Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Análisis en flujo permanente de los factores que inciden en la
disminución de la capacidad hidráulica de la línea de conducción
del sistema La Mica-Quito Sur
Andrade Ramos Juan Martin1, Escobar Cevallos Gilson Manuel2, Paredes Méndez Diego Fernando3
1Ingeniero Civil, independiente, 2095286-0984699448,Av. Intervalles y Jacpi
mail: juanmartin.jma@hotmail.com
2Ingeniero Civil, independiente, 022362097-0984963971, Av. Natalia Jarrín y Los Pinos
mail: gilson.escobar19@gmail.com
3Ingeniero Civil, Master of Science in Water Science and Engineering,
Docente Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática,
Jefe Unidad Diagnóstico Hidráulico EPMAPS, 0987509604, Quito-Ecuador
mail: dfparedes@uce.edu.ec
Artículo científico enviado para su revisión el 20 de julio de 2018. Este trabajo fue posible gracias al apoyo de la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento EPMAPS.
Aceptado: septiembre 2018
Resumen
El sistema “La Mica - Quito Sur” dota de agua a la zona sur de Quito, en la actualidad transporta un caudal de 1560 l/s,
menor a 1750 l/s para el cual fue diseñado, esta disminución se debe a factores que generan pérdidas de energía en la
línea de conducción lo que disminuye su capacidad hidráulica. Para disponer de un modelo hidráulico actualizado, se
realizó una intensa actividad. Se recopiló planos y bases de datos del sistema, información que fue validada in situ. A
continuación se construyó, calibró y validó el modelo hidráulico, obteniendo de su análisis las características hidráulicas
actuales y los factores que influyen en la reducción de la capacidad hidráulica, los que se presentan en la conducción
superior, resultados que permiten establecer que las pérdidas se dan por un mínimo mantenimiento en las estructuras y
válvulas, pérdida de carga local en la torre de captación del embalse, posible acumulación de sedimentos, y una posible
acumulación de aire en el sistema. Para establecer alternativas de solución se modelaron cinco escenarios que simularon
condiciones críticas, óptimas y medias de operación del embalse para diferentes caudales transportados, con lo que se
determinaron presiones negativas que impiden el transporte del caudal máximo de diseño. De su análisis se concluyó que
las alternativas de solución más viables para que a través de la tubería de conducción se transporte 1750 l/s son: el man-
tenimiento del sistema complementado con la modificación del perfil de la línea de conducción; o la implementación de
una booster en la abscisa 2+908 de la conducción superior, con altura de bombeo de 30 mca.
Palabras clave: sistema La Mica - Quito Sur, pérdidas de energía, capacidad hidráulica, modelación hidráulica, presiones
negativas.
Abstract
“La Mica - Quito Sur” System provides water to the southern area of Quito, it is currently carrying a maximum flow
of 1560 l/s, less than 1750 l/s for which it was designed, this decrease is due to factors that generate energy losses in
the line of conduction which decreases its hydraulics capacity. We were carried out an intense activity to get an upda-
ted hydraulic model. Plans and system databases were collected and validated in situ. Ten the hydraulic model was
built, calibrated and validated, obtaining from its analysis the current hydraulic characteristics and the factors that
influence the reduction of the hydraulic capacity, the same that are presented in the superior conduction, results that
allow establishing that the losses are due to: the lack of maintenance in the structures and valves, loss of local load in
the reservoir collection tower, possible accumulation of sediments and possible accumulation of air in the system. To
establish alternative solutions, five scenarios were modeled to simulate critical, optimal and average conditions of ope-
ration of the reservoir for different transported flows, which determined negative pressures that prevents the transport
of the maximum design flow. From their analysis was concluded that the most viable solution alternatives so that 1750
l/s can be transported through the pipeline are: maintenance of the system complemented by the modification of the
profile of the line of conduction; or the implementation of a booster on the abscissa 2 + 908 of the upper conduction,
with pumping height of 30 m W.C.
Keywords: La Mica - Quito Sur system, energy losses, hydraulic capacity, hydraulic modeling, negative pressures.
