simulaciÓn numÉrica de los procesos de advecciÓn y

SIMULACIÓN NUMÉRICA

DE LOS PROCESOS DE

ADVECCIÓN Y REACCIÓN

DE SULFUROS EN REDES

DE SANEAMIENTO

Universidad Politécnica de Cartagena

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas

Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

Trabajo Fin de Máster

AUTOR:

Francisco Fernandez Baño

DIRECTOR:

Dr. Juan Tomás García Bermejo

Cartagena, mayo de 2019

Índice

ÍNDICE

ÍNDICE DE CAPÍTULOS

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE LOS PROCESOS DE ADVECCIÓN Y REACCIÓN DE SULFUROS EN REDES DE SANEAMIENTO

1. OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE INVESTIGACION .................................................. 1

1.1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO .................................................................................................... 2

2. CARACTERISTICAS DE AGUAS RESIDUALES ...................................................... 4

2.1. COMPOSICION DE LOS CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES ..................................................... 4

2.1.1. Uso doméstico .................................................................................................................................. 4

2.1.2. Uso industrial ................................................................................................................................... 4

2.1.3. Aguas pluviales ................................................................................................................................. 5

2.1.4. Infiltración y aportaciones incontroladas ........................................................................................ 5

2.1.5. Proporción de aguas de abastecimiento que llega a las alcantarillas .............................................. 5

2.2. VARIACION DE LOS CAUDALES DE AGUA RESIDUAL ................................................................ 5

2.2.1. Variaciones a corto plazo. ................................................................................................................ 5

2.2.2. Variaciones estacionales .................................................................................................................. 7

2.2.3. Variaciones industriales ................................................................................................................... 7

2.3. TIPOS DE REDES DE SANEAMIENTO ........................................................................................ 7

2.3.1. Modo de transporte de aguas residuales ........................................................................................ 8

2.3.2. Tamaño y función de la alcantarilla ................................................................................................. 8

2.4. IMPACTOS DE LA URBANIZACIÓN SOBRE LA CALIDAD DEL AGUA ......................................... 10

3. LA FORMACIÓN DE SULFUROS EN LAS REDES DE SANEAMIENTO ................... 14

3.1. GENERACION Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN LAS REDES UNITARIAS ................... 14

3.1.1. Formación de acido sulfhidrico (H2S) ............................................................................................. 14

3.1.2. Los factores que determinan la velocidad de formación de sulfuro .............................................. 17

3.2. CORROSIÓN INDUCIDA POR EL ACIDO SULFHIDRICO EN COLECTORES DE HORMIGON ....... 18

3.3. PREDICCIÓN EMPÍRICA DE SULFUROS ................................................................................... 21

3.3.1. Modelos de predicción de sulfuro tipo ii para conducciones ........................................................ 22

3.3.2. Estimación de sulfuros disueltos en el agua residual y ácido sulfhídrico en la atmosfera de la

conduccion .................................................................................................................................................. 23

4. CALIBRACION DEL METODO NUMERICO DE TRANSPORTE DE

CONTAMINANTES ............................................................................................. 28

4.1. FUNDAMENTOS DEL MODELO DE TRANSPORTE DE CONTAMINATES .................................. 28

Índice

4.1.1. Ecuación de transporte .................................................................................................................. 28

4.2. METODOS DE SOLUCION ....................................................................................................... 29

4.2.1. Metodo diferencias finitas (mdf) ................................................................................................... 31

4.2.2. Metodo volumen discreto (mvd) ................................................................................................... 31

4.2.3. Metodo guiado por tiempo (mgt) .................................................................................................. 32

4.2.4. Metodo guiado por sucesos (mgs) ................................................................................................. 32

4.2.5. Implementacion del metodo de volumen discreto ........................................................................ 34

4.3. IMPLEMENTACION DEL METODO VOLUMEN DISCRETO ....................................................... 37

5. APLICACIÓN DEL METODO NUMERICO EN LA RED DE SANEAMIENTO DE LA

CIUDAD DE MURCIA .......................................................................................... 52

5.1. DESCRIPCION DE LA RED DE SANEAMIENTO DEL MUNICIPIO DE MURCIA ............................. 53

5.1.1. Configuracion de la red .................................................................................................................. 53

5.1.2. Zona de estudio .............................................................................................................................. 56

5.2. OBTENCION DE DATOS DE ENTRADA .................................................................................... 56

5.2.1. Caracteristicas bilogicas de las aguas residuales ........................................................................... 57

5.2.2. Caracteristicas geometricas de las conducciones .......................................................................... 61

5.2.3. Las características hidráulicas de las aguas residuales .................................................................. 62

5.2.4. Modelo numérico de la red de saneamiento .................................................................................. 64

5.2.5. Modelo numérico del municipio de murcia .................................................................................... 65

5.3. PORCEDIMIENTO DE APLICACIÓN DEL METODO VOLUMEN DISCRETO ................................ 72

5.4. RESULTADOS DE LA SIMULACION ......................................................................................... 75

6. CONCLUSION ............................................................................................... 87

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 89

ANEJO 1 ............................................................................................................ 92

ANEJO 2 ............................................................................................................ 97

Índice

ÍNDICE DE IMÁGENES

Imagen 2.1. Variación del caudal residual durante el día (Metcalf & Eddy, 1995). ____¡Error! Marcador no definido.

Imagen 2.2. Variación de caudales residuales a lo largo de la semana (Metcalf & Eddy, 1995). _________________ 7

Imagen 2.3. Tipos de transporte de las aguas residuales (Metcalf & Eddy, 1995). ____________________________ 8

Imagen 2.4. Redes Separativas (www.estibaus.es). ____________________________________________________ 9

Imagen 2.5. Redes Unitarias (www.estibaus.es). ____________________________________________________ 10

Imagen 2.6. Arrastre de contaminante a la red de alcantarilla (www.iagua.es). ____________________________ 11

Imagen 3.1. Procesos microbianos anaeróbicos en una conducción (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005). _____ 14

Imagen 3.2. Ilustración del ciclo del azufre (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005). ________________________ 15

Imagen 3.3.Formacion del ácido sulfhídrico (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005). _______________________ 16

Imagen 3.4. Corrosión del Hormigón en las conducciones de la red de saneamiento (Vincke et al., 2000). _______ 20

Imagen 4.1. Esquema del proceso de transporte de contaminante en el MGT (Rossman et al., 1996). __________ 32

Imagen 4.2. Esquema del proceso de transporte de contaminante en el MGS (Boulos et al., 1995) _____________ 33

Imagen 4.3. Esquema proceso de transporte de contaminante en el MVD (Rossman et al., 1995) ______________ 35

Imagen 4.4. Esquema de reducción de segmentos al final del t (Rossman et al., 1995) _____________________ 37

Imagen 4.5. Esquema de incremento de segmentos al final del t (Rossman et al., 1995) ___________________ 37

Imagen 4.6. Esquema de la red de aplicación del método numérico de transporte. _________________________ 38

Imagen 4.7. Esquema de la red con los segmentos de volumen en cada conduccion. ________________________ 39

Imagen 4.8. Grafica de resultados del MVD obtenidos por Rossman. ____________________________________ 41

Imagen 4.9. Esquema del proceso de transporte de contaminante cada intervalo de tiempo de concentración de

contaminante. _______________________________________________________________________________ 47

Imagen 4.10. Grafica con resultados de valores de concentración del contaminante a lo largo del periodo de

simulación. __________________________________________________________________________________ 48

Imagen 5.1. Esquema distribución de colectores Sistema Murcia Este en Margen Derecha. ___________________ 54

Imagen 5.2. Esquema distribución de colectores Sistema Murcia Este en Margen Izquierda __________________ 55

Imagen 5.3. Esquema distribución de colectores Sistema El Raal. _______________________________________ 55

Imagen 5.4. Plano de situación de la zona de estudio. ________________________________________________ 56

Imagen 5.5. Plano de situación con los pozos de registro y conducciones en la zona de estudio. _______________ 61

Imagen 5.6. Esquema de capas de SWMM 5.0. (Del Rio, 2011). _________________________________________ 64

Imagen 5.7. Ejemplo de los Componente Físicos empleados en el modelo de un sistema de drenaje (US-EPA. 2005).

___________________________________________________________________________________________ 65

Imagen 5.8. Esquema general de saneamiento de la ciudad de Murcia. __________________________________ 66

Imagen 5.9. Zona de aproximación a la EDAR. ______________________________________________________ 67

Imagen 5.10. Geometría del modelo SWMM de la red de saneamiento de estudio. _________________________ 68

Imagen 5.11. Valores de los caudales en las conducciones. ____________________________________________ 70

Imagen 5.12. Valores de los niveles en las conducciones. ______________________________________________ 71

Imagen 5.13. Esquema del estado inicial t0 de la concentración en cada segmento de cada conducción. ________ 73

Índice

Imagen 5.14. Esquema del estado t0+1 de la concentración en cada segmento de cada conducción ____________ 74

Imagen 5.15. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada pozo de registro ________________ 77

Imagen 5.16. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada conducción. ____________________ 80

Imagen 5.17. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada pozo de registro. _________________ 83

Imagen 5.18. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada conducción. _____________________ 86

Índice

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1. Efectos y síntomas nocivos en la salud humana producidos por el H2S (www.osha.gob). ____________ 19

Tabla 4.1. Características hidráulicas y geométricas de las conducciones _________________________________ 38

Tabla 4.2. Características de los nudos de la red de aplicación del método numérico de transporte ____________ 39

Tabla 4.3. Cuadro 1 con los valores de las concentraciones del contaminante en los segmentos de volumen para

cada intervalo de tiempo. ______________________________________________________________________ 49

Tabla 4.4. Cuadro 2 con los valores de las concentraciones del contaminante en los segmentos de volumen para

cada intervalo de tiempo. ______________________________________________________________________ 50

Tabla 5.1. Intervalos de tiempo usados en la simulación. ______________________________________________ 57

Tabla 5.2. Cuadro de valores de las características biológicas y de temperatura. ___________________________ 57

Tabla 5.3. Características de los pozos de registro. ___________________________________________________ 61

Tabla 5.4. Características de las conducciones. ______________________________________________________ 62

Tabla 5.5. Datos de registro del consumo de agua de los abonados en la ciudad de Murcia ___________________ 63

Tabla 5.6. Valores de los caudales en las conducciones de la zona de estudio. _____________________________ 68

Tabla 5.7. Valores de los niveles en las conducciones de la zona de estudio. _______________________________ 70

Tabla 5.8. Datos hidráulicos de las conducciones. ____________________________________________________ 72

Tabla 5.9. Datos biológicos y de temperatura. ______________________________________________________ 72

Tabla 5.10. Intervalos de tiempo en la simulación. ___________________________________________________ 72

Tabla 5.11. Generación e sulfuros en el agua residual. ________________________________________________ 72

Tabla 5.12. Emisión de sulfuros a la atmosfera del colector. ___________________________________________ 72

Tabla 5.13. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada pozo de registro. _________________ 75

Tabla 5.14. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada conducción. _____________________ 78

Tabla 5.15. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada pozo de registro. __________________ 81

Tabla 5.16. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada conducción. ______________________ 84

pág. 1

Capítulo 1. Objetivos del estudio de investigación

CAPITULO 1. OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE

INVESTIGACION

ÍNDICE CAPÍTULO 1:

1. OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE INVESTIGACION .................................................. 1

1.1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO .................................................................................................... 2

pág. 2

Capítulo 1. Objetivos del estudio de investigación

1. OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE

INVESTIGACION

1.1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO

En el presente trabajo se va desarrollar la implementación de un método numérico para el transporte

de contaminantes en la red de saneamiento. Programas informáticos como SWMM y EPANET

llevan incorporados módulos de cálculo para el transporte de contaminantes en la red. En este

trabajo simularemos uno de estos métodos numéricos de transporte mediante un script de

MATLAB. Observaremos como un contaminante, en nuestro caso el ácido sulfhídrico en aire y el

sulfuro en agua, son transportados por un tramo de red de saneamiento de la ciudad de Murcia.

Estos contaminantes son generados en las redes de alcantarillado debido a la composición de las

diversas aguas residuales que se vierten en estas conducciones. Simularemos como estos

componentes nocivos para la salud humana van avanzando aguas abajo de la red mientras se sufren

un proceso químico de reacción que provocara cambios en su concentración.

pág. 3

CAPITULO 2. CARACTERISTICAS DE LAS

AGUAS RESIDUALES


2. CARACTERISTICAS DE AGUAS RESIDUALES ...................................................... 4

2.1. COMPOSICION DE LOS CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES ..................................................... 4

2.1.1. Uso doméstico .................................................................................................................................. 4

2.1.2. Uso industrial ................................................................................................................................... 4

2.1.3. Aguas pluviales ................................................................................................................................. 5

2.1.4. Infiltración y aportaciones incontroladas ........................................................................................ 5

2.1.5. Proporción de aguas de abastecimiento que llega a las alcantarillas .............................................. 5

2.2. VARIACION DE LOS CAUDALES DE AGUA RESIDUAL ................................................................ 5

2.2.1. Variaciones a corto plazo. ................................................................................................................ 5

2.2.2. Variaciones estacionales .................................................................................................................. 7

2.2.3. Variaciones industriales ................................................................................................................... 7

2.3. TIPOS DE REDES DE SANEAMIENTO ........................................................................................ 7

2.3.1. Modo de transporte de aguas residuales ........................................................................................ 8

2.3.2. Tamaño y función de la alcantarilla ................................................................................................. 8

2.4. IMPACTOS DE LA URBANIZACIÓN SOBRE LA CALIDAD DEL AGUA ......................................... 10

pág. 4

Capítulo 2. Características de las aguas residuales

2. CARACTERISTICAS DE AGUAS RESIDUALES

El objetivo de este capítulo es describir las características y los componentes que constituyen las

aguas residuales que se generan en una comunidad y las fuentes de generación, así como, su

distribución espacial y en el tiempo. También se describirá los tipos de redes de saneamiento que

se disponen en las alcantarillas y los impactos de la urbanización sobre la calidad del agua.

