masterThesis
La macromedición de tipo proporcional como una herramienta para la gestión del agua en acueductos de pequeñas localidades y/o zonas rurales
Autor
Fuentes Barrera, Guillermo Andrés
Institución
Resumen
Una adecuada gestión del agua se debe basar en la medición de los caudales que circulan en los diferentes procesos de un sistema de abastecimiento (captación, tratamiento, almacenamiento y distribución) y a partir de estas mediciones evaluar la cantidad disponible y planear estrategias para mejorar el sistema. En la presente investigación se calibró un medidor de agua de tipo proporcional de tal manera que se convierta en una alternativa tecnológica de medición confiable, de bajo costo y fácil construcción y mantenimiento para los sistemas de aprovisionamiento de agua de pequeñas localidades y/o zonas rurales. Proporcionando una herramienta que puede mejorar considerablemente la gestión técnica y el control en la reducción de las pérdidas de agua en estos sistemas de abastecimiento de agua. La investigación se dividió en 2 fases; en la primera fase se calibró el medidor de agua de tipo proporcional en laboratorio y se determinó el caudal de funcionamiento del medidor (4.03 ¿ 18 m3/h), con un promedio de error demasiado alto (estimado en 21%). Por tal razón se evaluaron intervalos de caudal más pequeños, con su respectivo modelo de regresión determinando el error en cada intervalo. A partir de esta información se determinó el caudal óptimo de funcionamiento es con caudales mayores a 9.21 m3/h con un error en la medición de 8.2%. Seguidamente en el acueducto de la vereda Mundo Nuevo se realizó la segunda etapa de la investigación que consistió en la calibración del medidor de agua en campo mediante la validación de los modelos de regresión determinados en laboratorio. El lugar seleccionado tiene un caudal que varía entre 4.0 ¿ 4,5 l/s, correspondiendo al modelo de regresión determinado para el intervalo de caudal 14.43 ¿ 18.00 m3/h. Como resultado se obtuvo que él 98.5% de los residuos de la 11 diferencia entre el volumen registrado por el medidor de flujo ultrasónico portátil, instalado como testigo y el volumen pronosticado por el modelo de regresión está ± 2 desviaciones estándar, por tanto el modelo de regresión se considera válido para el pronóstico del volumen de agua que circula por la tubería. Una vez concluida la etapa calibración y validación en campo se procedió a diseñar y elaborar un manual que contiene la metodología para la construcción, montaje y calibración de un medidor de agua de tipo proporcional para tuberías de 4 pulgadas. Adicionalmente se determinó que el costo de construcción, montaje y
mantenimiento del medidor es 2.45 veces menor que un medidor de agua mecánico (volumétrico – velocidad) convirtiéndose en una alternativa de medición de caudal que puede ser instalada en diferentes lugares del sistema de abastecimiento de agua de pequeñas localidades o zonas rurales. Finalmente se determinó que la variable física que más afectó el medidor de agua
de tipo proporcional es la calidad del agua, debido a una reducción del área de paso en el interior del mismo y la obstrucción de las partes móviles del medidor causado por la acumulación de sedimentos. De igual manera es importante mencionar que la calibración del medidor de agua se realizó con unos criterios de
construcción específicos, por tal razón, el cambio en cualquiera de sus componentes, afectaría directamente el porcentaje de error calculado para cada modelo de regresión, exigiendo de nuevo la calibración de este en laboratorio y en campo. Appropriate water management should consider the measurement of the inflow that goes through different processes in a water supply system (captation, treatment, storage and distribution) and therefore, the evaluation of the available quantity of water to plan strategies to improve the system. During this research a prototype of a proportional meter device was calibrated in order to establish a reliable, low-cost, easily constructive and low maintenance alternative of flow measurement for rural communities or small towns. It can be said, that it is an affordable tool to improve the technical water management and reduce water leaks in water supply systems.
The investigation was divided into 2 phases, the first stage was calibrated a proportional flow meter device laboratory and the flow rate of the device was determined (a range between 4.03-18 m3/h) with a too high average error of 21%. For that reason, and in order to reduce the error, smaller flow intervals were built finding in this way a regression model and the error for each one of them. Finally,
using this information, an optimal flow of 9.21 m3/h with an error of 8.02% was determined. Then, in the rural area of “Mundo Nuevo” the proportional meter device was calibrated using a validating regression model found in the laboratory. In the Mundo Nuevo’s water supply system the flow is between 4.0 – 4,5 l/s, which is related to the regression model for the flow rate of 14.43 – 18.00 m3/h. As a result, it was obtained that 98,5% of the difference between the volume of the portable ultrasonic flow meter and the volume that initially was prognosticated by the regression model is about ± 2 standard deviation. Therefore, the regression model is valid for the water volume that was prognosticated and that flows in the pipe. When the calibrating process was finished a manual for constructing, ensambling and calibrating the proportional water meter device for 4” pipes was elaborated. Additionally, it was determinated that cost of construction, ensambling, operation and maintenance of the device is 2,45 times lower than a mechanical water meter device (volumetric-velocity), thus, it is an alternative for flow measurement that can be installed in different places of the water supply system in rural communities or
small towns. Finally, it is clear that the physical factor that most affects the proportional meter device is water quality, due to the reduction of the flow area in the device attributed to sediments accumulation and the obstruction of its small parts. In the same way,
it is important to say that flow meter calibration was made with specific construction
items, for that reason, any change on its parts affects the calculated percentage
error for each regression model, and thus, a new calibration must be made.