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46
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
I.Introducción
de conducción, para alcanzar el caudal máximo
de diseño de 1750 l/s. Es importante realizar la
De acuerdo con la Organización de Naciones
evaluación técnica del funcionamiento actual del
Unidades (ONU) en la Asamblea General del de-
sistema de conducción para poder abastecer a un
recho humano al agua y al saneamiento [1] “re-
mayor número de personas asentadas en la zona
conoció el derecho de todos los seres humanos
sur de Quito.
a tener acceso a una cantidad de agua suficiente
para el uso doméstico y personal, que sea segura,
En este trabajo se realizó un análisis en flujo per-
aceptable, asequible y accesible físicamente”. De
manente de los factores que inciden en la dismi-
igual manera estipularon que “cada persona en la
nución de la capacidad hidráulica de la línea de
tierra requiere al menos 20 a 50 litros de agua po-
conducción del sistema La Mica - Quito Sur, para
table limpia y segura al día para beber, cocinar o
lograr este objetivo se examinó la información
simplemente mantenerse limpios”.
existente, como también se verificó el catastro del
sistema con mediciones in situ, se construyó, cali-
El incremento poblacional del Distrito Metropo-
bró y validó un modelo hidráulico, finalmente se
litano de Quito genera un aumento de la deman-
evaluó el funcionamiento del sistema de conduc-
da de agua potable, por lo tanto, se ve la necesi-
ción bajo diferentes escenarios de funcionamien-
dad de satisfacer esta demanda futura adicional
to y se recomendó posibles soluciones.
para garantizar el derecho de toda la población
de acceder al servicio de agua potable. De allí que
II. Metodología
es necesario mejorar las condiciones de funcio-
A. Ubicación
namiento de proyectos existentes de suministro
de agua. La Empresa Pública Metropolitana de
El sistema La Mica - Quito Sur está ubicado
Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS) en el
en las provincias de Napo y Pichincha específi-
Plan Maestro de Agua Potable [2] considera los
camente en el Distrito Metropolitano de Quito
principales proyectos de inversión a ejecutarse a
(DMQ), donde inicia con las fuentes de abaste-
corto y mediano plazo (2010-2019). Para La Mica
cimiento y termina en la planta de tratamiento El
- Quito Sur se proyecta un incremento de caudal
Troje respectivamente. Este sistema se encuentra
de 180 l/s al caudal máximo de diseño de 1750
divido en: conducción superior que va desde el
l/s, con lo cual se tiene una oferta de agua potable
embalse La Mica hasta la planta generadora de
mayor a la demanda requerida por la población
energía El Carmen y en la conducción inferior
futura.
transporta agua desde El Carmen hasta la planta
de tratamiento, como se indica en la figura 1.
El sistema de agua potable La Mica - Quito Sur
transporta agua cruda desde el embalse La Mica
hasta la planta de tratamiento El Troje ubicada
en la zona sur de Quito. El proyecto de evalua-
ción hidráulica de la línea de conducción La Mica
- Quito Sur, establece “condición crítica de cau-
dal máximo de diseño Q= 1750 l/s” [3], de igual
manera este caudal se establece como: “capacidad
hidráulica máxima real de 1750 l/s” [4]; debido a
problemas operativos se ha llegado a determinar
de manera experimental que el caudal máximo de
operación es 1560 l/s.
Para aumentar el abastecimiento de agua cru-
da hasta la planta de tratamiento en 190 l/s, se
Fig. 1. Mapa de ubicación del sistema de conducción La Mica-
debe analizar los factores que inciden en la dis-
Quito Sur.
minución de la capacidad hidráulica de la línea
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El proyecto se encuentra a diferentes elevaciones,
El Plan Maestro de Agua Potable realizado por la
parte de los 3917 msnm hasta los 3154.20 msnm
EPMAPS [2] plantea el incremento de 180 l/s al
presentándose una variación de la temperatura
caudal máximo de diseño de 1750 l/s, con este au-
en su trayecto donde: en el embalse La Mica se
mento se podrá abastecer a la población servida
tiene temperaturas de 4 a 8°C y de 12 a 20°C en la
futura de 656.585 habitantes para el año 2040.
planta de tratamiento.
C. Componentes del sistema
B. Población servida
El sistema La Mica - Quito Sur dota de agua a la
Los componentes que conforman el sistema La
población asentada desde la Av. Morán Valverde
Mica - Quito Sur se los puede clasificar en tres
hasta el límite cantonal sur de la ciudad, con una
grupos principales: captaciones o fuentes de
cobertura directa de 4000 Ha, de manera indirec-
abastecimiento, líneas de conducción y obras
ta beneficia también a otros sectores de la ciudad
complementarias, esta clasificación se visualiza
como se puede muestra en la figura 2.
en la figura 3.