2.1. COMPOSICION DE LOS CAUDALES DE AGUAS

RESIDUALES

La composición de los caudales de aguas residuales de una comunidad depende del tipo de sistema

de recogida que se emplee, y puede incluir los siguientes componentes:

2.1.1. USO DOMÉSTICO

El agua residual doméstica procede del agua abastecida a zonas residenciales, comercios,

instituciones y espacios recreacionales, y se mide a partir de contadores individuales. Los usos a

los que se destina incluyen el agua que se bebe, la usada para limpieza, higiene, fines culinarios,

evacuación de residuos, y regado de jardines y zonas verdes particulares.

- Zonas Residenciales. El agua que se consume se emplea tanto para usos interiores, lavabos

y duchas, como para usos exteriores como lavar el cache o regar el jardín.

- Comercios. El agua consumida para fines higiénicos y sanitarios depende en gran medida

del tipo de actividad que se desarrolla (por ejemplo, el consumo en una oficina comparado

con el de un restaurante).

- Instituciones. El agua que se consume en hospitales, colegios y residencias.

- Espacios recreacionales. Instalaciones tales como piscinas, boleras, campings, centros

turísticos y clubes de tenis o golf incluyen usos del agua de muy diversa índole.

2.1.2. USO INDUSTRIAL

El agua residual industrial predomina los vertidos industriales. La cantidad de agua con que los

municipios abastecen a las industrias para su uso en los diferentes procesos de producción presenta

una gran variabilidad. Las industrias grandes consumidoras de agua, como las refinerías, las

químicas y las conserveras, suelen abastecerse al margen de las redes públicas de abastecimiento

de agua. En cambio, industrias cuyas necesidades y consumos son bastante menores, como las

dedicadas a productos de tecnología, si se abastecen a través de las redes públicas. En la práctica,

pág. 5


debido a que los usos industriales del agua son muy variados, es conveniente estudiar con

detenimiento tanto el origen del agua utilizada como los residuos producidos.

2.1.3. AGUAS PLUVIALES

El agua resultante de la escorrentía superficial.

2.1.4. INFILTRACIÓN Y APORTACIONES INCONTROLADAS

La infiltración hace referencia al agua que penetra en el sistema a través de juntas defectuosas,

fracturas y grietas, o paredes porosas. Las aportaciones incontroladas corresponden a aguas

pluviales que se descargan a la red por medio de alcantarillas pluviales, drenes de cimentaciones,

bajantes de edificios y tapas de pozos de registro.

2.1.5. PROPORCIÓN DE AGUAS DE ABASTECIMIENTO QUE LLEGA A LAS

ALCANTARILLAS

Debido a que las aguas residuales están constituidas principalmente por agua utilizada, es preciso

hacer una estimación de la proporción del agua abastecida que llega a las alcantarillas. Una parte

importante del agua abastecida no llega a la red de alcantarillado, ya sea por su uso en procesos de

producción, irrigación de espacios verdes, mantenimiento de infraestructuras, apagado de

incendios, o porque corresponda a perdidas y fugas o usuarios no conectados a la red de recogida.

Entre el 60% y el 85% del consumo por habitante se convierte en agua residual.

2.2. VARIACION DE LOS CAUDALES DE AGUA RESIDUAL

En este apartado se analizan brevemente las variaciones debidas a usos industriales, las variaciones

a corto plazo, y las variaciones estacionales de los caudales de aguas residuales.

2.2.1. VARIACIONES A CORTO PLAZO

Los caudales de agua residual registrados en las plantas de tratamiento siguen aproximadamente

una ley de variación diaria como la que aparece en la ¡Error! No se encuentra el origen de la r

eferencia..

En las primeras horas de la mañana, en las que el consumo de agua es mínimo, también son

mínimos los caudales que se registran, caudales compuestos fundamentalmente por aguas

infiltradas y pequeñas cantidades de agua residual doméstica. La primera punta se alcanza cuando

llega a las plantas de tratamiento el agua correspondiente al consumo punta, a última hora de la

mañana. La segunda punta suele darse a última hora de la tarde, entre las 19 y las 21 h, aunque

depende tanto del tamaño de la comunidad como de la longitud de la red de alcantarillado. Cuando

pág. 6


son mínimas las aportaciones externas e incontroladas a la red, las curvas de variación de los

caudales de aguas residuales son muy semejantes a las curvas de abastecimiento, aunque presentan

un retardo de algunas horas. Salvo que se concentre en un día específico de la semana el desarrollo

de actividades con influencia sobre los caudales de agua residual, como lavar la ropa, las leyes de

variación de los caudales de agua residual son idénticas para todos los días laborables de la semana.

En la Imagen 2.2 se representa gráficamente la variación típica semanal de los caudales de aguas

residuales para periodos secos.

2.1. Distribución espacial de los caudales residuales domésticos a lo largo del día (Metcalf & Eddy, 1995)

pág. 7


Imagen 2.2. Variación de caudales residuales a lo largo de la semana (Metcalf & Eddy, 1995)

2.2.2. VARIACIONES ESTACIONALES

Las variaciones estacionales en los caudales de aguas residuales se hacen especialmente patentes

en zonas turísticas, pequeñas comunidades con colegios y universidades, y en zonas en las que las

actividades tanto comerciales como industriales se concentran en diferentes épocas del año. La

variación que cabe esperar depende tanto de la actividad que se desarrolla como del tamaño de la

comunidad. En el periodo estival, los caudales aumentan debido a la mayor ocupación en centros

recreacionales y turísticos. La época del año en la que se registran mayores caudales es en invierno

y principio de la primavera, debido a que sube el nivel de las aguas subterráneas y con él la cantidad

de agua infiltrada.

2.2.3. VARIACIONES INDUSTRIALES

Es difícil predecir la distribución en el tiempo de los caudales residuales de origen industrial, pues,

aunque las industrias suelen generar caudales aproximadamente constantes, estos pueden variar

notablemente si se produce el cierre temporal de una fábrica (descenso en los caudales) o se decide

limpiar una instalación o renovar el agua de los circuitos internos (aumento en los caudales). A

pesar de que los cambios y modernización de los procesos internos pueden conducir a una

reducción de los vertidos, la ampliación y expansión industrial puede incrementarlos. Los vertidos

industriales son especialmente problemáticos en plantas de tratamiento de pequeño tamaño, en las

que la capacidad de absorber descargas instantáneas es bastante limitada.

2.3. TIPOS DE REDES DE SANEAMIENTO

Las redes de saneamiento se desarrollaron con el objetivo principal de la eliminación rápida de

desechos y aguas residuales de las ciudades en crecimiento. Una de las principales razones para

recoger las aguas residuales en estos sistemas subterráneos fue el enorme problema del olor

desagradable de las alcantarillas abiertas, pozos de agua y los requisitos de espacio en las calles de

ciudades densamente pobladas.

El conocimiento sobre los aspectos higiénicos de las alcantarillas y los impactos humanos

correspondientes en términos de enfermedades transmitidas por el agua se desarrollaron lentamente

desde finales del siglo XVIII. Estas nuevas enfermedades estaban ligadas con el rápido desarrollo

de la urbanización.

Las redes de saneamiento se pueden clasificar en diferentes categorías. Las dos formas principales

de clasificación se refieren a:

• Tipo de modo de transporte

pág. 8


• El tamaño y la función de las redes de saneamiento

Estas dos categorías dividen a las alcantarillas en grupos con características diferentes en términos

de captación y transporte de aguas residuales. Además, también es extremadamente importante

tener en cuenta estos aspectos al abordar los procesos químicos en las redes de saneamiento.

2.3.1. MODO DE TRANSPORTE DE AGUAS RESIDUALES

Hay dos tipos principales de redes de saneamiento que se refieren al modo de transporte:

Conducciones por gravedad

Conducciones a presión.

Una conducción por gravedad está diseñada con un fondo inclinado y el flujo se produce por

gravitación. La conducción por presión la fuerza motriz del flujo es la fuerza de impulsión del

bombeo.

En términos de procesos de generación de contaminantes, es importante que la superficie del agua

en una alcantarilla por gravedad esté expuesta la mayor parte del tiempo a una fase de gas

(atmósfera de alcantarillado), mientras que este claramente no es el caso en una alcantarilla a

presión. El intercambio de compuestos volátiles entre la fase acuosa y la fase gaseosa en una

alcantarilla por gravedad, por ejemplo, el oxígeno molecular que resulta en la reaireación de la fase

acuosa, es crucial. En contraste, las condiciones anaeróbicas en las aguas residuales de las

alcantarillas a presión están ocurriendo típicamente.

Imagen 2.3. Tipos de transporte de las aguas residuales (Metcalf & Eddy, 1995)

2.3.2. TAMAÑO Y FUNCIÓN DE LA ALCANTARILLA

Para la evacuación de las aguas residuales y pluviales se emplean dos tipos de redes de

alcantarillado: redes separativas y unitarias. En ambos casos, los porcentajes atribuibles a cada uno

de los componentes dependen de las características particulares de la zona y de la época del año.

Las redes de saneamiento separativas se componen de redes sanitarias y pluviales.

pág. 9


Redes de saneamiento sanitario. Las redes de saneamiento sanitarias, a menudo identificadas

como redes separadas, están diseñadas para recolectar y transportar el flujo diario de aguas

residuales de áreas residenciales, áreas comerciales e industrias a una planta de tratamiento de

aguas residuales. El agua residual transportada en estas alcantarillas tiene una concentración

relativamente alta de materia orgánica y microorganismos biodegradables.

Redes de saneamiento pluvial. Las redes de saneamiento pluviales se construyen para la

recolección y el transporte de aguas pluviales (aguas de escorrentía) que se originan en

superficies urbanas impermeables, como calles, estacionamientos, techos de edificios, carreteras

y autopistas. Las aguas superficiales ingresan a estas redes a través de entradas ubicadas en

imbornales de calles.

Imagen 2.4. Redes Separativas (www.estibaus.es)

Las redes de saneamiento unitaria. Las redes unitarias recolectan, mezclan y transportan los

flujos de aguas residuales municipales y de escorrentía superficial urbana. Estos sistemas

generalmente funcionan como colectores sanitarios durante los períodos de tiempo seco. Sin

embargo, debido a su capacidad para funcionar cuando sucede una avenida de escorrentía

superficial, las redes unitarias están diseñadas de manera diferente en comparación con las redes

separativas e incluyen construcciones como estructuras de desbordamiento y cuencas de detención

para gestionar grandes cantidades de flujos en tiempo de lluvia. Además, las redes unitarias están

sujetas a un mayor grado de variabilidad en los procesos químicos en comparación con las redes

separativas debido al cambio frecuente en las condiciones de flujo.

Las redes de saneamiento con sistemas unitarios dan lugar a obstrucciones que forman una serie

de pequeñas presas en la alcantarilla, y en tiempo seco, las aguas residuales se acumulan en una

pág. 10


sucesión de charcos a lo largo de las conducciones, que se descomponen y puede llevar a problemas

anaeróbicos que generan volúmenes de gases. Principalmente en términos de la formación de ácido

sulfhídrico y compuestos orgánicos volátiles. Los problemas correspondientes a estas sustancias

son la corrosión del hormigón y el metal que degradan la red de saneamiento, los impactos

relacionados con la salud en el personal de alcantarillado y los malos olores observados en el

entorno adyacente.

Imagen 2.5. Redes Unitarias (www.estibaus.es).

2.4. IMPACTOS DE LA URBANIZACIÓN SOBRE LA CALIDAD

DEL AGUA

Las actividades humanas dentro de las ciudades producen un gran volumen de residuos de muy

diversa naturaleza que en muchos casos son depositados sobre la superficie de las cuencas urbanas

y, posteriormente, arrastrados hacia los cauces receptores durante el proceso de precipitación-

escorrentía. Esto tiene las diferentes y nefastas consecuencias sobre las masas de agua receptoras,

como son el aumento de la carga de contaminantes; la variación en la temperatura de las aguas; la

disminución de la diversidad de la vida acuática y la aparición de riesgos para la salud humana y

de otros seres vivos ya que muchos de los contaminantes más comunes (sedimentos, nutrientes,

materia orgánica, metales pesados, patógenos, pesticidas, herbicidas e hidrocarburos) tienen una

alta toxicidad.

Además, la escorrentía propagada sobre las superficies impermeables aumenta su temperatura entre

2,5 y 4,1 ºC, lo que, además de los efectos directos sobre la vida acuática, puede provocar una

disminución en las aguas receptoras del oxígeno disuelto y, por tanto, la muerte de algunas especies

de peces más sensibles. Esto es importante para entender como la contaminación afecta a los

pág. 11


ecosistemas para evaluar qué tipos de gestión de escorrentías ayudan a mejorar la calidad de aguas

receptoras.

Imagen 2.6. Arrastre de contaminante a la red de alcantarilla (www.iagua.es)

http://www.iagua.es/

pág. 12

pág. 13

CAPITULO 3. LA FORMACION DE SULFUROS

EN LAS REDES DE SANEAMIENTO


3. LA FORMACIÓN DE SULFUROS EN LAS REDES DE SANEAMIENTO ................... 14

3.1. GENERACION Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN LAS REDES UNITARIAS ................... 14

3.1.1. Formación de acido sulfhidrico (H2S) ............................................................................................. 14

3.1.2. Los factores que determinan la velocidad de formación de sulfuro .............................................. 17

3.2. CORROSIÓN INDUCIDA POR EL ACIDO SULFHIDRICO EN COLECTORES DE HORMIGON ....... 18

3.3. PREDICCIÓN EMPÍRICA DE SULFUROS ................................................................................... 21

3.3.1. Modelos de predicción de sulfuro tipo ii para conducciones ........................................................ 22

3.3.2. Estimación de sulfuros disueltos en el agua residual y ácido sulfhídrico en la atmosfera de la

conduccion .................................................................................................................................................. 23

Capítulo 3. La formación de sulfuros en las redes de saneamiento

pág. 14

3. LA FORMACIÓN DE SULFUROS EN LAS

REDES DE SANEAMIENTO

En este capítulo se describen los procesos químicos que se generan en las redes de saneamiento

debido a las diversas sustancias depositadas en las aguas residuales. Veremos cuáles son los

fundamentos del transporte y acumulación de estas sustancias contaminantes y explicaremos un

modelo matemático empírico de predicción de los sulfuros en el agua y el aire de las redes de

alcantarillado.

