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Universidad del Norte División de Ingenierías Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Acueductos y Alcantarillados Augusto Sisa Segundo Semestre 2017

Diseño de redes cerradas Nombres:  

Esta actividad es en tríos. Debe enviar su archivo en INP (INP no NET, use la opción export)

Student Outcome Esta asignatura y sus evaluaciones tienen como objetivo el desarrollo de los siguientes Student Outcomes (SO): a) Capacidad de aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencia e ingeniería. c) Capacidad de diseñar un sistema, componente o proceso deseado para satisfacer las necesidades con limitaciones reales, tales como económicas, ambientales, sociales, políticas, éticas, de salud y seguridad, de fabricación y de sostenibilidad. a) c) PI1: Aplicar conocimientos de matemáticas PI1: Identificar las necesidades del usuario y los (derivadas, integrales, vectores, transformadas, requisitos con sus valores adecuados, y las restricciones (técnicas, económicas y /o etc) para solución de problemas. ambientales) para el sistema, proceso o componente PI2: Aplicar conocimientos de física, química, PI2: Generar y seleccionar una solución de biología (leyes del movimiento, de electricidad y diseño mediante el análisis de diferentes magnetismo, calor y ondas, ecuaciones de estado, alternativas teoría atómica, conservación de la vida…) para solución de problemas PI3: Aplicar conocimientos de ciencias básicas PI3: Diseñar la solución en detalle de ingeniería( estática, dinámica, ciencia de los materiales, fluidos, termodinámica, estadística, algoritmia…)para solución de problemas En gris se han marcado los elementos de la rubricas incluidos en esta evaluación.

1 Diseño de acueductos Dentro de la documentación adjunta se incluye una red en Epanet y las reglas del concurso “La batalla de las redes de distribución de agua” realizado en 2012 y en el cual se pretendía probar diferentes algoritmos de diseño (http://www.wdsa2012.com/btn.html). Para esta actividad en especial se utilizaran algunos de los criterios de evaluación de la batalla pero no la totalidad de los mismos. En particular el diseño será analizado por costos de capital y operación y por edad del agua, sin tener en cuenta los problemas de gases de efecto invernadero ni apagones.

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Como criterios de diseño se pueden alterar las tuberías existentes o instalar nuevas tuberías solamente en paralelo a las existentes, pero no se pueden eliminar las que ya están con las excepciones mostradas en el documento. Como parte del diseño también se pueden modificar los tanques ampliándolo o construyendo nuevos pero en la misma área. También se pueden modificar las bombas pero solamente utilizando el listado disponible de las mismas.

a) (SOC E2) Propuesta de diseño (Debe incluir el archivo *.inp, los graficas y/o tablas de resultados relevantes mostrando la calidad de su diseño) OJO: Es un INP no un NET (use la opción exportar del menú) Con el fin de cumplir con las consideraciones dadas en cuanto a demanda, presión y demás , los cambios realizados a la red dada son los siguientes: 1. Cambio y/o diseño de nuevas tuberías: Se agregó nuevas tuberías en paralelo en los nodos donde la presión era menor a 25 m.c.a, posteriormente se constató que la presión aumentaba en estos nodos. 2. Ampliación del Tanque 7: esta consideración se realizó con el fin de aumentar la 2/5

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presión en los nodos colindantes al tanque, ya que no cumplían con los requisitos de dados en el trabajo, por lo cual, luego de distintas iteraciones se llegó a la conclusión de que su volumen final tendría que ser de 1000 m3 con una altura máxima de 5 m, para poder cumplir con las presiones en los nodos. Compra de bomba: La compra e instalación de un sistema de bombeo en la zona central de la red de distribución dada fue llevada a cabo ya que existían periodos de tiempo en los cuales el nodo J29 no cumplía con las condiciones de diseño, por lo cual, se requirió de una bomba para aumentar la presión en la zona. La bomba comprada es representada con el número 18 y curva número 11, con eficiencia de 75%. Utilización de bombas existentes: Se decidió abrir la bomba número 2, con eficiencia de 65% y curva número 8. Válvula número 15: Se tomó la decisión de abrir la válvula número 15 con el fin de controlar el caudal suministrado a la nueva red en construcción. La válvula cuenta con un diámetro de 102 mm. Incorporación de nuevas tuberías: Con el fin de cumplir con el abastecimiento de agua hacia la nueva zona, las nuevas tuberías construidas son:

Pipe ID Pipe Diameter Pipe Length 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 17 60 21 20 25 26 33 34 35 36 37

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mm 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 203 102 356 152 102 102 305 152 203 102 152

m 328,74 328,98 113,05 310,4 231,1 218,93 259,37 470,52 244,52 393,42 314,33 240,65 293,73 221,76 228,99 133,23 70,36 126,63 127,08 71,81 65,08 295,68 385,56 375,62 674,96

Universidad del Norte División de Ingenierías Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 38 62 39 40 42 16 18 15 19 43

356 203 254 254 254 305 156 406 406 102

Acueductos y Alcantarillados Augusto Sisa Segundo Semestre 2017 173,88 12,01 114,61 12,21 347,84 42,53 336,57 567,3 107,88 42,72

El archivo con el diseño de la red se encuentra adjuntado.

b) (SOC E2) Tabla del resultado de análisis de costos de acuerdo con la tabla en excel suministrada. (OJO SOLO DEBE INCLUIR LAS COSAS NUEVAS O MODIFICADAS).    

Tenga en cuenta que los tanques solo pueden ser ampliados en capacidad, no en altura y solo en los lugares y cantidades definidas en el documento. Las bombas solo pueden ser modificadas con base en las curvas adjuntas al documento en los lugares donde ya existen nuevas bombas. Y de ser necesario solo se pueden instalar nuevas bombas paralelas a la zona. Tenga en cuenta si la válvula N15 será usada o no de acuerdo con la descripción dada en el documento e inclúyala si es necesario en el costo. De acuerdo con la UPME el costo de la electricidad al consumidor final industrial es aproximadamente 12 centavos de dólar / kwh

Minimizing Costs Capital Costs – CAPEX Annual Pipe costs Annual Tank costs Annual Pump costs Diesel Generator costs Valve cost Total Annual capital costs Operational cost – OPEX Annual Pumping cost

TOTAL Annual costs 4/5

$/year $/year $/year $/year $/year $/year $/year

$/year

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Nota: Los dos mejores diseños (correctos) tienen una bonificación. En el presente ítem se incluyen los costos anuales de adquisición de tuberías del distrito nuevo, el tanque y la bomba requerida para cumplir con los requisitos estipulados en la presente actividad.

Minimizing Costs Capital Costs Annual Pipe costs Annual Tank costs Annual Pump costs Diesel Generator costs Valve cost Total Annual capital costs

79453,3478 30640 7358 0 323 117774,3478

$/year $/year $/year $/year $/year $/year

293500,15

$/year

411274,4978

$/year $/year

Operational cost Annual Pumping cost

TOTAL Annual costs TOTAL Annual costs (COP)

1256854,865

Tabla 1: Análisis de costos

Se tiene en cuenta que la empresa de energía suministra energía durante las 24 horas, por lo cual no se calculan costos asociados a diesel.

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