Fig. 3. Componentes del sistema La Mica - Quito Sur.
Fig. 2. Mapa de cobertura del sistema La Mica-Quito Sur.
La línea de conducción superior empieza en el
En el año 2010 el sistema abastecía a 393.452 ha-
embalse y las captaciones hasta El Carmen don-
bitantes y a partir de este dato se realiza la pro-
de se controla el caudal del sistema, la línea de
yección de la población a servir hasta el año 2040
conducción inferior comienza en el tanque de El
observadas en la tabla 1.
Carmen hasta el tanque de El Troje y se regula el
Tabla 1 Proyección de la población servida
caudal desde La Moca.
Variables
2010
2020
2030
2040
D. Construcción del modelo hidráulico
Población
414160
482975
566999
656585
Cobertura
En la construcción del modelo hidráulico se rea-
99
99
99
99
sistema de agua
lizó el procedimiento de la figura 4. La actualiza-
Población
393452
473315
555659
643453
servida
ción topológica es muy importante debido a que
Dotación neta
183
179
174
170
la calidad de la información ingresada en el mo-
l/hab/día
delo hidráulico tiene influencia directa con los
Tasa de
2.00
1.84
1.38
1.10
crecimiento %
resultados obtenidos.
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Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
inicial, nodo final, diámetro interno, espesor de la
tubería, tipo y grado de material.
Posteriormente se ingresa la topología al progra-
ma informático EPANET para realizar una verifi-
cación de los datos ingresados como también un
análisis de los resultados obtenidos en la primera
modelación, estos resultados deben tener una di-
ferencia de hasta 30% entre las mediciones y los
resultados, para así poder realizar el proceso de
calibración de acuerdo con lo planteado por la
Asociación de Nueva Zelanda de Aguas y Dese-
chos [5].
Fig. 4. Proceso de construcción del modelo hidráulico.
E. Calibración del modelo hidráulico
La calibración se realizó para la conducción su-
Se recopiló la siguiente información de la EP-
perior e inferior de acuerdo con los pasos de la
MAPS: planos as-built, fotos satelitales, estudios
figura 6, donde se detalla el procedimiento para
realizados anteriormente, topología existente del
periodo estático y extendido.
sistema, manuales y datos de las válvulas del sis-
tema. Con la información existente se realizó una
actualización topológica de los nodos y tuberías
para realizar la modelación en EPANET como se
muestra en la figura 5.
Fig. 6. Proceso de construcción del modelo hidráulico.
Fig. 5. Proceso de actualización topológica del sistema de
Los parámetros hidráulicos empleados en EPA-
conducción.
NET para las diferentes calibraciones realizadas
se indican en la tabla 2, para la primera calibra-
ción se empleó un análisis estático, mientras que
Para la topología se necesita la siguiente infor-
mación de los nodos: nombre, abscisa, cota del
la segunda y tercera se modeló en periodo exten-
terreno, cota de la tubería. De las tuberías: nodo
dido.
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Tabla 2 Parámetros hidráulicos ingresados a EPANET.
En la primera calibración para la conducción
superior se emplean los datos proporcionados
PARÁMETRO
DATO
por el sistema SCADA de la EPMAPS donde los
Método de fricción
Darcy-Weisbach
Tipo de análisis
Estático-Extendido
caudalímetros están ubicados en el embalse, las
Gravedad específica
1
captaciones, a la entrada y salida de El Carmen;
Temperatura del agua (ºC)
12
los manómetros están ubicados en la chimenea
Viscosidad cinemática (m2/s)
1.24*10-6
de equilibrio y en El Carmen (S297) como se ob-
serva en la figura 9.
La instalación de los medidores de presiones o
data loggers se realizó de acuerdo con la ubica-
ción de los accesorios que generen pérdidas de
carga considerable en el sistema, también en los
puntos más críticos de la tubería, en la figura 7 se
encuentra su ubicación para la conducción supe-
rior y en la figura 8 para la conducción inferior.
Fig. 9. Perfil de terreno entre abscisas 15+000 a 21+000 con
manómetros en conducción superior primera calibración.