3.1. GENERACION Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN

LAS REDES UNITARIAS

Los aspectos científicos y técnicos de los procesos químicos y biológicos de las redes de

saneamiento se centran en la formación de ácido sulfhídrico que se producen en las aguas

residuales. Se construyeron varias estructuras que reflejaban la falta de conocimiento sobre la

naturaleza de los procesos químicos y biológicos en las redes de saneamiento. Estas construcciones

incorrectas de la red causan interrupciones y obstrucciones debidas a la formación de ácido

sulfhídrico.

3.1.1. FORMACIÓN DE ACIDO SULFHIDRICO (H2S)

El sulfuro de hidrógeno presente en los sistemas de saneamiento es producido por la actividad

metabólica de un grupo de bacterias denominadas sulfato-reductoras. Estos microorganismos

residen indiferentemente en las aguas residuales, en los depósitos de fondo y en las biopelículas

(materia orgánica en paredes de la conducción) que cubren los paramentos sumergidos de las

estructuras. Las bacterias sulfato-reductoras son de crecimiento lento y, por lo tanto, están sujetas

a ser eliminadas si ocurren en el agua. Sin embargo, en la biopelícula y los sedimentos de las

conducciones se pueden retener por sus características físicas. Las biopelículas son los medios

donde las bacterias sulfato-reductoras desarrollan los máximos niveles de actividad metabólica.

Imagen 3.1. Procesos microbianos anaeróbicos en una conducción (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005)


pág. 15

Los graves problemas de olor y corrosión asociados con la recogida, manejo y tratamiento de aguas

residuales domésticas son el resultado de la reducción de sulfato a sulfuro (H2S, HS−, S2−) en

condiciones anaeróbicas. La distinción entre los diferentes tipos de compuestos de sulfuro es

significativa porque solo el ácido sulfhídrico (H2S) puede escapar de la solución acuosa y crear

problemas de olor y corrosión. Cuando se disuelva en agua, el ácido sulfhídrico está parcialmente

ionizado, por lo que existe como una mezcla de H2S y HS− (el ion S2− también existe en el agua,

pero no en cantidades apreciables, excepto en soluciones en las que el pH es superior a 12). Las

proporciones dependen principalmente del pH de la solución y, en menor medida, de la temperatura

y el contenido mineral del agua. En las aguas residuales, el sulfuro puede estar presente

parcialmente en solución y en parte como sulfuros metálicos insolubles, que se llevan como parte

de los sólidos suspendidos.

Imagen 3.2. Ilustración del ciclo del azufre (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005)

Existen básicamente dos tipos de procesos para la producción de sulfuro: la reducción de sulfato y

la degradación de la materia orgánica que contiene azufre. Cuantitativamente, solo la reducción de

sulfato es importante. Sin embargo, debe notarse que la degradación de la materia orgánica que

contiene azufre (ciertos tipos de proteínas) en condiciones anaeróbicas da como resultado la

formación de compuestos de azufre volátiles olorosos como lo son los compuestos H2S, HS−, S2−,

que conforman los denominados sulfuros y que están en equilibrio en función del pH.

SO42− + materia organica → HCO3

− + H2S

El ácido sulfhídrico es un compuesto que se presenta en fase gaseosa, siendo más denso que el aire

(densidad relativa 1,19), incoloro, inflamable en un rango de concentraciones. Su presencia en la


pág. 16

atmósfera es detectable a nivel de trazas y destaca por su característico olor a huevos podridos. Sin

embargo, resulta extremadamente tóxico por inhalación a concentraciones relativamente bajas. La

persistencia de condiciones anaerobias en las aguas residuales y el suministro continuado de

substratos para el metabolismo de los microorganismos se suponen suficientes para generar altos

grados de saturación de ácido sulfhídrico.

Imagen 3.3.Formacion del ácido sulfhídrico (Thorkild Hvitved-Jacobsen et al., 2005)

Con respecto a la acumulación de sulfuro de hidrógeno en la atmósfera de alcantarillado, se

relaciona con las concentraciones de sulfuro en las aguas residuales y con otros factores, como el

pH, la turbulencia del flujo, las condiciones aerodinámicas del aire de ventilación y la rugosidad

de las superficies no sumergidas.

Sin embargo, la rotura de la lámina de agua en descargas, resaltos y pozos de caída supone la

principal fuente de emisión de ácido sulfhídrico a la atmósfera. El restablecimiento del equilibrio

de especies entre las fases acuática y atmosférica que tiene lugar con la agitación de los flujos de


pág. 17

agua residual saturados libera cantidades muy significativas de ácido sulfhídrico que acaban

formando bolsas de gas en los puntos bajos de las redes de saneamiento.

3.1.2. LOS FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD DE

FORMACIÓN DE SULFURO

Presencia de sulfato

El sulfato se encuentra típicamente en todos los tipos de aguas residuales municipales en

concentraciones superiores a 5–15 g S/m3. El sulfato puede penetrar en capas de sedimento más

profundas. El potencial de reducción de sulfato puede aumentar al aumentar la concentración de

sulfato en la fase acuosa.

Cantidad y calidad de la materia orgánica (biodegradabilidad)

La materia orgánica biodegradable es necesaria como sustrato para el crecimiento de la biomasa y

como donante de electrones para las bacterias reductoras de sulfato. Las aguas residuales de, por

ejemplo, industrias alimentarias, con concentraciones relativamente altas de sustancias orgánicas

fácilmente biodegradables son buenos sustratos para las bacterias reductoras de sulfato, y la tasa

de reducción de sulfato puede ser mayor que en las aguas residuales de los hogares.

Temperatura

La dependencia de la temperatura de la tasa de reducción de sulfato para bacterias reductoras de

sulfato individuales es alta. Debido a que la difusión del sustrato en biopelículas o sedimentos

típicamente limita la velocidad de formación de sulfuro.

pH

Las bacterias reductoras de sulfato son activas entre pH 5.5 y 9.

Relación entre el área y el volumen de la parte mojada de una conducción

El sulfuro se produce principalmente en la biopelícula y en el sedimento de la conducción y la

concentración de sulfuro en la fase acuosa correspondiente es causada por la difusión de sulfuro de

la biopelícula. Por lo tanto, la concentración de fase acuosa observada se relaciona con la relación

área / volumen de la biopelícula. En una tubería de alcantarillado por gravedad que fluye

parcialmente, Área y Volumen son el área de superficie de la tubería mojada y el volumen de agua

residual.

Velocidad del flujo de aguas residuales

La producción potencial de sulfuro depende del grosor anaeróbico de la biopelícula. Las altas

velocidades de flujo también reducen la capa de difusión en la interfaz biopelícula-agua y por lo

tanto la resistencia contra el transporte de sustratos y productos. Por lo tanto, la velocidad del flujo


pág. 18

de aguas residuales que afecta el transporte de materia orgánica y sulfuro a través de la interfaz

entre la biopelícula y el agua. La producción de sulfuro en las alcantarillas por gravedad suele tener

lugar en agua de flujo lento (<0,3 m s – 1), tuberías de gran diámetro con aireación insuficiente y

a temperaturas relativamente altas (> 15–20 ° C).

Tiempo de permanencia anaeróbica.

El tiempo de residencia anaeróbico de las aguas residuales durante su transporte es un factor que

afecta el tiempo efectivo para la formación de sulfuro y, por lo tanto, el nivel de concentración de

sulfuro. Por lo tanto, el nivel de formación de sulfuro en una tubería dada suele estar sujeto a la

variación diurna de las aguas residuales que ingresan y al patrón de precipitación en las cuencas de

alcantarillado combinadas.

3.2. CORROSIÓN INDUCIDA POR EL ACIDO SULFHIDRICO

EN COLECTORES DE HORMIGON

Las problemáticas de los sulfuros producidos en las conducciones de la red vistos anteriormente

son:

1) La producción de sulfuro que tiene lugar en el biopelícula que cubre las paredes de la

conducción permanentemente húmedas.

2) Oxidación biológica de los sulfuros en la biopelícula permanentemente mojada.

3) Oxidación química y biológica de sulfuros en la fase acuosa.

4) Precipitación de sulfuros con metales presentes en las aguas residuales.

5) Emisión de ácido sulfhídrico a la atmósfera de las conducciones.

6) Adsorción y oxidación del ácido sulfhídrico en las paredes húmedas de las conducciones

donde puede ocurrir la corrosión del concreto.

Estos efectos están estrechamente relacionados con la presencia de condiciones anaeróbicas en las

aguas residuales de las redes de saneamiento. Los principales fenómenos son los siguientes:

Efectos relacionados con la salud.

Problemas de olor

Corrosión del hormigón y metales de colectores.

Flujo de aguas residuales anaeróbicas en las plantas de tratamiento.

Los aliviaderos en redes unitarias desbordan en las aguas receptoras.


pág. 19

Los primeros tres puntos están relacionados con la liberación de sustancias volátiles en la atmosfera

de la conducción y desde allí también hacia la atmósfera urbana. Estas sustancias volátiles son, por

ejemplo, ácido sulfhídrico, compuestos volátiles de azufre producidos en condiciones anaeróbicas

en las aguas residuales o biopelículas y sedimentos asociados. Los primeros dos puntos

mencionados, los impactos en la salud humana y los efectos relacionados con el olor tienen relación

con los procesos de intercambio entre la superficie del agua y la atmosfera en una alcantarilla. En

la siguiente tabla se muestran los efectos nocivos en la salud humana producidos por el ácido

sulfhídrico.

Tabla 3.1. Efectos y síntomas nocivos en la salud humana producidos por el H2S (www.osha.gob)

CONCENTRACION

(ppm) SÍNTOMAS / EFECTOS

0.01-1.5 Umbral de olor (cuando el olor a huevo podrido se nota por primera

vez)

2-5 La exposición prolongada puede causar náuseas, lagrimeo de los ojos,

dolores de cabeza o pérdida de sueño. Problemas respiratorios en

algunos pacientes con asma

20 Posible fatiga, pérdida de apetito, dolor de cabeza, irritabilidad, mala

memoria, mareos

50-100 Conjuntivitis leve e irritación sistema respiratorio después de 1 hora.

Puede causar malestar digestivo y pérdida de apetito

100

Tos, irritación ocular, pérdida del olfato después de 2 a 15 minutos

(fatiga olfativa). Respiración alterada, somnolencia después de 15-30

minutos. Irritación de garganta después de 1 hora. Incremento gradual

en la severidad de los síntomas durante varias horas. La muerte puede

ocurrir después de 48 horas

100-150 Pérdida del olfato (fatiga olfativa o parálisis)

200-300 Marcada conjuntivitis e irritación del sistema respiratorio después de 1

hora. El edema pulmonar puede ocurrir por la exposición prolongada

500-700 Colapso en 5 minutos. Daños graves a los ojos en 30 minutos. Muerte

se produce después de 30-60 minutos.

700-1000 Colapso inmediato en 1 a 2 respiraciones, la respiración se detiene, la

muerte se produce en minutos

1000-2000 Muerte casi instantánea


pág. 20

La corrosión del hormigón de los colectores está estrechamente relacionada con la formación de

ácido sulfhídrico y su emisión a la atmósfera del alcantarillado. Los problemas relacionados con

las condiciones anaeróbicas en las alcantarillas es un fenómeno con gran impacto económico. Con

frecuencia, se observa una tasa de corrosión del concreto de, por ejemplo, 2 a 3 mm de la superficie

de la tubería por año y puede llevar al deterioro de un colector después de unos pocos años de

operación. Por lo tanto, es importante que el conocimiento detallado sobre la corrosión del

hormigón esté disponible para controlar los problemas en las alcantarillas existentes y para el

diseño de nuevas redes de saneamiento con menor riesgo de futuros ataques de sulfuro en las

construcciones

Se ve que mientras el sulfuro permanezca en la fase acuosa, no se producirá ningún efecto

perjudicial. El problema de la corrosión del hormigón es causado por el ácido sulfhídrico en fase

gas se absorbe en la película líquida que existe en las superficies de hormigón húmedo en las redes

de saneamiento. Las superficies de hormigón en su mayoría corroídas suelen estar cerca de la fase

de agua anaeróbica y en áreas directamente expuestas a la liberación del ácido sulfhídrico en fase

gas de las superficies de agua turbulenta, por ejemplo, en caídas y saltos de la red.

Además, también se informa que la corona de alcantarillado se corroe bastante rápido. En las

superficies húmedas, el oxígeno suele estar disponible en la atmósfera del colector, y el H2S en la

superficie del concreto se oxida a ácido sulfúrico (H2SO4) por reacciones microbianas. El ácido

sulfúrico reacciona con las sustancias alcalinas del concreto y, por lo tanto, lo degrada.

H2S + 2O2 → H2SO4

Imagen 3.4. Corrosión del Hormigón en las conducciones de la red de saneamiento (Vincke et al., 2000)


pág. 21

El ácido sulfúrico que se genera en las superficies del colector húmedas puede reaccionar con el

cemento alcalino del hormigón. Una simple estequiometria de esta reacción está dada por la

siguiente expresión:

H2SO4 + CaCO3 → H2S + CO2 + CaSO4

Si la tasa de formación de ácido sulfúrico es baja, una gran parte de ella reaccionará con el cemento

y dejará el material de hormigón con la arena y la grava ligeramente unidos. Por otro lado, si la

tasa de formación de ácido sulfúrico es relativamente alta, una parte del ácido sulfúrico se lavará

antes de la reacción y se acumulará en las aguas residuales y aquí reaccionará con componentes

alcalinos bajo la formación de iones sulfato 2

4SO .

En general, los sistemas de recolección de aguas residuales municipales están diseñados para

transportar flujos de aguas residuales, y se presta poca atención a la atmósfera de las alcantarillas.

El movimiento del aire en dirección longitudinal al colector y hacia el exterior, generalmente no

está controlado. Sin embargo, la atmósfera de alcantarillado desempeña un papel fundamental

cuando tratamos el olor, los impactos en la salud humana, la corrosión del concreto y la reaparición

de las aguas residuales.

3.3. PREDICCIÓN EMPÍRICA DE SULFUROS

Durante la segunda mitad del siglo XX, se desarrollaron un gran número de herramientas diferentes

para la predicción de la formación de sulfuro y los efectos asociados en las redes de saneamiento.

