ix. modelación y análisis del sistema de alcantarillado para

IX. MODELACIÓN Y ANÁLISIS DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO PARA
CONDICIONES FUTURAS Y ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.
IX.1. Generalidades.
El TUAVE es un modelo de simulación basado en un planteamiento implícito de las ecuaciones de impulso y
continuidad para tuberías de sección circular. Para mejorar la estabilidad, se emplea el artificio de plantear las
ecuaciones de volúmenes de control con medio tramo de defasamiento.
Este programa se basa en uno similar al elaborado por el Dr. Carlos Cruikshank, para el tránsito de avenidas
en un sistema de ríos.
Con objetivo de validar el modelo, se utilizó información de lluvias y escurrimientos medidos en la cuenca
del colector Derby, en Gran Bretaña, debido a que en México no se dispone aún de datos similares. Los
resultados obtenidos con el programa TUAVE para diez eventos distintos son aceptables, ya que las
diferencias entre gastos calculados y gastos medidos directamente se deben principalmente a errores en la
estimación del volumen de escurrimiento directo.
Para modelar con el programa para el transito avenidas en colectores (TUAVE) se toman las siguientes
consideraciones:
Selección y numeración de los colectores principales:
Sea un sistema de colectores cualquiera. Este sistema puede separarse en dos, que se llamarán I y II, tales que
los colectores que pertenecen al sistema I nunca se conecten entre sí, y lo mismo sucede con los que
pertenecen al sistema II. Entonces los colectores que forman cada sistema aparecen como independientes
entre sí.
Para efectos del programa, los colectores se numeran en orden creciente, de manera que el primer número
asignado a los del Sistema II sean una mayor que el último asignado a los del Sistema I.
Cada colector debe dividirse en tramos tan largos como sea posible, de acuerdo con las restricciones que a
continuación se explican:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Debe considerarse un tramo cada vez que cambie el diámetro del colector.
Se cambie también de tramo cada vez que exista un cambio importante de pendiente.
A un tramo cualquiera no le debe llagar más de dos tramos de otros colectores y, siempre que sea posible,
no más de uno.
Cada río (entendiéndose éste como un colector dividido en toda su longitud en tramos consecutivos),
debe estar formado cuando menos por dos tramos aunque es conveniente que el principal tenga unos ocho
tramos y sus afluentes (afluente debe entenderse el o los colectores que descargan a un principal, cuya
función es captar sus descargas de éstos) de tres a cuatro.
Es conveniente que las longitudes de los tramos sean semejantes entre sí. En general se recomienda que
la relación entre la longitud del tramo más largo y del más corto sea menos de 6 unidades.
Aún cuando teóricamente el programa admite que la frontera de aguas debajo de un colector cualquiera
esté definida por el tirante crítico, en ocasiones esta condición obliga a utilizar intervalos de tiempo muy
pequeños (sobre todo cuando las condiciones iniciales no son muy exactas), a fin de evitar resultados
oscilantes. Por ésta razón, se decide a la utilización de un tramo adicional ficticio con pendiente alta y
una frontera de tirante igual al diámetro del tramo ficticio.
Las consideraciones anteriores tienden a hacer compatibles los requerimientos para obtener resultados
precisos y simplificar el problema, evitando tener tiempos de cálculo y necesidades de memoria en la
computadora que podría resultar prohibitivos.
Conforme a la configuración actual de la red de alcantarillado sanitario de la ciudad, se seleccionaron los
principales colectores del sistema, procediendo posteriormente a dividir y numerarlos en tramos según las
consideraciones y criterios mencionados en el párrafo anterior.
Se ha calibrado el modelo matemático TUAVE para analizar las condiciones actuales y futuras de
funcionamiento, para así establecer las alternativas de solución y/o mejoramiento para condiciones a corto y
mediano plazo.
Para llevar a cabo la simulación del sistema de alcantarillado sanitario de la Ciudad de Sonoyta, se procedió a
dividir y numerar el sistema de colectores principales en tramos considerando los siguientes parámetros:
i) Longitud del Tramo
ii) Diámetro de la tubería
iii) Material de la tubería
iv) Pendiente
v) Coeficiente de Manning
vi) Hidrogramas Laterales
En este caso específico no se analizó el parámetro de infiltración ya que no es significativo su aportación
debido a que el nivel freático se encuentra muy por debajo del nivel de desplante de los colectores.
Descripción de cada uno de los parámetros que intervienen:
i) Longitud del Tramo, distancia entre pozos en (m).
ii) Diámetro de la tubería, es el diámetro nominal en (m)
iii) Material de la tubería, es importante ya que está relacionado con el coeficiente de rugosidad de Manning
iv) Pendiente, es la pendiente del tramo analizado
v) Coeficiente de Manning, es un coeficiente de fricción o resistencia al flujo y depende éste del material de
la tubería.
vi) Hidrogramas Laterales, son hidrogramas de ingreso al sistema y se calculan para cada tramo del sistema.
