Mejoramiento del sistema de captación de agua potable del municipio de Cunduacán

Transcripción

1 Mejoramiento del sistema de captación de agua potable del municipio de Cunduacán M.I.H Miguel Ángel Balladares Sánchez Dr. Fabián Rivera Trejo MC Ernesto Alonso Rodríguez Moguel Resumen Es común en el Estado de Tabasco, que las captaciones para suministro de agua potable sean colocadas sobre una estructura tubular, instalada ésta dentro del cauce de los ríos. Dichos sistemas tienen como inconveniente la dificultad para adaptarse a los diferentes niveles que se presentan en el cauce debido a las condiciones naturales del río; además, tienen problemas de arrastre de sedimentos, vibración y taponamiento de la succión debido a materiales sólidos arrastrados por la corriente. Todo lo anterior tiene como consecuencia interrupciones del suministro de agua hacia la planta de tratamiento, altos costos de operación e insatisfacción de los usuarios. El presente trabajo explora un modelo de captación excavado dentro del cauce, el cual consiste en dos tubos concéntricos rellenos de material granular y agujerados que hacen la función de filtro y que permite colocar la succión incluso por debajo del nivel mínimo del río. Con esto se pretende reducir el movimiento de las bombas, evitar el arrastre de sedimentos y los taponamientos. Lo anterior garantizará un suministro de agua constante. Introducción La planta potabilizadora de la ciudad de Cunduacán, Tabasco, fue construida durante el periodo Desde entonces, la ciudad ha sido beneficiada con el suministro de agua potable proveniente de la planta; sin embargo, este suministro se interrumpe constantemente debido a problemas en el sistema de captación. La obra de captación de la Planta Potabilizadora de Cunduacán se ubica sobre la margen izquierda del Río Samaria, a una distancia aproximada de 4.5 km. de la unidad de potabilización, proveyéndole un flujo para tratamiento estimado en 50 litros/seg. Abasteciendo a Semana de Divulgación y Video Científico

2 una población aproximada de habitantes en la cabecera municipal, durante 365 días al año en un horario continuo. Dicha obra, al igual que otras instaladas en el estado de Tabasco, posee características particulares en su diseño: esta instalada en la margen inmediata del cauce, se compone de una estructura metálica apoyada en el fondo del río sobre la que se instalan las bombas de tipo vertical, que dotan a la planta de tratamiento del flujo requerido para abastecer la demanda de la ciudad. En tierra firme se ubica la subestación eléctrica en la que se incluyen los arrancadores de los motores y demás implementos para la operación del sistema. Existen antecedentes en el Sistema de Agua Potable y Alcantarillado del Estado de Tabasco (SAPAET) sobre los problemas más comunes de este tipo de plantas, entre los que se destacan: ruptura de columnas por vibración, deterioro de las bombas por el manejo de arena, asolve del sistema de tratamiento debido a los sólidos bombeados, variación continua de la carga de succión de las bombas, taponamiento de la succión por basura y socavación al pie de la estructura que pone en riesgo el sistema completo. El problema más grave es el bajo tirante del cauce y las excesivas maniobras de ajuste de la succión de las bombas, que en muchos casos deben ser removidas del lugar por no contar con el nivel de agua mínimo de trabajo. Este fenómeno es común durante la época de estiaje, por lo que el problema de interrupciones del servicio de agua potable en la ciudad se agrava. A este respecto se han realizado varias propuestas de mejora, entre ellas se destacan las siguientes: Dragado continuo en la zona de azolve. Ventajas: Mantiene el nivel del agua en la zona en el rango de operación de las bombas. Desventajas: Operación continua y probable afectación al puente ubicado aguas abajo. Construcción de una obra civil de captación lateral con un tanque de almacenamiento. Ventajas: Asegura el nivel de operación de las bombas y el suministro de agua. Desventajas: Alto costo Construcción de un pozo excavado dentro del cauce. Ventajas: Mantiene el nivel del agua constante y su construcción es de bajo costo. Desventajas: Probable saturación de arena, falta de conocimiento sobre su funcionamiento y diseño. Semana de Divulgación y Video Científico