Todas estas herramientas se pueden agrupar bajo el término "modelos empíricos" o, más

simplemente, "ecuaciones empíricas". En comparación con un modelo conceptual caracterizado

por formulaciones matemáticas bastante detalladas de los fenómenos y procesos físicos, químicos

y biológicos que rigen, un modelo empírico es brevemente el resultado de un análisis estadístico

de experimentos bien diseñados. Por lo tanto, los modelos empíricos en general no son válidos

fuera de su "área de definición", determinados por las condiciones en las que se realizaron los

experimentos.

Los modelos empíricos se pueden agrupar en tres tipos principales según su grado de complejidad

correspondiente a su uso previsto:

1. Modelos de predicción de sulfuros tipo I

Modelos bastante simples válidos para redes de saneamiento por gravedad. Los modelos tipo I

pueden caracterizarse como modelos de riesgo.

2. Modelos de predicción de sulfuro tipo II.

Modelos que predicen el sulfuro en la fase de agua tanto de la red de saneamiento de presión como

por gravedad. Estos modelos suelen incluir de tres a seis parámetros centrales que caracterizan la


pág. 22

naturaleza del sistema de alcantarillado y los procesos más importantes relevantes para la aparición

de sulfuro.

3. Modelos de predicción de sulfuro tipo III

Estos modelos predicen el ciclo del azufre en las redes de saneamiento por gravedad. Este tipo de

modelo tiende a incluir varias ecuaciones tanto para la formación como para la acumulación de

sulfuro en las fases de agua y en la biopelícula y principalmente en la fase gaseosa, incluida la

eliminación de sulfuro en las superficies de las paredes de hormigón. Estos modelos empíricos

están diseñados y aplicados en términos de una serie de pasos consecutivos para el cálculo de la

formación y eliminación de sulfuro.

La conclusión general es que los modelos Tipo I y Tipo II fueron los más exitosos, particularmente

aquellos de Tipo II que se han desarrollado y utilizado en diferentes versiones. Pocos modelos

empíricos pertenecen al grupo de modelos Tipo III. Los diferentes pasos incluidos en los cálculos

están asociados con problemas. Primero, el problema de los cálculos es la complejidad del sistema

en comparación con la posibilidad de seleccionar valores relevantes de los parámetros del modelo

empírico. Segundo, existe un problema fundamental porque básicamente no es posible producir

resultados confiables a partir de una serie de pasos de cálculo que, por definición, no reflejan la

dinámica del sistema real. Los modelos empíricos de Tipo III no pueden recomendarse para

predecir la acumulación de sulfuro en las redes de alcantarillado.

3.3.1. MODELOS DE PREDICCIÓN DE SULFURO TIPO II PARA

CONDUCCIONES

Los modelos Tipo II, dio lugar a varios tipos de modelos matemáticos empíricos para la predicción

de sulfuros en redes de saneamiento por gravedad y redes de presión. Algunos de estos modelos se

convirtieron en herramientas importantes para el diseño y control de redes para prevenir la

acumulación de sulfuro.

Los tres tipos principales de información en términos de parámetros centrales para la predicción de

sulfuros se incluyen típicamente en los modelos de Tipo II:

1. Características de las aguas residuales son la DBO o la DQO, la concentración de sulfato y

la temperatura.

2. Características hidráulicas, como, caudal, relación de área de superficie / volumen de agua

y relación de área de superficie / volumen sumergida.

3. Características específicas de la red de saneamiento el diámetro de la tubería, la longitud

de la tubería y la pendiente de la tubería.


pág. 23

Si bien estos modelos desde un punto de vista del proceso son bastante simples, es importante

destacar que reflejan indirectamente un nivel de información que excede lo expresado directamente

por los parámetros. A modo de ejemplo, la relación área / volumen de la superficie del agua, el

caudal y la pendiente incluyen información sobre la reaireación, y la relación área / volumen de la

superficie sumergida refleja el hecho de que el sulfuro se produce en una biopelícula, pero se

produce y se emite desde la fase de agua.

3.3.2. ESTIMACIÓN DE SULFUROS DISUELTOS EN EL AGUA RESIDUAL Y

ÁCIDO SULFHÍDRICO EN LA ATMOSFERA DE LA CONDUCCION

En el presente trabajo, se presenta un modelo matemático para predecir la acumulación de gas de

ácido sulfhídrico a lo largo de las conducciones de la red de saneamiento. Dentro de este grupo de

modelos matemáticos se incluye el modelo propuesto por Matos (1992).

Para la predicción de los sulfuros disueltos en el agua residual aqS debemos obtener la

diferencia entre los sulfuros generados en la biopelícula generadoS y el ácido sulfhídrico emitido

desde el agua residual a la atmosfera del colector a través de la superficie del agua emitidoS .

m

emitido

h

generado

aqd

S

R

SS

Para la predicción del ácido sulfhídrico en la atmosfera del colector atmS se debe calcular la

cantidad de gas sulfhídrico liberado de la solución en el agua emitidoS y la cantidad de gas

sulfhídrico transferida a las paredes de la tubería no sumergida paredS .

oparedliquido

m

emitidoatm PSV

d

SS sec

A continuación, vamos a desarrollar estas expresiones empíricas desarrolladas por Matos y Sousa

(1992).

La formación de sulfuro que tiene lugar en la biopelícula en la pared de la conducción generadoS

que provoca una acumulación de sulfatos (H2S, HS-) en el agua se reduce debido a la emisión y la

oxidación del ácido sulfhídrico, ambos procesos relacionados con la transferencia entre las fases

aire-agua (O sea, que si aumenta el H2S en el aire disminuye los sulfatos en el agua). Este fenómeno

es estimado mediante la expresión:

20

5

' 07.1 T

generado DBOMS

Donde:

• generadoS : Sulfuros generados en el perímetro mojado de la biopelícula (mg/m)


pág. 24

• M’: Coeficiente del flujo de generación de sulfuros debido a la biopelícula (m/h)

• 5DBO : Demanda Biológica de la materia orgánica (mg/l)

• T: Temperatura del agua (℃)

El ácido sulfhídrico emitido al aire del colector desde la superficie del agua debido a la oxidación

viene expresado por la siguiente expresión:

qusCSmS Aaqemitido 18/3

Donde:

• emitidoS : ácido sulfhídrico emitido desde el agua residual a la atmosfera del colector a

través de la superficie del agua (mg/m2)

• CA: factor de turbulencia.

m

Adg

uC

217.01 (adimensional)

• q: saturación relativa de ácido sulfhídrico en el aire. eq

H

C

Cq (adimensional)

• CH: la concentración de gas de ácido sulfhídrico local. (adimensional)

• Ceq: concentración de equilibrio. aqeq STTC 197.01064.71079.3 325 (g/m3)

• dm: calado medio del agua. Superficie mojada/Ancho en la superficie libre del agua (m);

• s: pendiente de la conducción (m/m)

• u: velocidad media del flujo (m/s)

• T: temperatura el agua (℃)

• g: gravedad (m/s2)

Según Thistlethwayte (1972), el flujo de ácido sulfhídrico en aire absorbido por el perímetro seco

de las paredes de la tubería paredS se puede dar mediante la siguiente ecuación:

C

pHH

paredT

fCDS

1

Donde:

paredS : sulfhídrico absorbido por el perímetro seco de la conducción (ppm/m)

• DH: difusividad del ácido sulfhídrico a través de la biopelícula. 31058 HD (m2/h)

• fp: grado de colmatación de la biopelícula que rodea al perímetro seco de la conducción.


pág. 25

• TC: espesor biopelícula sobre perímetro seco de conducción. 5.0

8.32

fuT

aire

aireC

• υaire: viscosidad cinemática del aire (m2/s).

• uaire: velocidad media del aire u. 650 (m/s)

• f: coeficiente de Darcy-Weisbach

Por encima del nivel de alcantarillado, las superficies son generalmente húmedas, debido a la

condensación de la atmósfera del alcantarillado, la infiltración del agua subterránea, el

humedecimiento producido por las aguas residuales o el agua capilar arrastrada por las paredes. El

gas transferido de la atmósfera de alcantarillado contiene el azufre necesario en la película de

humedad, donde los organismos formadores de ácido pueden utilizarlo para producir ácido

sulfúrico.

Cuando el agua residual se encuentra en un estado de flujo turbulento en un conducto, al igual que

el aire que se mueve a través de un colector, habrá una película delgada del aire que se adhiere a la

pared del conducto junto con la humedad de la pared, de modo que las capas de aire que fluye se

mueven en paralelo a la pared sin mezclarse. El ácido sulfhídrico en la corriente de aire pasa a

través de la capa laminar a la película de humedad en la pared por difusión molecular, Esta capa

laminar ofrece una resistencia a la transferencia de ácido sulfhídrico a las paredes de la tubería que

es directamente proporcional a su espesor e inversamente proporcional a la difusividad del gas de

ácido sulfhídrico en el aire.

pág. 26

pág. 27

CAPITULO 4. CALIBRACION DEL METODO

NUMERICO DE TRANSPORTE DE

CONTAMINANTES


4. CALIBRACION DEL METODO NUMERICO DE TRANSPORTE DE

CONTAMINANTES ............................................................................................. 28

4.1. FUNDAMENTOS DEL MODELO DE TRANSPORTE DE CONTAMINATES .................................. 28

4.1.1. Ecuación de transporte .................................................................................................................. 28

4.2. METODOS DE SOLUCION ....................................................................................................... 29

4.2.1. Metodo diferencias finitas (mdf) ................................................................................................... 31

4.2.2. Metodo volumen discreto (mvd) ................................................................................................... 31

4.2.3. Metodo guiado por tiempo (mgt) .................................................................................................. 32

4.2.4. Metodo guiado por sucesos (mgs) ................................................................................................. 32

4.2.5. Implementacion del metodo de volumen discreto ........................................................................ 34

4.3. IMPLEMENTACION DEL METODO VOLUMEN DISCRETO ....................................................... 37

pág. 28

Capítulo 4. Calibración del método numérico de transporte de contaminantes

4. CALIBRACION DEL METODO NUMERICO DE

TRANSPORTE DE CONTAMINANTES

En capítulos anteriores ya vimos todo lo relacionado con las características y composición de las

aguas residuales, la variación de los caudales, los diferentes tipos de redes de saneamiento y cuáles

son los procesos químicos que se generan en las redes y que dan como resultado los contaminantes

que con el tiempo derivan en problemas ya sea en los materiales de las redes o en la salud de las

personas. Una vez visto todos estos conceptos continuaremos con el proceso de cómo estos

contaminantes generados en las redes, en nuestro caso de estudio, el ácido sulfhídrico, es capaz de

transportarse a lo largo y ancho de las redes de saneamiento.

En este capítulo veremos cuáles son los fundamentos matemáticos de transporte de un

contaminante a través de un fluido mediante un método numérico extraído de una publicación de

investigación de la revista “Journal of wáter resources planning and management” de los miembros

investigadores Lewis Rossman y Paul Boulos pertenecientes ambos a la “American Society of Civil

Engineers”.

4.1. FUNDAMENTOS DEL MODELO DE TRANSPORTE DE

CONTAMINATES

Un modelo de transporte de agua residual predice como la concentración de una sustancia disuelta

varia con el tiempo a lo largo de la red de saneamiento bajo un conocido conjunto de condiciones

hidráulicas. Las ecuaciones que gobiernan este fenómeno se basan en el principio de la

conservación de la masa junto con una ecuación de reacción de la sustancia, en nuestro caso, la

sustancia son los sulfuros en el agua residual y el ácido sulfhídrico en la atmosfera y las ecuaciones

de reacción son las ecuaciones empíricas para la predicción de la formación de sulfuro en el agua

residual en conducciones y predicción de la acumulación de sulfuro de hidrógeno en fase gaseosa de la

atmosfera de las conducciones, vistas en el punto anterior.

4.1.1. ECUACIÓN DE TRANSPORTE

La ecuación de transporte, también denominada transporte convectivo, describe un modo de

transporte donde un componente se transporta por un fluido. La advección describe un modo de

flujo en el que todos los constituyentes solubles y en partículas están expuestos a una velocidad

uniforme, es decir, el vector de flujo es igual para todos los constituyentes en el fluido.

Una sustancia disuelta viajara a lo largo de una conducción con la misma velocidad media que el

fluido portador mientras que al mismo tiempo se producen reacciones químicas en la sustancia (ya

sea aumento o disminución). Normalmente, la dispersión longitudinal no es un importante en la

pág. 29


mayoría de las condiciones de funcionamiento. Esto significa que no hay intercambio de masa entre

parcelas de agua adyacentes en el avance del fluido aguas debajo de la conducción. La advección

dentro de una conducción puede ser representada con la siguiente expresión:

∂𝐶𝑖

∂t= −𝑢𝑖

∂𝐶𝑖

∂x+ 𝑟(𝐶𝑖)

Donde “𝐶𝑖“ es la concentración (mg/l) en la conducción “𝑖“ como una función de la distancia “𝑥“

y tiempo “𝑡“. “𝑢𝑖“ es la velocidad del flujo (m/l) en la conducción “𝑖“y “𝑟(𝐶𝑖)“es la tasa de

variación de la reacción.

• Mezcla en los Nudos

En los nudos llega el flujo desde dos o más conducciones. Se supone la mezcla de los flujos que es

completa e instantánea en el nudo. La concentración de una sustancia que sale del nudo es la suma

ponderada de las concentraciones de las conducciones entrantes al nudo. Por ejemplo, para un nudo

“𝑘“puede establecerse:

𝐶𝑖|𝑥=0 =∑ 𝑄𝑗𝐶𝑗|𝑥+𝐿𝑗

+ 𝑄𝑘,𝑒𝑥𝑡𝐶𝑘,𝑒𝑥𝑡𝑗𝜀𝐼𝑘

∑ 𝑄𝑗 + 𝑄𝑘,𝑒𝑥𝑡𝑗𝜀𝐼𝑘

Donde “𝑖“es la conducción que abandona el nudo “𝑘“. “𝐼𝑘“ es el conjunto de conducciones que

entran al nudo “𝑘“. “𝐿𝑗“es la longitud de la conducción “𝑗“. “𝑄𝑗“es el caudal en la conducción “𝑗“.