Se realizó un análisis para comprobar que los
caudales estén dentro del primer criterio plan-
Fig. 7. Mapa de ubicación de manómetros y data loggers en con-
teado por la Asociación de Autoridades del Agua
ducción superior.
(WAA) y El Centro de Investigación del Agua
(WRC) [6] que se indica en la tabla 3, los cauda-
les que cumplen este criterio son los modelados.
La rugosidad de diseño para tuberías de acero
con revestimiento interno de coal-tar, enamel o
epoxi es de 0.06 mm de acuerdo con la normativa
vigente de la EPMAPS para el diseño de agua po-
table [7], dato inicial para la calibración del mo-
delo por medio de un proceso de prueba y error.
La calibración se realiza para dos tramos que van
desde el embalse a la chimenea de equilibrio y
Fig. 8. Mapa de ubicación de manómetros en conducción inferior.
desde la chimenea hasta El Carmen. Para las pre-
siones se utilizaron los criterios de la tabla 3.
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Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
Tabla 3 Criterios prácticos para calibración de modelos según
tra en la figura 7 y figura 10. Esta calibración se
la WAA y WRC
realiza en periodo extendido para garantizar que
el modelo hidráulico se encuentre calibrado para
CRITERIOS DE CAUDAL
los diferentes caudales de operación que se pre-
1) Precisión de 5% respecto a los caudales medi-
sentan en el sistema.
dos para caudales > 10% de la demanda total; tu-
berías de conducción, generalmente de diámetro
mayor a 16 pulgadas (406 mm).
2) Precisión de 10% respecto a los caudales me-
didos para caudales < 10% de la demanda total;
tuberías de distribución de diámetro generalmente
menor de 12 pulgadas (305 mm).
CRITERIOS DE PRESIÓN
1) El 85% de las presiones medidas en pruebas
de campo no deben diferir en 0.5m o 5% de la
pérdida de carga registrada.
Fig. 10. Curva característica de la válvula de control (VAS-0), tipo
2) El 95% de las presiones medidas en pruebas
mariposa.
de campo no deben diferir 0.75m o 7.5% de la
pérdida de carga registrada.
3) El 100% de las presiones medidas en pruebas
Se realizó el procedimiento de la figura 6 y se bus-
de campo no deben diferir en 2m o 15% de la pér-
ca cumplir lo planteado por la WAA y WRC en la
dida de carga registrada.
tabla 3. Se ingresa también la curva característica
de la válvula de control VAS-0 obtenida de la bi-
Los resultados del primer día analizado se presen-
blioteca del programa INFOWORKS, representa-
tan a continuación en la tabla 4, donde se tiene las
da en la figura 11.
diferentes iteraciones de la rugosidad para los tra-
mos 1 y 2 con su respectivo error hasta cumplir lo
planteado en la tabla 3 para la presión.
Tabla 4 Proceso de prueba y error para la primera calibración en
conducción superior
Fig. 11. Curva característica de la válvula de control (VAS-0), tipo
mariposa.
Se obtuvo una rugosidad promedio de 0.829 mm
Para el primer tramo comprendido entre el em-
para el tramo comprendido entre el embalse y
balse y la VAS-0 se obtuvo una rugosidad igual
la chimenea, en el tramo entre la chimenea y El
0.06 mm y un coeficiente de pérdida local en la
Carmen se tiene una rugosidad de 0.06 mm. El
válvula de control igual a 8. Al analizar los datos
tramo 1 necesita una calibración más detallada
de los resultados se obtuvo que el 96.01% de los
debido al alto valor de rugosidad calculado.
resultados están dentro del 5% de la pérdida de
Para la segunda calibración de la conducción su-
carga registrada, el 99.96% de los resultados están
perior se instalaron tres data loggers en los pun-
dentro del 7.5% de la pérdida de carga registra-
tos más críticos de la conducción VAC21, VAC12
da y el 100.00% de los resultados están dentro del
y en la válvula de control (VAS-0) como se mues-
15% de la pérdida de carga registrada, en la figura
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12 se observa la comparación entre las presiones
medidas y calculadas.
Fig. 13. Perfil de terreno con data loggers en conducción superior
para la tercera calibración.
Fig. 12. Comparación presión VAS-0 (1406-B) simulada y medida
en la segunda calibración conducción superior.
