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Cómo identificar tuberías tipo "puente" y ubicar elementos de control

Sobre el blog

Oscar Vegas Niño
MSc. Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente (UPV) Especialista en hidráulica urbana, riego a presión, recursos hídricos, SIG, y programación
  • Cómo identificar tuberías tipo "puente" y ubicar elementos control

El primer paso para diseñar una Red de Distribución de Agua Potable (RDAP) es definir el trazado de las tuberías, que a su vez van a depender de las condiciones topográficas del terreno y de la densidad poblacional. Para ello, existen tres formas posibles de configurar el trazado de una red: mallada, ramificada y mixta. Las redes malladas frente a las ramificadas ofrecen una mayor seguridad en el suministro de agua en caso de producirse una avería o corte en el servicio, reducen los tiempos de permanencia del agua en la red y disminuye las pérdidas de carga consiguiendo presiones más equilibradas. Por contra, el presupuesto de la obra es mayor. Por ello, la mayoría de las RDAP son mixtas.

Clasificar las tuberías por su topología (rama o malla), puede servir de gran ayuda para identificar tuberías tipo "puente" y para ubicar elementos de control. Esta clasificación que se propone para identificar las tuberías tipo rama o malla tiene doble propósito. Es decir, si el interés es realizar un análisis de la fiabilidad de la red ante la rotura de una o varias tuberías, conviene identificar las tuberías ramificadas como aquellas que no forman parte de un ciclo o mallado. Esto permite visualizar sobre el mapa grupos de bloques de tuberías malladas y aisladas, cuya unión dependa de las tuberías tipo “puente”. De esta forma, podemos identificar rápidamente aquellas tuberías “críticas” que pueden aislar una buena parte de la red y quedarse sin suministro de agua en caso de una avería. En cambio, si se busca realizar propuestas para ubicar sensores, válvulas reductoras de presión o delimitar sectores hidráulicos, conviene identificar como tuberías ramificadas solo los ramales, así, se evita la “desconexión” de los bloques de tuberías malladas al momento de ocultar las tuberías ramificadas. La presencia de tuberías o válvulas cerradas puede cambiar la clasificación de las tuberías como malladas o ramificadas.

En la imagen siguiente, se puede ver dos redes. La red clasificada con el tipo A, sería la correcta para ubicar sensores, válvulas reductoras de presión o ubicar elementos delimitadores de los sectores hidráulicos, mientras que la red clasificada con el tipo B sería idónea para identificar tuberías críticas para un análisis de fiabilidad de la red (roturas de tuberías).

Para conseguir clasificar la red de tuberías de tipo malla y rama para el caso de la red tipo A y tipo B, se desarrolló una herramienta desde el entorno de programación de Visual Studio 2022 (.NET) para recuperar la información de entrada de un fichero .INP con la librería de Epanet (v2.2) y para almacenar los resultados en unos ficheros Shapefile con la librería shapelib. Para explorar la red se utilizaron los algoritmos de exploración de la teoría de grafos. La interfaz gráfica tiene el siguiente aspecto. Para descargar la aplicación, puede hacer clic AQUÍ.

Caso de estudio 1

El esquema de red que se muestra a continuación pertenece a un sistema de suministro de agua de España. Después de ejecutar el algoritmo, la aplicación nos dice que el 40% de las tuberías forman ramificaciones (de color verde claro) y el 60% forman mallas (de color azul). Este tipo de clasificación sería la que se utiliza para proponer ubicar sensores o elementos de control.

Ahora, si lo que buscamos es identificar aquellas tuberías tipo “puente” que puedan causar un desabastecimiento de agua en alguna zona de la red si se produce una rotura en alguna de ellas, la aplicación nos determina que el 55% de las tuberías son tipo rama (de color verde claro) y el 45% son tipo malla (color azul). Ver figura siguiente

Ante una posible rotura de este tipo de tubería, conviene estudiar la fiabilidad del sistema mediante el cierre de tuberías tipo “puente” y posteriormente ejecutar simulaciones hidráulicas para evaluar el comportamiento de la red.

Caso de estudio 2

El siguiente caso es una red de un municipio de la Ciudad de México. Después de aplicar el algoritmo y clasificar a las tuberías por ramas y mallas, según el propósito de estudio, los resultados se pueden ver en las figuras siguientes. Si el propósito es ubicar elementos de control, el resultado obtenido es el de la Figura A. En cambio, si el propósito es poder realizar un análisis de fiabilidad, el resultado obtenido es el de la Figura B.

Ambos esquemas nos demuestran que la red es casi totalmente mallada, esto nos indica que la herramienta no puede ayudarnos en ninguno de los propósitos de estudios. Por lo tanto, se deben desarrollar otros métodos apoyados en el árbol de expansión y el conjunto de corte de la teoría de grafos, para identificar posibles combinaciones de tuberías que pueden verse afectadas por una avería y dejar algunas zonas de la red desabastecidas.