“𝑄𝑘,𝑒𝑥𝑡“es el caudal entrante al nudo “𝑘“. “𝐶𝑘,𝑒𝑥𝑡“es la concentración entrante al nudo “𝑘“ desde

el exterior.

• Mezcla en depósito de almacenamiento

En este modelo, asumimos que la concentración de una sustancia en los depósitos de

almacenamiento es de mezcla completa. La concentración en el depósito es una mezcla de las

concentraciones entrantes en ese mismo momento, la concentración podría cambiar debido a las

reacciones. La siguiente ecuación expresa el fenómeno:

∂(𝑉𝑠𝐶𝑠)

∂t= ∑ 𝑄𝑖𝐶𝑖|𝑥=𝐿𝑖

− ∑ 𝑄𝑗𝐶𝑠

𝑗𝜀𝑂𝑠𝑖𝜀𝐼𝑠

+ 𝑟(𝐶𝑠)

Balance en el depósito = Masa entrante – Masa saliente + Masa reacción

4.2. METODOS DE SOLUCION

Hay dos clases generales de modelos de solución de la ecuación del transporte de contaminantes.

Modelos de flujo permanente y modelos de flujo dinámico.

Los modelos de flujo permanente simulan la distribución espacial del transporte de

contaminantes a lo largo de la red de saneamiento bajo el criterio de que las condiciones hidráulicas

pág. 30


no varían al menos durante el paso de tiempo establecido. Estos modelos pueden ser resueltos desde

la ecuación general de la conservación de la masa estableciendo todas las derivadas de tiempo en

cero y requiriendo que todos los demás coeficientes sean constantes con el tiempo.

Aunque los modelos de flujo permanente son mucho más simples de establecer y resolver, tiene

importantes limitaciones que restringen su aplicabilidad a modelos sencillos.

Los modelos de flujo dinámico de transporte de contaminantes tienen en cuenta de cómo los

cambios de las características hidráulicas en los flujos a través de las conducciones que ocurren

durante un período de tiempo afectan al transporte de contaminantes.

Debido a la complejidad de resolver el sistema de ecuaciones diferenciales de la ecuación de

transporte planteados en los diferentes puntos de discretización de las conducciones de una red de

saneamiento para los diferentes pasos de tiempo se emplean una serie de métodos de solución para

modelos de flujo dinámico que pueden ser clasificados en modelos de tipo espacial como

Eulerianos o Lagrangianos y modelos de tipo temporal como guiados por tiempo o guiados por

sucesos.

a) Modelos tipo Espacial:

- Modelos tipo Euleriano. Divide las conducciones en una serie de volúmenes de control

interconectados y registra los cambios hidráulicos y de las concentraciones de los

contaminantes en los límites o dentro de estos volúmenes.

- Modelos tipo Lagrangiana. Registra los cambios hidráulicos y de concentración de

contaminantes en una serie de parcelas discretas de volúmenes de agua y como estas parcelas

se desplazan aguas abajo a través de las conducciones.

b) Modelos tipo Temporal

- Modelos guiados por Tiempo. Actualiza las características hidráulicas y de concentraciones

de contaminantes de la red en intervalos fijos de tiempo.

- Modelos guiados por Sucesos. Actualiza las características hidráulicas y de concentraciones

de contaminantes de la red solo en el tiempo en que ocurre un suceso, tal como cuando una

parcela de agua alcanza el final de la conducción y se mezcla con el agua de otras

conducciones.

Este modelo numérico necesita para el procesamiento de la implementación del método, los datos

de entrada de los modelos hidráulicos. En este proyecto hemos usado el modelo hidráulico SWMM

para determinar la dirección del flujo y velocidad en cada conducción en intervalos específicos de

tiempo sobre un periodo extendido. Estos intervalos de tiempo son llamados paso de tiempo

hidráulico t y su valor típico es de 1 hora para muchas aplicaciones de hidrología urbana, en

nuestro caso usaremos un paso de tiempo de 5 minutos para obtener una mejor precisión de los

pág. 31


datos. Dentro de cada paso de tiempo hidráulico la velocidad dentro de cada conducción permanece

constante. El transporte y la reacción de los contaminantes proceden en intervalos de tiempo más

pequeños conocidos como paso de tiempo de la concentración del contaminante CC . Los ajustes

de los datos hidráulicos son efectuados en el comienzo de un nuevo paso de tiempo hidráulico para

tener en cuenta posibles cambios en la velocidad, dirección y cantidad de flujo.

A continuación, se hará una breve descripción de cuatro modelos dinámicos diferentes dos

Eulerianos y dos Lagrangianos.

4.2.1. METODO DIFERENCIAS FINITAS (MDF)

MDF es un método de tipo Euleriano que aproxima las derivadas diferenciales de la ecuación de

transporte de contaminantes por diferencias finitas a lo largo de una malla de puntos fijos en tiempo

y espacio. Hay muchas maneras disponibles de transformar la ecuación de transporte a una

ecuación de diferencias finitas. El método de Lax-Wendroff es un método popular para resolver

las ecuaciones diferenciales de transporte evitando problemas en la resolución de estas complejas

ecuaciones. La expresión resultante es:

𝐶𝑖,𝑠𝑡+∆𝑡 = 0.5𝛼(1 + 𝛼)𝐶𝑖,𝑠−1

𝑡 + (1 − 𝛼2)𝐶𝑖,𝑠𝑡 − 0.5𝛼(1 − 𝛼)𝐶𝑖,𝑠+1

𝑡 + 𝑅(𝐶𝑖,𝑠𝑡 )

Donde “x ”es la distancia entre cada punto espacial de la malla. “ t ” es el paso de tiempo de la

concentración del contaminante. x

tu

. “

t

SiC , ” es la concentración en el punto “s” de la malla

de la conducción “i” en el tiempo “t”.

El resultado es una serie de ecuaciones algebraicas para toda la red que pueden ser resueltas de

manera explícita para cada paso de tiempo y aguas abajo de cada conducción. La precisión de MDF

depende del tamaño del paso de tiempo y del paso de tiempo de la concentración del contaminante.

4.2.2. METODO VOLUMEN DISCRETO (MVD)

MVD divide cada conducción en una serie de segmentos de tamaños iguales, con un volumen

completamente mezclado en su interior. Al final de cada sucesivo paso de tiempo de concentración

de contaminante, la concentración dentro de cada segmento es primero reaccionada y después

transferida al segmento aguas abajo. Cuando el segmento aguas abajo es un nudo, la concentración

y el caudal entrante al nudo es añadido a cualquier concentración y caudal que ya se encontrase en

el nudo debido a otras conducciones. Después de los pasos de reacción y transporte hayan sido

realizados para todas las conducciones, el resultado de la concentración mezclada en cada nudo es

registrada y transportada hacia el primer segmento de las conducciones salientes de ese nudo.

Esta secuencia es repetida para todos los pasos de tiempo hidráulicos. Cuando empezamos un

nuevo paso de tiempo hidráulico es entonces resegmentado las conducciones de la red para reflejar

pág. 32


los nuevos cambios en las características hidráulicas en el nuevo paso de tiempo. Las

concentraciones son reorganizadas desde los anteriores segmentos hacia los nuevos segmentos y

repitiendo de nuevo el proceso.

4.2.3. METODO GUIADO POR TIEMPO (MGT)

El método sigue la concentración del contaminante y el tamaño de una serie segmentos de

volúmenes de agua no superpuesta que llenan cada conducción de la red. A medida que pasa el

tiempo, el tamaño del segmento más aguas arriba de la conducción, aumenta a medida que el caudal

entra en la conducción llenando el primer segmento mientras que el segmento más aguas abajo de

la conducción sufre una pérdida de igual tamaño debido al abandono de caudal de la conducción.

El tamaño de los segmentos entre estos dos segmentos permanece constante.

Para cada paso de tiempo de la concentración del contaminante, los contenidos de cada segmento

están sujetos a una reacción, la concentración del contaminante y el caudal se van almacenando en

cada nudo y actualizados en los segmentos cada paso de tiempo. Nuevas concentraciones en los

nudos son calculados y nuevos segmentos son generados en el comienzo de la conducción con la

misma cantidad de caudal que ha abandonado el nudo. El proceso es repetido para el siguiente paso

de tiempo de concentración de contaminante.

El MGT evita cualquier dispersión numérica dentro de la longitud de las conducciones. La

precisión de este método depende en la elección del paso de tiempo y la tolerancia de concentración

usada para limitar la generación de segmentos.

Imagen 4.1. Esquema del proceso de transporte de contaminante en el MGT (Rossman et al., 1996)

4.2.4. METODO GUIADO POR SUCESOS (MGS)

pág. 33


El MGS es similar al método MGT excepto que, en vez de actualizar la red entera en un intervalo

de tiempo fijo, las condiciones en los nudos y conducciones son actualizados solo en tiempos

cuando el segmento aguas abajo desaparece completamente introduciéndose en su nudo final. Esta

metodología requiere una lista ordenada de los segmentos en cada conducción de la red de análisis

durante lo que dure el proceso. Cuando el siguiente suceso ocurre, el segmento siguiente en la lista

se le aplica las siguientes acciones:

- El segmento que llega al nudo es eliminado. Por lo tanto, se considera un nuevo suceso y el

tiempo de simulación es actualizado.

- Una nueva concentración es registrada en el nudo final y se mezcla con las concentraciones

y el caudal de otras conducciones que llegan al mismo nudo final. El siguiente segmento

reemplaza al segmento consumido.

- Si el cambio en la concentración del nudo está por encima de una tolerancia especificada,

un nuevo segmento es generado al comienzo de las conducciones salientes del nudo con una

concentración igual a la que tiene el nudo.

- Se actualizan todas las nuevas condiciones de los segmentos y se reordena la lista de

eventos.

Este proceso se repite hasta el final de los pasos de tiempo hidráulicos de la simulación.

La precisión del MDE no depende de cualquier limitación de paso de tiempo, solo depende de la

tolerancia de la concentración usada para limitar la generación de segmentos.

Imagen 4.2. Esquema del proceso de transporte de contaminante en el MGS (Boulos et al., 1995)

pág. 34


La precisión de MVD dependerá del tamaño del paso de tiempo de concentración de contaminante

usado. Este método evita dispersiones numéricas dentro de cada paso de tiempo hidráulico porque

los contenidos de los segmentos nunca son mezclados juntos. El método está sujeto a errores de

desplazamiento de fase como son errores en el seguimiento del momento de los cambios abruptos

de concentración, porque el volumen de flujo durante un paso de tiempo probablemente será menor

que el volumen de un segmento de la conducción como cuando la relación de tiempo de

concentración en una conducción al paso de tiempo no es un número entero.

4.2.5. IMPLEMENTACION DEL METODO DE VOLUMEN DISCRETO

El método volumen discreto se basa en un balance de masa del contaminante de tipo flujo pistón

que explica el transporte de contaminantes y los procesos de reacción, donde la masa de sustancia

se asigna a elementos de volumen discretos dentro de cada conducción, las reacciones ocurren

dentro de cada elemento, el contaminante es transportado de un elemento al siguiente y el volumen

de agua es mezclado en los nudos de la red.

Cada conducción en la red se divide en un número de elementos de igual tamaño espaciados

uniformemente a lo largo del eje de la conducción. 𝜈𝑖 se asigna al volumen de los elementos en la

conducción “i” y “iC ”es la concentración en cada elemento de volumen. En cada paso de tiempo

calidad de agua “ ”, el contaminante es transportado entre los elementos de volumen mientras al

mismo tiempo son sometidos a cambios en su concentración debido a la reacción. Para asegurarse

que el agua no es transportada más allá de su nodo aguas abajo, se debe limitar con un volumen de

elemento que debe ser menor que “ iQ ”, y “ ”no puede ser mayor que el mínimo tiempo de

concentración en cada elemento de volumen “i ”a lo largo de todas las conducciones asociado con

el paso de tiempo hidráulico. Asi tenemos el tiempo de concentración, el número de elementos por

conducción y el volumen de cada conducción en cada conducción:

n

V

Q

Vn

Q

V

ii

i

ii

i

i

i

min

Donde i

ii

A

LV es el volumen de la conducción “ i ”, “

in ”es el número de elementos de volumen

en la conducción “ i ”.

Cuando todas las conducciones han sido segmentadas en elementos de volumen y la concentración

inicial asignada, la propagación de la concentración a lo largo de la red en cada paso de tiempo de

calidad de agua se realiza en cuatro pasos:

pág. 35


- Primer paso: Actúa la reacción, en el cual la concentración en cada elemento de volumen

se somete a un cambio en la concentración.

m

emitido

h

generado

aqd

S

R

SS

owallliquido

m

emitidoatm PSV

d

SS sec

- Segundo paso: Mezcla en el nudo, en el cual la concentración y el volumen son mezclado

juntos en el nudo.

El transporte de la concentración y el caudal en el último elemento de volumen de cada conducción

entrante en el nudo, se genera una nueva concentración nodal ponderada con esas concentraciones

entrantes.

i

iij

CC

Imagen 4.3. Esquema proceso de transporte de contaminante en el MVD (Rossman et al., 1995)

Donde “iC ” es la concentración en la conducción “ i ” y “

i ” es el volumen del elemento en la

conducción “ i ” y “jC ” es la concentración en el nudo.

- Tercer paso: Transporte, en el cual la concentración es movida aguas abajo entre los

elementos de volumen adyacentes. El cambio en la concentración desde el elemento de

volumen “ k ” a “ 1k ” de cada conducción i .

pág. 36


- Cuarto paso: Asignación, en el cual la concentración saliente del nudo es asignada al

primer elemento de volumen.

ji CC 1

Esta secuencia es repetida para cada paso de tiempo de calidad de agua “ ”hasta que el siguiente

paso de tiempo hidráulico ocurre. En el último paso de tiempo de calidad de agua es posible que

se tenga que reducir debido a que el tiempo transcurrido no coincide con el paso de tiempo

hidráulico asociado. En “ /' ”, donde “ ' ”es el último paso de tiempo de calidad de agua asociado

a un paso de tiempo hidráulico. Los cálculos terminan cuando todos los pasos de tiempo hidráulicos

son realizados.