Se obtuvieron éstos mediante la curva de demandas de agua potable para poblaciones pequeñas, aplicándole
un coeficiente de aportación del 75%, para obtener de esta forma el hidrograma para aguas residuales. Se
tomo la curva de demandas de las Normas de la Comisión Nacional del Agua.
Tomando en consideración el plano de densidades de población, las dotaciones de agua y la curva de
demandas de agua potable para pequeñas poblaciones; Se asocio a cada tramo de colector un área de
influencia, con la finalidad de obtener las solicitaciones en cada tramo del sistema, es decir, los gastos a
desalojar durante las 24 hrs.; es así como, se determina las solicitaciones para los distintos períodos de tiempo
para el análisis del sistema de alcantarillado.
Posteriormente una vez obtenidos los parámetros antes citados procedemos a realizar las simulaciones, para
cada uno de los períodos correspondientes.
IX.2. Modelación en Condiciones Actuales.
Conforme a la configuración actual de la red de alcantarillado sanitario de la ciudad, se ha calibrado el
modelo matemático TUAVE para analizar las condiciones actuales y futuras de funcionamiento, para así
establecer las alternativas de solución y/o mejoramiento para condiciones a corto y mediano plazo.
De los resultados obtenidos en la simulación de la red de alcantarillado sanitario para las condiciones actuales,
se puede observar que los tramos 44, 45 y 46 tienen deficiencias en su funcionamiento. El diámetro actual de
estos tramos es de 38 cms.
Con el objeto de mejorar la eficiencia en los tramos antes mencionados, se analizó la alternativa de cambiar a
un diámetro mayor de 45 cms. Bajo estas condiciones se efectuó la simulación del sistema, encontrándose que
la eficiencia se incrementa de un 58% que se tiene actualmente, a un 69% aproximadamente.
IX.3. Modelación en Condiciones Futuras (años 2005, 2010, 2015 y 2020).
Con el objeto de mejorar la eficiencia en los tramos antes mencionados, se analizó la alternativa de cambiar a
un diámetro mayor de 45 cms. Bajo éstas condiciones se efectuó la simulación del sistema, encontrándose que
la eficiencia se incrementa de un 58% que se tiene actualmente, a un 69% aproximadamente. Con éstos
cambios propuestos, y considerando el crecimiento de la población para el año 2,005, se realizó nuevamente
la simulación de la red.
Para éste caso se observó en los resultados obtenidos que los tramos de atarjea identificados con los números
65 y 66 presentan deficiencias en su funcionamiento para un diámetro de 20 cms. Posteriormente se procedió
a analizar la red considerando un aumento de diámetro a 25 cms. para dichos tramos, con lo cual se
obtuvieron mejoras considerables en el funcionamiento.
A continuación, se realizó el análisis de la red para el año 2,010. De los resultados obtenidos se observa que
los tramos de la red identificados con los números 61 y 62 presentan problemas en su eficiencia, los cuales
actualmente tienen un diámetro de 30 cms. Modificando éste diámetro a 38 cms. se observa un incremento en
la eficiencia del 60% al 70% aproximadamente, según se puede observar en los resultados de la simulación
correspondiente a éste período.
En cuanto a la simulación para el año 2,015, se pudo observar que los tramos con deficiencias fueron los Nos.
38, 39 y 40, cuyos diámetros son de 20 cms. para los dos primeros y de 30 cms. para el último. Para el
mejoramiento de estos tramos se incrementó el diámetro a 38 cms., con lo cual se obtiene una mejora en su
eficiencia del 62% al 69% aproximadamente.
Por último, para el año 2,020, de acuerdo a los resultados obtenidos en la simulación, no se observan tramos
con deficiencias importantes.
Los números de tramos que presentan problemas se citan en los párrafos anteriores de forma porcentual, lo
que significa que se tendría en un momento dado problemas de conducción para el período correspondiente,
por consiguiente se concluye que se debe de sustituir el diámetro del tramo de tubería en cuestión a un
diámetro superior inmediato al utilizado actualmente.
IX.4. ALAMBRADO DE LA RED DE ALCANTARILLADO
SANITARIO PARA SIMULACION
IX.5. SIMULACION DE LA RED PRIMARIA DE DRENAJE SANITARIO
PLANO
IX.5.1. HIDROGRAMAS DE ENTRADA-ACTUAL
IX.5.2. HIDROGRAMAS DE ENTRADA-FUTURO
IX.5.3. LISTADOS DE SIMULACIONES