Modeling and calibration of residual chlorine in Epanet software. Case study: Town of Villa de Leyva (Boyacá, Colombia)
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Corporación Universitaria Minuto de Dios-UNIMINUTO
Abstract
The supply of the aqueduct service integrates an essential factor to access a basic level of quality of life and so avoid the transmission of pathogenic diseases in the population. Within the purification of water resources, the physicochemical process “disinfection” is developed in the treatment plants, where the applied concentration is implemented by the trial method without taking into account the behavior of the disinfectant in the aqueduct networks. Therefore, in the following research developed in the town of Villa de Leyva (department of Boyacá, Colombia) in 2019, the behavior of free residual chlorine in the pipes of the supply network is explained, through the modeling and calibration of 3 stages in the Epanet software, according to the variation of the reaction coefficients (KWall), (KBulk) and the roughness-wall reaction correlation coefficient (F). Carrying out the hydraulic and quality calibration process, in stage n°. 1, a percentage of error between the read and computed values of 11 % for the pressures and 0.3% for the chlorine levels was obtained, according to the coefficients (KWall) y (KBulk) de -0.65 y (F) -2.88 that model the supply network. Having calibrated the first stage, the coefficients obtained were used to start the modeling of the second and third stages. For the case study, it was observed that the behavior of free residual chlorine varies according to the pressures during the day, in the peak consumption intervals the pressures decrease and the levels of the disinfectant increase, due to the fact that the flow is transported with greater rate through the pipes generating less reaction of the chemical agent.
La prestación del servicio de acueducto integra un factor esencial para acceder a un nivel básico de calidad de vida y así evitar la transmisión de enfermedades patógenas en la población; dentro de la potabilización del recurso hídrico se desarrolla en las plantas de tratamiento el proceso físico químico “desinfección”, donde la concentración aplicada se realiza por el método de tanteo sin tener en cuenta el comportamiento que tiene el desinfectante en las redes del acueducto. En este sentido, en la siguiente investigación desarrollada en el municipio de Villa de Leyva, Boyacá, Colombia en el 2019, se explica el comportamiento que presenta el cloro residual libre en las tuberías de la red de abastecimiento, mediante la modelación y calibración de 3 escenarios en el software Epanet, de acuerdo con la variación de los coeficientes de reacción (KWall), (KBulk) y el coeficiente de correlación rugosidad-reacción en la pared (F). Realizado el proceso de calibración hidráulica y de calidad, en el escenario número 1 se obtuvo un porcentaje de error entre los valores leídos y computados del 11% para las presiones y 0.3% en los niveles de cloro, de acuerdo con los coeficientes (KWall) y (KBulk) de -0.65 y (F) -2.88 que modelan la red de abastecimiento. Teniendo calibrado el primer escenario, se utilizaron los coeficientes obtenidos para iniciar la modelación del segundo y tercer escenario. Para el caso de estudio se observó que el comportamiento del cloro residual libre varía según las presiones durante el día, en los intervalos pico de consumo las presiones disminuyen y los niveles del desinfectante aumentan, debido a que el caudal se transporta con mayor velocidad por las tuberías generando menor reacción del agente químico.
A prestação do serviço de aqueduto integra um factor essencial para aceder a um nível básico de qualidade de vida e assim evitar a transmissão de doenças patogénicas na população. No âmbito da purificação do recurso hídrico, desenvolve-se o processo físico-químico “desinfecção em estações de tratamento”, no qual a concentração aplicada é realizada pelo método de apalpação, sem levar em conta o comportamento do desinfetante nas redes de aquedutos. Portanto, na seguinte pesquisa desenvolvida no município de Villa de Leyva (departamento de Boyacá, Colômbia) em 2019, é explicado o comportamento do cloro residual livre nas tubulações da rede de abastecimento, através da modelagem e calibração de 3 cenários no software Epanet, de acordo com a variação dos coeficientes de reação (KWall), (KBulk) e do coeficiente de correlação rugosidade-reação na parede (F). Feito o processo de calibração hidráulica e de qualidade, no cenário n°. 1 obteve-se um percentual de erro entre os valores lidos e calculados de 11% para pressões e 0,3% para níveis de cloro, conforme os coeficientes (KWall). (KBulk) de -0,65 e (F) -2,88 que modelam a rede de abastecimento. Após calibrado o primeiro cenário, os coeficientes obtidos foram utilizados para iniciar a modelagem do segundo e terceiro cenários. Para o estudo de caso observou-se que o comportamento do cloro residual livre varia de acordo com as pressões durante o dia, nos intervalos de pico de consumo as pressões diminuem e os níveis do desinfetante aumentam, pois o fluxo é transportado com maior velocidade através as tubulações gerando menor reação do agente químico.