La segmentación de las conducciones puede ser modificado para acomodar dos casos que se pueden

dar en la simulación. Primero, conducciones muy cortas con altas velocidades pueden causar que

“ ”asuma un valor muy pequeño, esto conlleva tiempos de simulación grandes. Esto puede ser

evitado especificando un tiempo de paso de calidad de agua mínimo “ min ”. Las conducciones con

pequeños tiempos de concentración experimentaran retrasos en el transporte de las concentraciones

a través de ellas, causando algunas perdidas de precisión en la simulación. Componentes del

sistema hidráulico como bombas y válvulas se asumen con un transporte instantáneo de la

concentración sin tener alguna perdida de la precisión. El segundo caso se da con conducciones

muy largas y velocidades bajas. En este caso resultara un excesivo número de segmentos en la

conducción que conlleva una importante carga de memoria en la computación. Se resolverá con la

asignación de un número máximo de elementos de volumen para las conducciones “ maxn ”.

En el comienzo de la simulación la concentración en los nudos de la red es introducida como

condiciones de contorno. la ocurrencia de un nuevo paso de tiempo hidráulico puede inducir a

cambios en la segmentación de las conducciones debido a los posibles cambios en las velocidades

y los caudales de estas conducciones. Como resultado las concentraciones de los contaminantes

deben ser redefinidos antes de seguir con la simulación del nuevo paso de tiempo hidráulico. Esto

puede ser hecho por solapación de la última segmentación del paso de tiempo hidráulico con la

nueva segmentación del nuevo paso de tiempo hidráulico. Dos casos son posibles. En el primer

caso la nueva segmentación posee menos elementos que la anterior segmentación. En este caso, la

concentración desde cada elemento de volumen de la anterior segmentación es directamente

transferida a los nuevos elementos de volumen de la nueva segmentación hasta completarlos.

Cuando solo toma una porción del elemento de volumen de la segmentación anterior, la cantidad

restante de la segmentación anterior es introducida en un nuevo elemento de volumen de la

segmentación nueva.

k

i

k

i CC '1

pág. 37


Imagen 4.4. Esquema de reducción de segmentos al final del t (Rossman et al., 1995)

En el segundo caso, la nueva segmentación posee más elementos de volumen que la segmentación

anterior. En este caso, un volumen igual al elemento de volumen de la nueva segmentación es

transferido desde la anterior segmentación. La cantidad restante de la segmentación anterior es

introducida en un nuevo elemento de volumen de la nueva segmentación.

Imagen 4.5. Esquema de incremento de segmentos al final del t (Rossman et al., 1995)

4.3. IMPLEMENTACION DEL METODO VOLUMEN DISCRETO

En la primera parte del presente trabajo se tratará de implementar el método expuesto

anteriormente. Se realizará la simulación mediante la herramienta matemática MATLAB con el

que trataremos de realizar la simulación de una red de saneamiento con el objeto de obtener

idénticos resultados que ya fueron analizados en la publicación de Lewis Rossman de 1994 que

tiene por nombre “Discrete Volumen-Element Method for Network Water-Quality Models”

El método explicado anteriormente será implementado en una pequeña red de saneamiento con el

objetivo de observar y comprender mejor cómo funciona el método en el transporte de

contaminantes a lo largo de una red durante un evento de lluvias.

La red de saneamiento estará compuesta por seis conducciones, unidas por seis nudos de los cuales

tres nudos serán portadores de las concentraciones que se introducirán en la red a lo largo del

tiempo.

Las características de los elementos de la red se muestran en la siguiente tabla.

pág. 38


Tabla 4.1. Características hidráulicas y geométricas de las conducciones

Numero

conducción

Nudo

entrada

Nudo

salida

Longitud

(m)

Diámetro

conducción

(mm)

Caudal

(m3/s)

Velocidad

(m/s)

1 4 1 610 203 0.05910 1.820

2 1 2 732 152 0.00635 0.348

3 6 2 305 203 0.06200 1.910

4 3 2 1220 152 0.00744 0.409

5 3 1 366 152 0.01030 0.564

6 5 3 671 203 0.06830 2.100

En la siguiente Imagen 4.6 se muestra el esquema de la red de estudio donde se va a aplicar el

método numérico de transporte de contaminantes.

Imagen 4.6. Esquema de la red de aplicación del método numérico de transporte

En este ejemplo será utilizada una reacción de tipo primer orden cinético de la forma igual a:

exp'

ii CC

Donde “ ”es el coeficiente disminución o crecimiento de la concentración. Para este ejemplo “

”es igual a cero con lo que solo tendremos transporte en las conducciones y la concentración se

mantendrá constante.

pág. 39


El primer paso es calcular las características de la red de saneamiento. Calcularemos los parámetros

paso de tiempo calidad de agua “ ”. el número de elementos de volumen en cada conducción “in

” y el volumen de los segmentos “i ”.

Tabla 4.2. Características de los nudos de la red de aplicación del método numérico de transporte

Numero de

conducción

Tiempo de viaje (𝝉𝒊)

(min) Numero elementos (𝒏𝒊)

Volumen elementos (𝝊𝒊)

(m3)

1 5.59 2 9.87

2 35.06 13 1.02

3 2.66 1 9.87

4 49.71 18 1.23

5 10.82 4 1.66

6 5.33 1 21.72

Imagen 4.7. Esquema de la red con los segmentos de volumen en cada conduccion

;;;minn

V

Q

Vn

Q

V ii

i

ii

i

i

i

58.582.1

6101 09.35

348.0

7322 66.2

91.1

3053

pág. 40


75.49409.0

220,14 75.10

564.0

3665 31.5

10.2

6716

min66.2

31.5

75.10

75.49

66.2

09.35

58.5

min

26066.20591.0

6104

1000/2032

1

n

136066.200635.0

7324

1000/1522

2

n

16066.2062.0

3054

1000/2032

3

n

186066.200744.0

220,14

1000/1522

4

n

46066.20103.0

3664

1000/1522

5

n

16066.20683.0

6714

1000/2032

6

n

3

2

1 87.92

6104

1000/203

m

3

2

2 02.113

7324

1000/152

m

3

2

3 87.91

3054

1000/203

m

3

2

4 23.118

220,14

1000/152

m

3

2

5 66.14

3664

1000/152

m

3

2

6 72.211

6714

1000/203

m

pág. 41


A continuación, se muestran en la Imagen 4.8 los resultados alcanzados en la publicación de Lewis

Rossman. Estos resultados serán comparados con los obtenidos después de ejecutar el script

MATLAB con el código donde está impreso el método de volumen discreto.

Imagen 4.8. Grafica de resultados del MVD obtenidos por Rossman

- Animación de la simulación del transporte de un contaminante por una red de saneamiento.

Video de la simulación de un contaminante en el agua a través de la red de saneamiento (Rossman)

Rossman_concentration.mp4

pág. 42


pág. 43


pág. 44


pág. 45


pág. 46


pág. 47


Imagen 4.9. Esquema del proceso de transporte de contaminante cada intervalo de tiempo de concentración de contaminante

pág. 48


Imagen 4.10. Grafica con resultados de valores de concentración del contaminante a lo largo del periodo de simulación

0 0

85

,60

85

,60

85

,60

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

12

8,8

0

0

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

16

2,8

5

17

0,0

7

17

0,0

7

17

0,0

7

17

3,7

1

20

4,1

4

20

4,1

4

20

4,1

4

20

4,1

4

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

30

0

0

50

100

150

200

250

300

350

2,66 5,32 7,98 10,64 13,30 15,96 18,62 21,28 23,94 26,60 29,26 31,92 34,58 37,24 39,90 42,56 45,22 47,88 50,54 53,20 55,86 58,52 61,18

Co

nce

ntr

acio

n (

mg/

l)

Tiempo (min)

SIMULACION PUBLICACION ROSSMAN

NUDO 1 NUDO 2 NUDO 3

pág. 49


Tabla 4.3. Cuadro 1 con los valores de las concentraciones del contaminante en los segmentos de volumen para cada intervalo de tiempo

i \ K t

(min) NUDO

6

LINK 3 NUDO 5

LINK 6 NUDO 4

LINK 1 NUDO 3

LINK 4

1 1 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0 0.00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 2.66 200 200 300 300 100 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 5.32 200 200 300 300 100 100 100 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3 7.98 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4 10.64 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5 13.30 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6 15.96 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 18.62 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8 21.28 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 23.94 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 26.60 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0 0

11 29.26 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0 0

12 31.92 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0 0

13 34.58 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0 0

14 37.24 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0 0

15 39.90 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0 0

16 42.56 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0 0

17 45.22 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0 0

18 47.88 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 0

19 50.54 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

20 53.20 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

21 55.86 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

22 58.52 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

23 61.18 200 200 300 300 100 100 100 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

pág. 50


Tabla 4.4. Cuadro 2 con los valores de las concentraciones del contaminante en los segmentos de volumen para cada intervalo de tiempo

LINK 5 NUDO 1

LINK 2 NUDO 2 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 0 0 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 0 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 85.60 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 0 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 85.60 162.85

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 85.60 170.07

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 85.60 170.07

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 170.07

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 173.71

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 204.14

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 204.14

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 204.14

300 300 300 300 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 128.80 204.14

pág. 51

pág. 52

CAPITULO 5. APLICACIÓN DEL METODO NUMERICO EN LA RED DE SANEAMIENTO

DE LA CIUDAD DE MURCIA


5. APLICACIÓN DEL METODO NUMERICO EN LA RED DE SANEAMIENTO DE LA

CIUDAD DE MURCIA ........................................................................................ 523

5.1. DESCRIPCION DE LA RED DE SANEAMIENTO DEL MUNICIPIO DE MURCIA ............................. 53

5.1.1. Configuracion de la red .................................................................................................................. 53

5.1.2. Zona de estudio .............................................................................................................................. 56

5.2. OBTENCION DE DATOS DE ENTRADA .................................................................................... 56

5.2.1. Caracteristicas bilogicas de las aguas residuales ........................................................................... 57

5.2.2. Caracteristicas geometricas de las conducciones .......................................................................... 61

5.2.3. Las características hidráulicas de las aguas residuales .................................................................. 62

5.2.4. Modelo numérico de la red de saneamiento .................................................................................. 64

5.2.5. Modelo numérico del municipio de murcia .................................................................................... 65

5.3. PORCEDIMIENTO DE APLICACIÓN DEL METODO VOLUMEN DISCRETO ................................ 72

5.4. RESULTADOS DE LA SIMULACION ......................................................................................... 75

pág. 53

Capítulo 5. Aplicación del método numérico en la red de saneamiento de la ciudad de Murcia

5. APLICACIÓN DEL METODO NUMERICO EN

LA RED DE SANEAMIENTO DE LA CIUDAD DE

MURCIA

En este capítulo describiremos la composición de la red de saneamiento de la ciudad de Murcia y

la zona de estudio donde aplicaremos el método numérico de simulación e sulfuros. Para el cálculo

de la simulación mencionaremos el proceso de obtención de una serie de datos biológicos e

hidráulicos de las aguas residuales necesarios para la estimación y por ultimo mostraremos los

resultados proporcionados por el método de volumen discreto.

5.1. DESCRIPCION DE LA RED DE SANEAMIENTO DEL

MUNICIPIO DE MURCIA

La red de alcantarillado del termino de Murcia es en su mayor parte de sistema unitario. En ella

coexisten colectores de gran antigüedad con otros construidos recientemente usando las más

modernas técnicas de túneles, hinca, instalación sin zanja, rehabilitados con sistemas de manga,

etc.

El valle de Murcia tiene una topografía muy particular. Los dos cauces naturales de mayor

envergadura, el Segura y el Guadalentín (Sangonera o Reguerón) tienen sus márgenes a cotas más

elevadas que gran parte de las zonas colindantes. Este factor unido a las bajas pendientes, suele

hacer inviable la canalización por gravedad de las aguas. Por ello existe en la actualidad casi 200

estaciones de bombeo y tanques de tormenta de aguas residuales y pluviales ubicadas en diversos

puntos de la red.

Los bombeos de agua residual permiten salvar los obstáculos del terreno a cambio de un coste

energético y de mantenimiento de los equipos e instalaciones. Existen zonas especialmente llanas,

con gran profusión de acequias y azarbes y terrenos con alto nivel freático que hacen inviable la

instalación del alcantarillado, incluso empleando sistemas de bombeo.

5.1.1. CONFIGURACION DE LA RED

Tenemos dos grandes sistemas de colectores y una serie de sistemas de menor longitud, vinculados

cada uno de ellos a su correspondiente EDAR. Dichos sistemas se enumeran a continuación:

- Sistema Murcia-Este.

- Sistema El Raal.

- Resto de sistemas independientes de pequeñas localidades del campo de Murcia.

pág. 54


En este trabajo nos centraremos en el sistema de alcantarillado Murcia-Este compuesto por los

colectores Margen Derecha y Margen Izquierda. A continuación, resumiremos estos colectores.

SISTEMA MURCIA-ESTE

MARGEN DERECHA

El Colector Margen Derecha tiene una longitud de aproximadamente 2.275 m, y tiene una sección

circular de 2 m diámetro. Este colector está compuesto por colector S-1 y los ramales de Beniajan,

Torreaguera y El Secano. Su trazado discurre paralelo al Reguerón, continua por la margen derecha

del Segura tras la confluencia de ambos ríos y cruza hacia la EDAR Murcia-Este bajo el rio por

medio de un sifón.

Imagen 5.1. Esquema distribución de colectores Sistema Murcia Este en Margen Derecha.

MARGEN DERECHA

Colector S-1

RamalesCostera Sur

San Jose

Los Garres

Algezares

Santo Angel

La Alberca

La Arrixaca

El Palmar

Mercamurcia

Sangonera La Verde

Torreguil

ColectorPlan Sur

Colector Infante

Colector Los Dolores

Colector Anillo Oeste-Sur

ColectorPerimetral Sur

ColectorP.I.OesteCITMUSA

ColectorSangonera La

Seca

RamalesBeniajan

TorreagueraEl Secano

pág. 55


MARGEN IZQUIERDA

El colector Margen Izquierda su trazado recorre la margen izquierda del rio Segura desde su

arranque a la salida del bombeo del Colector Central, recoge a su paso las aguas del colector

Pedanías y desemboca finalmente en la EDAR Murcia-Este. Esta construido con tuberías de

hormigón armado de 2.000 mm de diámetro, y tiene una longitud total aproximada de 4.735 m.