Para calibrar el tramo comprendido entre el em-
balse y el túnel del embalse o PRE-11 se colocó
Para el resto de los tramos se realizó el mismo
una rugosidad en la tubería igual a 0.2 mm, se
procedimiento y comparación para cumplir los
realizó una reducción de 0.485 m en el nivel del
criterios de calibración establecidos anteriormen-
espejo de aguas del embalse. Al analizar los datos
te en la tabla 3, se tiene los siguientes resultados
de los resultados se obtuvo que el 100% de los re-
de la segunda calibración.
sultados están dentro del 5% de la pérdida de car-
ga registrada, en la figura 14 se observa la compa-
• Embalse - válvula de control n=0.6 mm.
ración realizada de la presión medida y calculada.
• Válvula de control - VAC-12 n=0.30 mm.
• VAC-12 - VAC-21 n=0.35 mm.
• VAC-21 - chimenea n=0.9 mm.
• Chimenea - El Carmen n=0.06 mm.
• Válvula de control k=8.
Fig. 14. Comparación presión PRE-11 simulada y medida.
En el tramo del embalse y la válvula de control
se encuentran accesorios que generan pérdidas
Para el resto de los tramos se realizó el mismo
de carga que necesitan un análisis más a detalle,
procedimiento y comparación para cumplir los
razón por la cual se realiza la tercera calibración
criterios de calibración establecidos anteriormen-
centrada en este tramo para determinar sus coe-
te en la tabla 3, se tiene los siguientes resultados
de la tercera calibración.
ficientes.
• Embalse - PRE-11 n=0.2 mm.
En la tercera calibración se realizó el procedi-
miento detallado en la figura 6 y se utilizan los
• PRE-11 - válvula de control n=0.60 mm.
parámetros de calibración de la tabla 3. Se ins-
• Válvula de control - chimenea n=0.6 mm.
talaron los data loggers a la salida del túnel del
• Chimenea - El Carmen n=0.06 mm.
embalse, antes y después de la válvula de control
(VAS-0) como se muestra en la figura 7 y en la
• Tee conexión captación Antisana y Jatun-
figura 13.
huayco a la conducción k=1.7.
52
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
• Válvula de control k=8.
a la pérdida de carga que se genera al ingreso de la
conducción en la torre de captación del embalse
• Pérdida de carga en la captación del embalse
La Mica.
igual a 0.485m.
Para la calibración de la conducción inferior se
Los caudales que se modelaron son: condición
utilizó los caudalímetros ubicados a la salida de
actual de funcionamiento 1560 l/s, caudal máxi-
El Carmen y entrada de El Troje y el manómetro
mo de diseño 1750 l/s y caudal de 1930 l/s de
instalado en La Moca de la figura 8 y figura 15, la
acuerdo con el Plan Maestro de Agua Potable de
primera calibración se realizó en periodo estáti-
la EPMAPS [2].
co, mientras que la segunda en periodo extendi-
do, las dos fueron realizadas de acuerdo el proce-
Se planteó los siguientes escenarios para repre-
dimiento de la figura 6 y cumpliendo los criterios
sentar condiciones óptimas, medias y críticas de
de calibración de la tabla 3.
funcionamiento en el sistema de conducción.
En la conducción superior:
• Escenario 1: Nivel máximo del espejo de agua
(3916.715 msnm) con caudales aportados solo
por el embalse (1560, 1750 y 1930 l/s).
• Escenario 2: Nivel medio del espejo de agua
(3913.09 msnm) con caudales aportados solo por
el embalse (1560, 1750 y 1930 l/s).
Fig. 15. Perfil de terreno entre abscisas 8+350 a 10+850 con
• Escenario 3: Nivel mínimo del espejo de agua
manómetro en conducción inferior.
(3909.465 msnm) con caudales aportados solo
por el embalse (1560, 1750 y 1930 l/s).
La rugosidad para la conducción inferior obteni-
• Escenario 4: Nivel medio del espejo de agua
do en la primera y segunda calibración es igual a
0.06 mm según la norma de diseño de agua pota-
(3913.09 msnm) con caudales aportados solo por
ble de la EPMAPS [7], en esta línea no existe una
las captaciones (1560, 1750 y 1930 l/s).
pérdida de energía considerable de acuerdo con
En la conducción inferior:
la rugosidad obtenida.
