validación de modelos en los sistemas de acueducto de la ciudad de Bogotá. Se dan las guías para la preparación de los Términos de Referencia de estudios que requieran de la modelación hidráulica de sistemas de acueducto. La norma aquí presente es válida para la etapa de diseño de sectores de acueducto nuevos en zonas de expansión, el diseño de sectores de acueducto en zonas de renovación urbana y/o re-densificación y para evaluación de la capacidad u optimización hidráulica de sectores de acueducto existentes. La presente norma se elabora para unificar los criterios básicos utilizados por la EAB y sus consultores de la misma, en la construcción y calibración de modelos hidráulicos de los sistemas de acueducto de Bogotá. Para unificar criterios mínimos para la construcción y calibración de modelos, facilitar la revisión de los modelos y garantizar la reproducibilidad de los modelos en futuras aplicaciones.
ANTEDECENTES Necesidad Los modelos hidráulicos matemáticos constituyen valiosas herramientas para soportar la gestión de los sistemas de acueducto. Son aplicados en diseño, diagnóstico de los sistemas existentes, evaluación de escenarios actuales y futuros de operación y en la planificación de los mismos. Históricamente la EAB ha contratado consultorías para el desarrollo de modelos hidráulicos, sin embargo al no existir normatividad al respecto, estos han sido desarrollados utilizando diversos criterios, programas comerciales, calidades de información y convenciones que en muchos casos no son compatibles entre sí. La heterogeneidad en los modelos desarrollados dificulta la revisión de los mismos por parte de la empresa así como su unificación, posterior aprovechamiento en proyectos futuros y uso interno para operación.
USO DE SOFTWARE APROBADO POR LA EAB La EAB favorece e incentiva el uso de software de libre distribución para la elaboración de los modelos del sistema de acueducto de Bogotá. Sin embargo, dentro de los modelos disponibles, la empresa siempre preferirá la utilización de EPANET, garantizando su completa compatibilidad. En los casos en los cuales el consultor prefiera utilizar cualquier modelo diferente a los utilizados por la EAB, deberá existir previa consulta y autorización para su uso y en todo caso, se exige al consultor entregar una copia del modelo, incluyendo todos los escenarios analizados, operando completamente en cualquiera de los programas disponibles en la EAB.
ARCHIVOS DE SOPORTE DE MODELACIÓN Para todos los proyectos en los cuales se solicite o requiera la elaboración de un modelo matemático, con o sin calibración, de una red de acueducto, se le solicitará al consultor que entregue como parte de los productos finales los siguientes archivos: •
Paquete de archivos de las corridas definitivas del modelo implementado en todas las condiciones de diseño o evaluación consideradas dentro del proyecto, incluyendo las topologías y librerías que sean requeridas para su correcta apertura y total funcionalidad.
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Topología básica del modelo matemático implementado en formato CAD y formato SHAPE, junto con todos los registros de soporte que relacionen los ajustes o actualizaciones realizados a la información.
TRAZABILIDAD Independientemente del software utilizado, se deberá proveer la documentación que le permita a la EAB o a terceros tener toda la información y razonamientos detrás de cualquier decisión que haya tenido lugar durante el proceso de modelación. Esta información tendrá como objetivo que las modelaciones realizadas puedan ser revisadas en cualquier momento durante y después de la realización del proyecto, permitiendo que las implicaciones de cualquier cambio en la fuente de datos pueda ser fácilmente identificada y facilitar las actividades de actualización en un futuro. Las memorias de cálculo que se presenten deben ser tan detalladas como sea necesario para cumplir la solicitud de este numeral.
CRITERIOS PREVIOS PARA LA CONSTRUCCÍÓN DE MODELOS Objetivos de la modelación •
Evaluar y definir sectores hidráulicos de la red de distribución.
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Identificar y determinar las causas de las deficiencias en el desempeño del sistema.
•
Identificar la capacidad hidráulica de las tuberías de acueducto o de un conjunto de ellas, bajo condiciones de demanda máxima.
•
Cuantificar los efectos de incrementos en la demanda de agua por desarrollos urbanísticos.
•
Identificar y cuantificar las conexiones fraudulentas y fugas en el sistema de acueducto.
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Predecir el comportamiento de la red como parte de un sistema de alertas sobre deficiencias en el suministro de agua potable.
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Identificar, evaluar y diseñar trabajos de expansión y/o renovación de redes de acueducto.
•
Evaluar y definir esquemas de operación óptima del sistema existente durante actividades de construcción de nueva infraestructura, rehabilitación o mantenimiento de la existente.
CRITERIOS PREVIOS PARA LA CONSTRUCCÍÓN DE MODELOS Nivel de detalle del modelo: •
Todas las tuberías.
•
Esqueletizado.
•
Reducido.
INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA MODELACIÓN / CALIBRACIÓN Se indica la información mínima que se requiere para la creación de un modelo de un sistema de acueducto. La cual incluye lo siguiente:
Información física del sistema de acueducto: Categoría
Información
Información geográfica
Inventario de instalaciones existentes
Uso del suelo y zonificación de condiciones existentes y futuras. Fotografías aéreas. Información de elevaciones: modelo digital de terreno (MDT), red irregular triangulada (TIN), curvas de nivel, GPS, u otra información topográfica. Mapas catastrales y prediales: incluyendo el número o nombre de las calles, derechos de vías y límites distritales. Tuberías: ubicación, diámetro, longitud, edad, material, recubrimiento y conectividad. Accesorios: válvulas, codos, uniones, TEE, etc. Tanques: ubicación, capacidad, dimensiones, nivel mínimo y máximo, accesibilidad y conexiones del sistema. Estaciones de bombeo: Ubicación, elevación, capacidad, succión típica y presión de descarga, curva de las bombas y características relacionadas. Válvulas de control: Control de caudal, válvulas reguladoras y sostenedoras (ubicación, elevación, capacidad, SETTING y operatividad). Otras válvulas: Válvulas de cheque, válvulas de aislamiento. Pozos de aguas subterráneas: ubicación, elevación, capacidad, curvas de las bombas, niveles de bombeo, pruebas de bombeo recientes y configuraciones de control.
INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA MODELACIÓN / CALIBRACIÓN Información operativa del sistema de Acueducto: •
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Registros de facturación de agua consumida. –
Estudios de población del área de servicio disponibles.
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Información de usuarios. Número y tipo de conexiones de servicio (actual y en años previos).
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Consumo de grandes consumidores.
Registros de producción de agua. –
Factores de maximización.
–
Patrones de demanda.
–
Zonas de presión.
Registros operacionales del sistema. –
Criterios de operación del sistema y SET POINTS de las estaciones de bombeo, tanques y válvulas de control.
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Presiones operativas del sistema.
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Registros de áreas con baja presión indicando deficiencias del sistema.
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Mediciones de capacidad de caudal contra incendios.
–
Caracterización de rugosidades medidas en tuberías.
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Registros de reparaciones.
–
Registros de identificación de fugas en el sistema.
–
Registros históricos de caudal, presión y nivel.
PROCEDIMIENTO BÁSICO DE MODELACIÓN HIDRÁULICA •
• •
Construcción del modelo. –
Recopilación de la información existente.
–
Calificación de la bondad de la información existente.
–
Verificación en campo de información inexistente y/o deficiente.
–
Ajuste de la información inexistente y/o deficiente.
Verificación topológica del modelo. Selección de escenarios de modelación. –
•
•
Tipo de simulación. –
Estática-estable, de período extendido en estado estable o en estado inestable.
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Duración de la simulación, delta de tiempo.
Método de cálculo. –
•
Escenario actual/futuro.
Los cálculos hidráulicos en el sistema de distribución deben estar basados en la ecuación de Darcy-Weisbach en conjunto con la de Colebrook-White.
Presentación de resultados. –
Los resultados obtenidos a partir de cualquier modelo de un sistema de acueducto deberán presentarse tanto gráficamente como en tablas, de manera tal que sean de fácil y cómoda lectura.
PROCEDIMIENTO BÁSICO DE CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN HIDRÁULICA •
Construcción del modelo hidráulico.
•
Definición de series de calibración y validación. –
•
Se dan recomendaciones sobre el número, ubicación y simultaneidad de las mediciones de caudal y presión requeridas para la calibración.
Calibración del modelo. Se deberá reproducir la forma de la curva, los valores máximos y mínimos medidos de la mejor forma posible. –
–
Criterios de caudal: •
tuberías donde el flujo es mayor que el 10% de la demanda total deberían estar dentro del ±5% de los caudales medidos en cada delta de tiempo de modelación.
•
tuberías donde el flujo es menor que el 10% de la demanda total deberían estar dentro del ±10% de los caudales medidos en cada delta de tiempo de modelación.
Criterios de presión. 100% de las mediciones de campo deben estar dentro de las presiones modeladas en cada delta de tiempo de modelación
•
Validación del modelo.
•
Mantenimiento del modelo hidráulico.
± 2.0
m de
CONCLUSIONES Existía un vacío normativo en la EAB en lo que respecta a la regulación del desarrollo de modelos hidráulicos de sistemas de acueducto. La falta de regulación al respecto históricamente ha generado heterogeneidad en los modelos entregados por consultorías contratadas por la EAB. Esta diferencia dificulta la revisión, la integración de los mismos y a su vez la tarea de contar con modelos actualizados y funcionales de todo el sistema de acueducto de la ciudad. La aplicación de la norma permite: •
Unificar las herramientas, convenciones e información utilizadas en el desarrollo de modelos de sistemas de acueducto.
•
Garantizar la calidad de los modelos hidráulicos contratados por la EAB.
•
Facilitar la revisión de los modelos hidráulicos contratados por la EAB.
•
Garantizar la funcionalidad de los modelos y su aplicabilidad en proyectos futuros requeridos por la empresa.
GRACIAS