Imagen 5.2. Esquema distribución de colectores Sistema Murcia Este en Margen Izquierda

SISTEMA EL RAAL

Este sistema es mucho más sencillo, el esquema de la red desemboca en la EDAR el Raal.

Imagen 5.3. Esquema distribución de colectores Sistema El Raal.

MARGEN IZQUIERDA

Colector Pedanias

Colector Puente Tocinos

Colector Casillas

Colector Azarbe Mayor

Colector Esparragal

Colector Central

Colectro PEIH

Colectro Cabezo Torres

Colector Norte

San Felix

Zona Centro

CR3

C-6

El Churra-El Puntal

Espinardo

Guadalupe-SendaGranada

La Albatalia

Colector Atalayas

Colector Nuevo San Felix

EDAR EL RAALColector de El

Raal

Santa CruzLlano de Brujas

Impulsion Orilla de Azarbe

Ramal de Alquerias

Ramal de Los Ramos

pág. 56


5.1.2. ZONA DE ESTUDIO

La zona de estudio elegida para aplicar el método numérico de simulación de sulfuros es la que se

muestra a continuación:

Imagen 5.4. Plano de situación de la zona de estudio

La zona seleccionada está compuesta por los tramos de las conducciones que se encuentran a la

llegada a la Estación Depuradora Murcia-Este. Tendremos dos tipos de aguas residuales en este

estudio. Una procedente del Colector Pedanías que transporta las aguas que recoge a su paso por

las pedanías del norte de Murcia como son las pedanías de Cobatillas, Esparragal, Monteagudo,

Casillas y Puente Tocinos. Y el segundo colector es el que transporta las aguas de toda Murcia

Centro, el Colector Central donde tendremos los mayores caudales residuales. Estos dos grandes

colectores confluirán antes de su entrada a la EDAR Murcia-Este donde serán tratadas las aguas.

5.2. OBTENCION DE DATOS DE ENTRADA

COLECTOR

CENTRAL

BRC

LA VENTA

EDAR

MURCIA-ESTE

pág. 57


El objetivo de este estudio es obtener la simulación del transporte de sulfhídrico en agua y en la

atmosfera a través del colector. Para hacer funcionar la simulación necesitamos de una serie de

datos de entrada como son:

- Las características geométricas de las conducciones.

- Las características biológicas de las aguas residuales.

- Las características hidráulicas de las aguas residuales.

Una vez que se hayan conseguidos estos datos se procede a la elección del paso de tiempo de

concentración del contaminante CC . El valor seleccionado dependerá del intervalo de tiempo

seleccionado en la consecución de los datos de las características hidráulicas y los datos de las

características bilógicas de las aguas residuales. Para este estudio las iteraciones de los cálculos de

los valores estimados de sulfuros serán de 2.5 minutos en cada iteración.

Tabla 5.1. Intervalos de tiempo usados en la simulación

INTERVALO DE TIEMPO

HIDRAULICO

INTERVALO DE TIEMPO

CONCENTRACION CONTAMINANTE

5t minutos 5.2CC minutos

En el siguiente apartado mostraremos como se han conseguidos los datos de entrada al modelo de

este estudio.

5.2.1. CARACTERISTICAS BILOGICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

Los datos necesarios para el modelo de la reacción química que se produce en los colectores son la

Demanda Biológica del agua residual, la temperatura del agua residual y la temperatura de la

atmosfera del colector, que conseguiremos tomando muestras de dos puntos en los colectores. Uno

de los puntos será en el colector que se dirige aguas abajo del BRC La Venta y otra de las muestras

será medida en el colector aguas abajo del BRC Colector Central. Debido a problemas técnicos en

la toma de muestras en el Colector Central no se pudieron tomar las muestras en dicho colector,

con lo que se supondrá que los datos obtenidos en el muestreo de BRC La Venta serán válidos y

semejantes para los datos de muestreo en el BRC Colector Central. Estas muestras de sulfhídrico

serán los datos de partida de la simulación.

En la siguiente tabla se muestra los datos obtenidos en la toma de muestras:

Tabla 5.2. Cuadro de valores de las características biológicas y de temperatura

pág. 58


TIEMPO

(días)

DBO5

(mg/L)

TAGUA

(ºc)

TAIRE

(ºc)

0.003 263.92 21.0 22.3

0.007 262.62 21.0 22.3

0.010 260.81 20.5 22.2

0.014 258.56 20.4 22.1

0.017 255.93 20.4 22.0

0.021 252.99 20.2 22.0

0.024 249.80 20.2 22.0

0.028 246.43 20.1 22.0

0.031 242.94 20.1 22.0

0.035 239.41 20.1 22.0

0.038 235.88 20.0 22.0

0.042 232.44 19.9 22.0

0.045 229.14 19.8 21.9

0.049 226.05 19.7 21.9

0.052 223.23 19.5 21.9

0.056 220.62 19.4 22.1

0.059 218.07 19.4 22.3

0.063 215.45 19.4 22.4

0.066 212.59 19.4 22.4

0.069 209.36 19.4 22.3

0.073 205.77 19.4 22.1

0.076 201.99 19.6 22.1

0.080 198.24 19.5 22.1

0.083 194.70 19.5 22.0

0.087 191.40 19.5 22.1

0.090 188.19 19.5 22.1

0.094 184.92 19.3 22.1

0.097 181.44 19.2 22.3

0.101 177.61 19.0 22.4

0.104 173.39 18.9 22.5

0.108 168.90 18.6 22.6

0.111 164.32 18.6 22.5

0.115 159.80 18.5 22.4

0.118 155.50 18.4 22.4

0.122 151.50 18.4 22.4

0.125 147.72 18.5 22.5

0.128 144.06 18.4 22.6

0.132 140.43 18.4 22.8

0.135 136.73 18.4 22.9

0.139 132.89 18.3 23.0

0.142 128.93 18.2 23.0

0.146 124.90 18.1 22.9

0.149 120.89 18.0 22.8

0.153 116.93 17.9 22.6

0.156 113.09 17.8 22.5

0.160 109.46 17.7 22.5

0.163 106.12 17.6 22.4

0.167 103.14 17.7 22.3

0.170 100.59 17.8 22.2

0.174 98.43 17.7 22.2

0.177 96.52 17.7 22.2

0.181 94.71 17.7 22.1

0.184 92.87 17.6 22.3

0.188 90.90 17.5 22.3

0.191 88.86 17.5 22.3

0.194 86.86 17.5 22.4

0.198 84.97 17.3 22.5

0.201 83.28 17.3 22.6

0.205 81.80 17.3 22.6

0.208 80.51 17.4 22.8

0.212 79.40 17.3 22.9

0.215 78.46 17.4 22.8

0.219 77.67 17.4 22.7

0.222 77.01 17.3 22.6

0.226 76.47 17.2 22.5

0.229 76.07 17.0 22.4

0.233 75.82 17.0 22.4

0.236 75.76 17.0 22.4

0.240 75.89 17.0 22.4

0.243 76.25 16.9 22.4

0.247 76.86 16.8 22.4

0.250 77.72 16.8 22.5

0.253 78.81 16.7 22.5

0.257 80.12 16.7 22.4

0.260 81.62 16.6 22.5

0.264 83.30 16.7 22.5

0.267 85.14 16.8 22.6

0.271 87.12 16.9 22.6

0.274 89.22 16.8 22.6

0.278 91.42 16.9 22.5

0.281 93.70 16.9 22.4

0.285 96.04 16.9 22.3

0.288 98.45 16.9 22.3

0.292 100.95 16.9 22.2

0.295 103.56 16.7 22.2

0.299 106.30 16.8 22.1

0.302 109.20 16.5 22.1

0.306 112.27 16.4 22.1

0.309 115.53 16.3 22.1

0.313 118.99 16.4 22.1

0.316 122.63 16.4 22.3

0.319 126.45 16.4 22.5

0.323 130.42 16.5 22.6

0.326 134.53 16.5 22.8

0.330 138.77 16.6 22.8

0.333 143.13 16.6 22.9

0.337 147.59 16.7 22.8

0.340 152.14 16.8 22.7

0.344 156.79 16.9 22.6

0.347 161.55 16.8 22.5

0.351 166.43 17.1 22.4

0.354 171.43 17.3 22.4

0.358 176.58 17.5 22.3

0.361 181.88 17.6 22.3

0.365 187.35 17.7 22.4

0.368 192.97 17.9 22.3

0.372 198.71 17.9 22.3

0.375 204.52 17.9 22.2

0.378 210.39 18.1 22.3

0.382 216.25 18.2 22.4

0.385 222.09 18.1 22.4

0.389 227.85 18.0 22.6

0.392 233.50 18.0 22.7

0.396 238.98 17.9 22.8

0.399 244.24 18.3 23

0.403 249.22 18.5 23

0.406 253.88 18.7 22.9

0.410 258.17 19.0 22.7

0.413 262.02 19.4 22.6

0.417 265.43 19.5 22.5

0.420 268.40 19.8 22.5

pág. 59


0.424 270.97 19.8 22.6

0.427 273.14 20.0 22.7

0.431 274.93 20.1 22.8

0.434 276.36 20.1 22.9

0.438 277.46 20.2 23.0

0.441 278.24 20.2 22.9

0.444 278.76 20.3 22.8

0.448 279.06 20.4 22.8

0.451 279.18 20.6 22.8

0.455 279.16 20.8 22.7

0.458 279.05 20.9 22.6

0.462 278.88 21 22.5

0.465 278.71 21 22.5

0.469 278.57 21.1 22.5

0.472 278.46 21.2 22.5

0.476 278.40 21.4 22.6

0.479 278.42 21.7 22.7

0.483 278.52 21.9 22.8

0.486 278.72 22 23.0

0.490 279.03 22.1 23.0

0.493 279.48 22.1 23.1

0.497 280.07 22.3 23.2

0.500 280.83 22.3 23.3

0.503 281.78 22.5 23.3

0.507 282.95 22.9 23.3

0.510 284.37 22.9 23.3

0.514 286.05 23 23.3

0.517 288.03 23.1 23.4

0.521 290.32 23.1 23.4

0.524 292.95 23.2 23.4

0.528 295.89 23.2 23.4

0.531 299.10 23.4 23.4

0.535 302.55 23.4 23.4

0.538 306.18 23.6 23.4

0.542 309.97 23.9 23.4

0.545 313.87 23.8 23.5

0.549 317.84 24.3 23.5

0.552 321.82 24.4 23.5

0.556 325.78 24.6 23.4

0.559 329.66 24.8 23.5

0.563 333.41 24.9 23.5

0.566 336.97 25.2 23.4

0.569 340.31 25.3 23.4

0.573 343.36 25.4 23.3

0.576 346.14 25.5 23.3

0.580 348.79 25.4 23.3

0.583 351.49 25.4 23.3

0.587 354.43 25.4 23.3

0.590 357.77 25.3 23.3

0.594 361.69 25.3 23.3

0.597 366.22 25.3 23.3

0.601 371.03 25.4 23.3

0.604 375.75 25.4 23.3

0.608 380.03 25.4 23.3

0.611 383.61 25.5 23.2

0.615 386.82 25.5 23.2

0.618 390.16 25.4 23.1

0.622 394.13 25.3 23.1

0.625 398.99 25.3 23.1

0.628 404.51 25.3 23.1

0.632 410.35 25.3 23.1

0.635 416.19 25.2 23.0

0.639 421.71 25.2 23.0

0.642 426.57 25.2 23.0

0.646 430.51 25.3 23.0

0.649 433.52 25.3 23.0

0.653 435.68 25.2 23.0

0.656 437.09 25.2 23.0

0.660 437.83 25.2 23.0

0.663 437.98 25.2 23.1

0.667 437.61 25.2 23.1

0.670 436.72 25.2 23.1

0.674 435.30 25.2 23.2

0.677 433.34 25.1 23.3

0.681 430.83 25.1 23.2

0.684 427.78 25.1 23.1

0.688 424.15 25.0 23.1

0.691 419.96 25.0 23.1

0.694 415.19 25.0 23.1

0.698 409.82 25.0 23.1

0.701 403.92 25.0 23.1

0.705 397.59 25.1 23.1

0.708 390.96 25.1 23

0.712 384.18 25.1 23

0.715 377.35 25.0 23

0.719 370.61 25.0 23

0.722 364.03 25.0 23

0.726 357.64 25.0 23

0.729 351.44 25.0 23.0

0.733 345.47 24.9 23.0

0.736 339.74 24.9 23.0

0.740 334.28 24.9 23.0

0.743 329.12 24.9 23.0

0.747 324.24 24.8 23.0

0.750 319.66 24.8 23.0

0.753 315.36 24.8 22.9

0.757 311.34 24.7 22.9

0.760 307.59 24.7 22.9

0.764 304.11 24.7 22.9

0.767 300.89 24.7 23.0

0.771 297.93 24.6 23.1

0.774 295.21 24.6 23.1

0.778 292.73 24.7 23.2

0.781 290.45 24.7 23.2

0.785 288.37 24.7 23.2

0.788 286.44 24.6 23.2

0.792 284.66 24.5 23.1

0.795 282.99 24.8 23.1

0.799 281.41 24.5 23.1

0.802 279.90 24.5 23.0

0.806 278.43 24.4 23.0

0.809 277.00 24.4 23.0

0.813 275.59 24.4 23.0

0.816 274.21 24.3 23.0

0.819 272.88 24.3 23.0

0.823 271.58 24.3 23.0

0.826 270.33 24.3 23.1

0.830 269.12 24.3 23.0

0.833 267.97 24.3 23.0

0.837 266.87 24.4 23.1

0.840 265.83 24.4 23.1

0.844 264.84 24.4 23.2

0.847 263.93 24.4 23.3

pág. 60


0.851 263.07 24.3 23.3

0.854 262.28 24.3 23.3

0.858 261.56 24.3 23.2

0.861 260.91 24.2 23.1

0.865 260.32 24.2 23.0

0.868 259.81 24.3 23.0

0.872 259.37 24.3 22.8

0.875 259.00 24.3 22.8

0.878 258.71 24.2 22.7

0.882 258.49 24.2 22.7

0.885 258.33 24.2 22.8

0.889 258.23 24.1 22.8

0.892 258.18 24.1 22.8

0.896 258.19 24.0 22.7

0.899 258.24 23.8 22.6

0.903 258.33 23.6 22.6

0.906 258.45 23.6 22.6

0.910 258.61 23.5 22.6

0.913 258.80 23.4 22.6

0.917 259.01 23.3 22.6

0.920 259.24 23.3 22.6

0.924 259.48 23.0 22.6

0.927 259.73 22.9 22.7

0.931 259.99 22.8 22.7

0.934 260.26 22.7 22.8

0.938 260.53 22.7 22.7

0.941 260.81 22.5 22.7

0.944 261.08 22.5 22.7

0.948 261.36 22.5 22.7

0.951 261.64 22.4 22.7

0.955 261.92 22.4 22.6

0.958 262.19 22.3 22.7

0.962 262.46 22.3 22.7

0.965 262.72 22.1 22.8

0.969 262.98 22.0 22.8

0.972 263.22 22.0 22.8

0.976 263.46 21.8 22.8

0.979 263.68 21.8 22.7

0.983 263.89 21.6 22.6

0.986 264.08 21.4 22.6

0.990 264.26 21.3 22.6

0.993 264.42 21.3 22.6

0.997 264.56 21.2 22.6

1.000 264.68 21.0 22.7

pág. 61


Una vez medidos los parámetros de DBO5, Temperatura del agua residual y la Temperatura de la

atmosfera del colector serán introducidos en las expresiones empíricas de los modelos de cálculo

para la simulación de sulfuros en el agua residual y de sulfuros emitidos a la atmosfera del colector.