• Escenario 5: Nivel mínimo del tanque en El Car-
men (3301.15 msnm) con caudal de 1930 l/s.
III. Resultados y discusiones
A. Evaluación
La modelación del escenario 1 simula las condi-
La evaluación del sistema se realizó para diferen-
ciones más optimas de operación de la conduc-
tes escenarios que fueron planteados de acuerdo
ción superior cuando se encuentra únicamente
con el caudal y la altura del espejo de agua del
embalse.
funcionando el embalse. Con un caudal de 1560
l/s se observa que ya se presentan presiones nega-
Se tiene tres alturas diferentes que son: nivel
tivas en el punto más crítico de la tubería el punto
máximo de operación de 3917.00 msnm, nivel
VAC-21 y al aumentar el caudal también aumen-
medio de operación de 3913.38 msnm y el nivel
mínimo de operación de 3909.75 msnm. A estas
tan las presiones negativas como se observa en la
cotas se realizó una corrección de 28.5 cm debido
figura 16.
53
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
B. Alternativas de solución
Basándose en el análisis de los resultados de las
calibraciones y escenarios, se establece que la
conducción superior es la parte del sistema en
la cual se encuentra la mayor pérdida de carga,
por lo cual no permite el transporte máximo de
los 1750 l/s, determinándose que las alternativas
a formularse se aplican únicamente a esta parte
del sistema.
Fig. 16. Gráfica de comparación del gradiente hidráulico - perfil de
la tubería del escenario 1.
La primera alternativa es la reducción de los co-
eficientes de rugosidad y pérdidas menores rea-
lizando un mantenimiento en las tuberías, acce-
En los escenarios 2, 3 y 4 se presenta un mayor
sorios, captaciones y válvulas para minimizar la
número de puntos con presiones negativas de-
pérdida de energía. Con esta alternativa se espera
bido a que estos escenarios simulan condiciones
reducir la rugosidad en la tubería en todos los
más adversas que el primero.
tramos aproximadamente a 0.06 mm y la pérdida
de carga en la torre de captación debido al ingreso
El escenario 5 simula las condiciones más críticas
de la tubería igual a 0.285 m.
de operación para la conducción inferior donde
para un caudal de 1930 l/s no se presentan pre-
Para modelar esta alternativa se redujo la rugo-
siones negativas como se muestra en la figura 17.
sidad de las tuberías a 0.06 mm, se consideró la
altura más crítica del espejo de aguas sin correc-
ción de 3909.75 msnm y un caudal de 1930 l/s. La
figura 18 muestra los resultados obtenidos en la
modelación donde se observan presiones negati-
vas en los tramos indicados en la figura 19.
Fig. 17. Gráfica gradiente hidráulico - perfil de la tubería del
escenario 5.
En la conducción superior se presentan presiones
negativas para diferentes condiciones de opera-
ción como se verificó en la figura 16, por lo tanto,
Fig. 18. Gráfica de comparación del gradiente hidráulico - perfil de
es importante plantear soluciones para evitar la
la tubería, alternativa de reducción de los coeficientes de rugosidad
generación de presiones negativas en la tubería y
y pérdidas menores.
lograr transportar el caudal de 1930 l/s de cuerdo
al Plan Maestro de agua potable de la EPMAPS
Esta alternativa necesita ser complementada
[2].
con un cambio del trazado de la tubería o la con-
La conducción inferior se encuentra en la capa-
strucción de una línea paralela a la existente de
cidad de transportar 1930 l/s en sus condiciones
menor diámetro que conduzca el caudal restante
actuales de operación debido a que no se presen-
que no puede ser transportado en las condiciones
tan presiones negativas como se comprobó en la
actuales de operación, también se puede optar
figura 17.
por la implementación de una booster.
54
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
La booster se instaló en el nodo S34 donde se en-
cuentra la intersección entre la captación Digu-
chi y la línea de conducción, ubicada en la abscisa
2+098 para garantizar el bombeo de agua del em-
balse y las captaciones como también una presión
mínima de tres metros luego de su instalación de
acuerdo con la figura 20.
Fig. 20. Mapa de ubicación de la booster.
Fig. 19. Mapa de tramos con presión negativa de la alternativa 1.
Los tramos que necesitan un cambio de trazado
debido a sus presiones negativas se muestran en
la tabla 5, se presentan presiones negativas en una
longitud total de 5482.58m.