La prestación del servicio de acueducto integra un factor esencial para acceder a un nivel básico de calidad de vida y así evitar la transmisión de enfermedades patógenas en la población; dentro de la potabilización del recurso hídrico se desarrolla en las plantas de tratamiento el proceso físico químico “desinfección”, donde la concentración aplicada se realiza por el método de tanteo sin tener en cuenta el comportamiento que tiene el desinfectante en las redes del acueducto. En este sentido, en la siguiente investigación desarrollada en el municipio de Villa de Leyva, Boyacá, Colombia en el 2019, se explica el comportamiento que presenta el cloro residual libre en las tuberías de la red de abastecimiento, mediante la modelación y calibración de 3 escenarios en el software Epanet, de acuerdo con la variación de los coeficientes de reacción (KWall), (KBulk) y el coeficiente de correlación rugosidad-reacción en la pared (F). Realizado el proceso de calibración hidráulica y de calidad, en el escenario número 1 se obtuvo un porcentaje de error entre los valores leídos y computados del 11% para las presiones y 0.3% en los niveles de cloro, de acuerdo con los coeficientes (KWall) y (KBulk) de -0.65 y (F) -2.88 que modelan la red de abastecimiento. Teniendo calibrado el primer escenario, se utilizaron los coeficientes obtenidos para iniciar la modelación del segundo y tercer escenario. Para el caso de estudio se observó que el comportamiento del cloro residual libre varía según las presiones durante el día, en los intervalos pico de consumo las presiones disminuyen y los niveles del desinfectante aumentan, debido a que el caudal se transporta con mayor velocidad por las tuberías generando menor reacción del agente químico.
A prestação do serviço de aqueduto integra um factor essencial para aceder a um nível básico de qualidade de vida e assim evitar a transmissão de doenças patogénicas na população. No âmbito da purificação do recurso hídrico, desenvolve-se o processo físico-químico “desinfecção em estações de tratamento”, no qual a concentração aplicada é realizada pelo método de apalpação, sem levar em conta o comportamento do desinfetante nas redes de aquedutos. Portanto, na seguinte pesquisa desenvolvida no município de Villa de Leyva (departamento de Boyacá, Colômbia) em 2019, é explicado o comportamento do cloro residual livre nas tubulações da rede de abastecimento, através da modelagem e calibração de 3 cenários no software Epanet, de acordo com a variação dos coeficientes de reação (KWall), (KBulk) e do coeficiente de correlação rugosidade-reação na parede (F). Feito o processo de calibração hidráulica e de qualidade, no cenário n°. 1 obteve-se um percentual de erro entre os valores lidos e calculados de 11% para pressões e 0,3% para níveis de cloro, conforme os coeficientes (KWall). (KBulk) de -0,65 e (F) -2,88 que modelam a rede de abastecimento. Após calibrado o primeiro cenário, os coeficientes obtidos foram utilizados para iniciar a modelagem do segundo e terceiro cenários. Para o estudo de caso observou-se que o comportamento do cloro residual livre varia de acordo com as pressões durante o dia, nos intervalos de pico de consumo as pressões diminuem e os níveis do desinfetante aumentam, pois o fluxo é transportado com maior velocidade através as tubulações gerando menor reação do agente químico.