3 El presente trabajo explora las posibilidades del la Construcción de un pozo excavado dentro del cauce. Objetivo General Mejorar el sistema de captación de agua potable en el Municipio de Cunduacán, Tabasco, a través de un pozo excavado en el cauce, el cual será diseñado y validado mediante pruebas de laboratorio realizadas en un modelo físico reducido. Materiales y métodos Se realizaron visitas a las captaciones de Cunduacán y Cárdenas Tabasco para conocer a detalle la problemática. Se construyeron en laboratorio dos modelos para realizar pruebas de permeabilidad [3]. Se realizaron pruebas de granulometría al material del cauce. Se construyó un modeló dentro del cauce, se varió el nivel del cauce y se le extrajo el gasto de equilibrio para cada valor de tirante. Se valoró al final de la prueba el arrastre de sedimentos y la erosión alrededor del tubo. Los medios de filtración fueron grava y arena combinados, y grava solamente [4]. Se valoró la erosión alrededor del modelo y la naturaleza de las líneas de flujo alrededor de éste utilizando confeti en la prueba [5]. Resultados En la tabla 1, se muestran los datos del prototipo y su relación contra los datos del modelo. Donde se obtiene la misma densidad de agujeros (ag) por metro cuadrado tanto en el modelo como en el prototipo. Semana de Divulgación y Video Científico

4 Tabla 1. Datos de Modelo y prototipo DATOS DEL MODELO Y PROTOTIPO ESCALA:1:10 Diám etro Longitud Diám etro de agujeros Densidad MODELO m 0.50 m 5.0x10-5 m ag/m2 PROTOTIPO 1.01 m 5.0 m 5.0x10-5 m ag/m2 En la tabla 2. Se reportan los valores medidos de gasto sólidos que son captados por el sistema. ARRASTRE DE SEDIMENTOS tiempo de tiempo de Sedimentos sedimentos bombeo en bombeo depositados en el correspondientes modelo correspondiente modelo (m3) al prototipo (m3) Filtro al prototipo Grava-arena 1 hr 3.16 hr x Grava 1 hr 3.16 hr x Tabla 2. Medición de transporte de sedimentos En la figura 1 se muestra la evolución del gasto por unidad de área con respecto al tirante, es interesante hacer notar que existe una relación directa entre el gasto de extracción por unidad de área y el tirante que se mantiene en la columna. En la figura 2 se muestra la evolución del gasto de extracción contra los tirantes. En esta figura se hace evidente la dependencia que existe entre el nivel mínimo que debe mantenerse para asegurar la extracción demandada. Es a partir de esta figura que se emitirán los criterios de diseño. Gasto/m 2 vs Tirante (Modelo) Ga st o v s Tir a nt e ( M ode l o) Gasto (lt/min/m 2 ) Tirante (cm) Prueba No. 2 Filtro arena y grava Prueba No. 3 Filtro grava Figura 1. Gasto por unidad de área Figura 2. Gasto de captación contra el tirante Ti r a nt e ( c m) Prueba 2 Filtro arena y grava Prueba 3 Filtro grava Semana de Divulgación y Video Científico

5 Conclusiones La instalación de galerías verticales dentro del cauce resulta la opción más apropiada, desde el punto de vista hidráulico, para resolver el problema de las captaciones diseñadas para tomar el fluido directamente del río por las razones siguientes: El proceso constructivo es mas sencillo que cualquier otro tipo de obras. El diseño del tubo de la galería puede prolongarse por encima del nivel del tirante máximo para proteger las columnas en las grandes avenidas. Aún cuando se tengan tirantes mínimos, se tendrá un nivel suficiente en la succión de las bombas. Lo anterior requiere del conocimiento previo de la permeabilidad del material del fondo del cauce y los gastos de diseño. A partir de este estudio es posible dimensionar la geometría y profundidad a la que debe incarse la tubería, para satisfacer una demanda de diseño. Referencias Gabriel Echávez Aldape (1996) Introducción a los modelos hidráulicos de fondo fijo y a la ingeniería experimental. UNAM-CONACYT-Asociación Mexicana de Hidráulica. Pp México. Claudio Mataix (1982). Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, Segunda edición,harla. México Enrique César Valdez (1990) Abastecimiento de agua potable, Volumen I UNAM, Facultad de Ingeniería, División de Ingeniería Civil, Topografía y Geodésica, Departamento de Ingeniería sanitaria. Pp México,. Blanca E. Jiménez Cisneros (2000) Filtración de agua Series del Instituto de Ingeniería de la UNAM 572. Mexico. Jack P. Hollman, Métodos experimentales para ingenieros, 4ª. Ed. Mc Graw Hill Semana de Divulgación y Video Científico