Tabla 5 Tramos que requieren modificación de la línea de
La ecuación 1 es de la bomba instalada y la figura
conducción superior
21 muestra su curva característica.
Tramo crítico
Longitud
Nodo inicial
Nodo final
(m)
(1)
VAC8
S50
20.00
PI19
S60.1
290.55
S61
PI23
3309.78
VAC17
PI34A
262.47
POT20
S165
184.29
VAC20A
S184
298.68
POT29
PI40
359.10
PI54
S237
500.36
POT53
POT56
257.35
Fig. 21. Curva característica de la bomba instalada.
TOTAL
5482.58
Para evitar la interrupción del sistema al con-
struir el cambio de trazado de la línea de conduc-
Para un caudal de 1930 l/s y una altura del espejo
ción, se modeló una booster ubicada después de
de agua del embalse de 3909.465 msnm se obtu-
las captaciones para mejorar su operación. La im-
vieron las siguientes presiones: en el punto más
plementación de una booster tiene una inversión
crítico VAC-21 de 3.76 mca y en la chimenea de
inicial menor al cambio de trazado o la construc-
equilibrio de 7.57 mca. En la figura 22 se obser-
ción de una tubería paralela de menor diámetro,
va que el perfil longitudinal de la tubería y su gra-
pero se debe considerar sus costos de operación
diente hidráulico no se cortan, por lo tanto, no se
a largo plazo.
presentan presiones negativas en esta modelación.
55
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IV. Conclusiones y recomendaciones
A. Conclusiones
En la torre de captación del embalse “La Mica”
existe una pérdida de energía igual a 48.50 cm de
acuerdo con la tercera calibración, donde 20.00
cm corresponden a la diferencia en la calibra-
ción del nivel máximo del embalse que es igual a
3917.00 msnm según los planos de diseño defini-
tivo, los 28.50 cm restantes se deben a la pérdida
Fig. 22. Gráfica de comparación del gradiente hidráulico - perfil de
de energía local en la misma.
la tubería, alternativa de implementación de una booster en la línea
de conducción superior con un caudal de 1930 l/s.
El tramo comprendido entre la salida del túnel del
embalse (PRE-11, abscisa 0+113.95) y la válvula
de control (VAS-0) ubicada en la abscisa 0+970,
La booster se enciende a los 1300 l/s y trabaja has-
tiene una alta rugosidad de 0.60 mm presumible-
mente por la gran cantidad de sedimentos arras-
ta los 1930 l/s, garantizando antes de su opera-
trados que provienen de la captación Antisana,
ción una presión mínima de 3 mca, para los 1300
por sus características geológicas y morfológicas.
l/s se tiene una presión de 3.04 mca en la VAC-21
Con la instalación de los data loggers utilizados
y 19.18 mca en la chimenea de equilibrio respec-
para las calibraciones en la línea de conducción
tivamente. La figura 23 muestra que no se presen-
superior se determinó que existe una acumula-
tan presiones negativas en este caudal.
ción de aire en la válvula de aire VAC-12, influ-
yendo negativamente en la capacidad hidráulica
de la tubería y generando pérdidas de carga.
El tramo comprendido entre la válvula de control
(VAS-0), ubicada en la abscisa 0+970 y la chime-
nea se encuentra operando con una rugosidad
igual a 0.60 mm, se asume que esta rugosidad no
es la que existe en la tubería e indica la existencia
de otros factores no considerados en la modela-
ción en flujo permanente, en este tramo se en-
cuentra la válvula de aire VAC-12 ubicada en la
abscisa 7+556.26 donde se puede considerar que
la pérdida de carga no se debe únicamente a la
Fig. 23. Gráfica de comparación del gradiente hidráulico - perfil de
rugosidad sino también al aire presente en el flujo
la tubería, alternativa de implementación de una booster en la línea
que genera una contracción de la vena del fluido.
de conducción superior con un caudal de 1300 l/s.
Los factores que influencian en la reducción del
caudal máximo de diseño (1750 l/s) en el sistema
Complementando esta alternativa con el mante-
La Mica - Quito Sur se encuentran presentes en
la conducción superior, siendo los siguientes: mí-
nimiento de la línea de conducción se obtendrían
nimo mantenimiento en las estructuras, válvulas
mejores resultados teniendo mayores valores de
y medidores instalados, pérdida de carga elevada
presión en todos los nodos, pero se debe consi-
en la torre de captación del embalse siendo equi-
derar cuáles serían las condiciones más críticas
valente a una obstrucción del 50% de su sección,
que se pueden presentar en el funcionamiento
posiblemente una gran cantidad de sedimentos
del sistema.
en el tramo comprendido entre PRE-11 y VAS-0,
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Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
funcionamiento incorrecto de las válvulas de aire
equipos de medición que emiten información al
generando una disminución en la vena del fluido
sistema SCADA, como también de los equipos
transportado.
utilizados en los levantamientos topográficos y
medición de presiones para los trabajos de cam-
La conducción superior con un caudal de 1560
po, su reemplazo inmediato en caso de ser nece-
l/s y una altura del espejo de aguas en el embal-
sario y la instalación de un medidor de presiones
se igual a 3916.715 msnm, siendo el escenario
en la válvula de aire VAC-21 permitirá operar la
más favorable de operación presenta problemas
línea de conducción con mayor seguridad.
de funcionamiento generando presiones nega-
tivas en el nodo VAC-21 ubicado en la abscisa
Modelar el sistema de conducción La Mica - Qui-
11+922.67.
to Sur en flujo no permanente luego de haber sido
aplicadas las recomendaciones anteriores para
Las características actuales de funcionamien-
garantizar la exactitud de los resultados y mini-
to de la conducción inferior demuestran que en
mizar la inversión necesaria para la implementa-
condiciones favorables permite el transporte del
ción de las soluciones.
máximo caudal actual de 1560 l/s con el mínimo
nivel del tanque de la central hidroeléctrica “El
C. Agradecimientos
Carmen”, siendo estas mismas condiciones aptas
para transportar un caudal máximo de 1930 l/s
Este trabajo fue posible gracias al apoyo de la
con un nivel mínimo del tanque 3301.15 msnm
Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable
La reducción de los coeficientes de rugosidad y
y Saneamiento (EPMAPS) por proporcionar los
pérdidas menores en la línea de conducción su-
datos, logística y personal de campo.
perior sigue presentando presiones negativas en
Referencias
una longitud total de 5482.58 m donde se reco-
mienda realizar un estudio a profundidad para
[1]
Naciones Unidas ONU.
(2010).
El dere-
realizar un cambio de trazado de la tubería en
cho humano al agua y saneamiento. Nacio-
los respectivos tramos, siendo necesario comple-
mentar esta alternativa con la ejecución de otras
un.org/ga/search/view_doc.asp?symbol=A/
soluciones.
RES/64/292&Lang=S
La solución más viable para aumentar la capaci-
[2]
EPMAPS. (2011). Resumen Ejecutivo Plan
dad hidráulica de la línea de conducción superior
Maestro de Agua Potable. Quito.
a 1930 l/s es la instalación de una booster en el
[3]
EPMAPS. (2006a). Fase I Diagnóstico y formu-
nodo PI-1 ubicado en la abscisa 2+098, donde
lación de alternativas Volumen No 1. Quito.
la altura de bombeo es 30 mca para un caudal
de diseño igual a 2000 l/s, garantizando de esta
[4]
EPMAPS. (2006b). Fase I Diagnóstico y formu-
manera una presión mínima de 3 m en todos los
lación de alternativas, resumen ejecutivo. Quito.
puntos aguas abajo de su instalación y operando
[5]
Te New Zealand Water and Wastes Associa-
entre los caudales de 1930 l/s y 1300 l/s.
tion. (2009, April). National Modelling Guide-
B. Recomendaciones
lines Water Distribution Network Modelling.
Modelling Special Interest Group.
Realizar mantenimiento periódico de todos los
componentes del sistema, con especial enfoque a
[6]
Water Authorities Association y Water Research
disminuir la rugosidad de las tuberías y revisar el
Center. (1989). Network Analysis: A Code of
correcto funcionamiento de las válvulas de con-
Practice. Water Research Center.
trol, desagüe y de aire, garantizando su adecuado
[7]
EPMAAP-Q. (2008). Normas de diseño de sis-
funcionamiento con la reducción de las pérdidas
temas de agua potable para la EMAAP-Q. Qui-
de carga.
to: Empresa Metropolitana de Alcantarillado y
Mantenimiento, calibración y encerado de los
Agua Potable.
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