5.2.2. CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LAS CONDUCCIONES

Imagen 5.5. Plano de situación con los pozos de registro y conducciones en la zona de estudio

Estos modelos también dependen de datos hidráulicos y geométricos de las conducciones. A

continuación, vamos a hacer un breve resumen de cuál es el procedimiento a seguir para la

implementación del método numérico.

Estos son las características de los pozos de registro y de las conducciones que vamos a usar en el

modelo para la simulación de los caudales residuales.

Tabla 5.3. Características de los pozos de registro

NUMERO POZO REGISTRO

TIPO DE COLECTOR

COTA SOLERA

(m)

PROFUNDIDAD

(m)

27250 C.PEDANIAS 30.75 3.92

27251 C.PEDANIAS 30.62 4.28

27289 C.CENTRAL 31.14 6.34

COLECTOR

CENTRAL

BRC

LA VENTA

EDAR

MURCIA-ESTE

pág. 62


27290 C.CENTRAL 31.08 6.80

27291 EDAR 31.27 6.50

27292 EDAR 31.12 6.60

27293 EDAR 31.02 6.36

27294 EDAR 30.94 6.73

27295 EDAR 30.86 6.69

32961 EDAR 30.48 6.34

62022 EDAR 30.30 2.20

Tabla 5.4. Características de las conducciones

NUMERO CONDUCCION

TIPO DE COLECTOR

POZO REGISTRO INICIO

POZO REGISTRO FINAL

DIAMETRO

(m)

LONGITUD

(m) PENDIENTE RUGOSIDAD

27142 C.PEDANIAS 27250 27251 1.01 46.30 0.001 0.012

27143 C.PEDANIAS 27251 32961 1.01 34.30 0.001 0.011

27179 C.CENTRAL 27289 27290 2.00 59.60 0.002 0.011

27180 C.CENTRAL 27290 32961 2.00 45.20 0.002 0.011

27181 EDAR 32961 27291 2.00 30.90 0.002 0.011

27182 EDAR 27291 27292 2.00 49.90 0.001 0.011

27183 EDAR 27292 27293 2.00 68.50 0.001 0.011

27184 EDAR 27293 27294 2.00 68.80 0.001 0.011

27185 EDAR 27294 27295 2.00 66.20 0.002 0.011

27186 EDAR 27295 62022 2.20 72.20 0.002 0.012

5.2.3. LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DE LAS AGUAS

RESIDUALES

Los datos de los caudales residuales se han obtenido de la base de datos ofrecidos por la empresa

de gestión de agua EMUSA. Esta empresa proporciona los datos registrados de consumo obtenidos

por los contadores de consumo de los abonados mediante los cuales se puede conseguir una

aproximación de los caudales residuales.

A continuación, se muestran los datos de caudales residuales, debido a que hay más de 200.000

abonados a la red de abastecimiento, se mostrara un ejemplo a modo de entender los datos que han

sido obtenido para realizar la simulación:

pág. 63


Tabla 5.5. Datos de registro del consumo de agua de los abonados en la ciudad de Murcia

Contrato Fecha Lectura

Actual

Metros cúbicos Consumidos

(m3/bimensual)

ACOMETIDA Caudal de calculo

(m3/s)

6350840 03/01/2017 22 2157819 0.0000042

6350842 02/01/2017 1 2157826 0.0000002

6350843 03/01/2017 19 2157829 0.0000036

6350844 03/01/2017 21 2157828 0.0000040

6350845 03/01/2017 22 2157831 0.0000042

6350847 03/01/2017 20 2157834 0.0000038

6350850 03/01/2017 32 2157837 0.0000061

6350851 03/01/2017 0 2157869 0.0000000

6350853 03/01/2017 37 2157871 0.0000070

6350854 03/01/2017 0 2157868 0.0000000

6350855 03/01/2017 31 2158481 0.0000059

6350857 03/01/2017 15 2158494 0.0000028

6350860 03/01/2017 5 2158492 0.0000009

6350861 03/01/2017 23 2158497 0.0000044

6350862 03/01/2017 13 2158499 0.0000025

6350863 03/01/2017 0 2158501 0.0000000

6350865 03/01/2017 10 2158504 0.0000019

6350867 03/01/2017 17 2158512 0.0000032

6350868 03/01/2017 23 2158513 0.0000044

6350871 03/01/2017 33 2158517 0.0000063

6350872 03/01/2017 1 2158518 0.0000002

6350875 03/01/2017 18 2158521 0.0000034

6350876 03/01/2017 15 2158522 0.0000028

6350878 03/01/2017 5 2158525 0.0000009

6350880 03/01/2017 3 2158529 0.0000006

6350881 03/01/2017 0 2158530 0.0000000

6350882 03/01/2017 0 2158531 0.0000000

6350885 03/01/2017 0 2158528 0.0000000

6350886 03/01/2017 12 2158314 0.0000023

… … … … …

pág. 64


9631424 26/01/2017 9 0.0000017 2195273

9631428 18/01/2017 8 0.0000015 2189591

9631431 30/01/2017 4 0.0000008 2195331

Estos caudales serán asignados a los pozos de registro en el modelo hidráulico. Serán asignados

por aproximación según la ubicación de la acometida y la posición del pozo de registro.

5.2.4. MODELO NUMÉRICO DE LA RED DE SANEAMIENTO

Una red de saneamiento consiste en un conjunto de conducciones, pozos de registro, bombas de

residuales, depósitos y otras instalaciones que son usadas para transportar el agua residual desde

que entran en la red de alcantarillado hasta su llegada en la planta de tratamiento para su posterior

vertido al medio receptor. El sistema de saneamiento es modelado como una red de conducciones

que son conectados a nudos representando la red ramificada. Las conducciones representan

tuberías. bombas y los nudos actúan como uniones de las tuberías. puntos de vertido o depósitos

de almacenamiento.

El Storm Water Management Model (modelo de gestión de aguas pluviales) de la Agencia de

Protección del Medioambiente de los Estados Unidos (USEPA) es un modelo numérico que

permite simular el comportamiento hidrológico-hidráulico de un sistema de drenaje urbano. tanto

en términos de cantidad de agua como de calidad de la misma.

Imagen 5.6. Esquema de capas de SWMM 5.0. (Del Rio, 2011)

SWMM 5.0 considera la red como un conjunto de elementos y flujos diversos (Objetos) dentro de

módulos o capas de modo que cada una de dichas capas representa un proceso hidrológico-

hidráulico (es equivalente a la estructura de bloques de las versiones anteriores).

pág. 65


Estos módulos y sus correspondientes objetos son los siguientes (US-EPA. 2005):

El Módulo Atmosférico. desde el cual se analiza la lluvia caída y los contaminantes depositados

sobre la superficie del suelo que se analiza en el Módulo de Superficie del Suelo. SWMM

utiliza el objeto Pluviómetro (Rain Gage) para representar las entradas de lluvia en el sistema.

El Módulo de Superficie del Suelo. que se representa a través de uno o más objetos cuenca

(Subcatchment). Estos objetos reciben la precipitación del Módulo Atmosférico en forma de lluvia

o nieve. y generan flujos de salida en forma de infiltración para el Módulo de Aguas Subterráneas

y también como escorrentía superficial y cargas de contaminantes para el Módulo de Transporte.

El Módulo de Aguas Subterráneas recibe la infiltración del Módulo de Superficie del Suelo y

transfiere una parte de la misma como flujo de entrada para el Módulo de Transporte, Este módulo

se ajusta utilizando los objetos Aquifers (Acuíferos).

El Módulo de Transporte contiene una red con elementos de transporte (canales. tuberías. bombas

y elementos de regulación) y unidades de almacenamiento y tratamiento que transportan el

agua hacia los Nudos de Vertido (Outfall) o las estaciones de tratamiento. Los flujos de entrada

de este Módulo pueden provenir de la escorrentía superficial, de la interacción con el flujo

subterráneo, de los caudales sanitarios correspondientes a periodos sin lluvia o de hidrogramas

de entrada definidos por el usuario. Los componentes del Módulo de Transporte se modelan con

los objetos Nudos y Líneas.

Imagen 5.7. Ejemplo de los Componente Físicos empleados en el modelo de un sistema de drenaje (US-EPA. 2005)

5.2.5. MODELO NUMÉRICO DEL MUNICIPIO DE MURCIA

pág. 66


A continuación. se muestran diversas imágenes del modelo de la red de saneamiento del municipio

de Murcia con el que se ha trabajado en este estudio.

Imagen 5.8. Esquema general de saneamiento de la ciudad de Murcia

Como vemos en la Imagen 5.8 la ciudad de Murcia es bastante extensa. Vamos a describir

brevemente las características de la red de saneamiento:

• Longitud de red de alcantarillado es 1.582 Km, mayoritariamente unitaria (98%).

• Diámetros de la red comprendidos entre 200 y 2.000 mm, cuyo material

predominante es el hormigón.

ZONA DE ESTUDIO:

ENTRADA A

EDAR

MURCIA-ESTE

pág. 67


• Acometidas de saneamiento existentes (domiciliarias, industriales y otras): 72.753

unidades.

• Pozos de registro de alcantarillado: 48.387 unidades.

• Imbornales y sumideros: 37.598 unidades, repartidos por Murcia ciudad (36%) y pedanías

(64%).

• Estaciones de bombeo de aguas residuales y pluviales: 186.

• Tanques de tormenta: 9 instalaciones existentes.

Una vez descrita las características de la red de saneamiento de la ciudad de Murcia, nos

centraremos en la zona de estudio donde aplicaremos la simulación para la predicción de sulfuros.

En la siguiente imagen se muestra la zona de estudio que comprende la zona de sucesión de tramos

que llegan por la parte norte de la ciudad impulsados por el bombeo de La Venta y que conecta con

la sucesión de tramos provenientes de la zona centro de la ciudad impulsados por el bombeo de

Colector Central. Una vez que estos tramos intersectan llegan en un único tramo hasta su entrada

a la EDAR de MURCIA-ESTE.

Imagen 5.9. Zona de aproximación a la EDAR

pág. 68


Dentro de este complejo sistema la zona de análisis se encuentra situados en la zona próxima a la

llegada a la EDAR. La siguiente figura muestra los pozos de registro y conducciones en el modelo

SWMM que vamos a usar en este estudio.

Imagen 5.10. Geometría del modelo SWMM de la red de saneamiento de estudio

Una vez ejecutados la simulación del modelo SWMM de la ciudad de Murcia aplicando un tiempo

de simulación de tiempo seco de 2 días (48 h) obtenemos los siguientes resultados: Q (m3/s).

En la siguiente tabla se muestran los valores de los caudales en las conducciones a intervalos de 5

minutos durante dos días de simulación de tiempo seco.

Tabla 5.6. Valores de los caudales en las conducciones de la zona de estudio

Q (m3/s) CENTRAL CENTRAL PEDANIAS PEDANIAS EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

DIA HORA 27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

4/7/2018 0:05 0.136 0.136 0.822 0.822 1.019 1.019 1.019 1.020 1.020 1.020

4/7/2018 0:10 0.126 0.127 0.813 0.810 1.007 1.004 0.999 0.994 0.987 0.985

4/7/2018 0:15 0.138 0.138 0.795 0.793 0.962 0.960 0.958 0.955 0.951 0.950

4/7/2018 0:20 0.136 0.135 0.778 0.775 0.928 0.924 0.919 0.913 0.905 0.903

4/7/2018 0:25 0.121 0.122 0.759 0.759 0.886 0.886 0.886 0.886 0.886 0.886

4/7/2018 0:30 0.139 0.139 0.745 0.742 0.876 0.873 0.869 0.865 0.859 0.858

4/7/2018 0:35 0.135 0.132 0.705 0.701 0.834 0.831 0.827 0.823 0.817 0.815

pág. 69


4/7/2018 0:40 0.099 0.099 0.676 0.676 0.804 0.804 0.804 0.805 0.805 0.806

4/7/2018 0:45 0.099 0.099 0.667 0.665 0.802 0.801 0.799 0.797 0.795 0.794

4/7/2018 0:50 0.104 0.103 0.650 0.648 0.781 0.779 0.776 0.773 0.769 0.769

4/7/2018 0:55 0.097 0.095 0.636 0.632 0.752 0.749 0.746 0.742 0.736 0.735

4/7/2018 1:00 0.075 0.075 0.582 0.578 0.715 0.712 0.708 0.704 0.697 0.695

4/7/2018 1:05 0.079 0.080 0.547 0.546 0.677 0.674 0.672 0.668 0.664 0.663

4/7/2018 1:10 0.087 0.087 0.556 0.554 0.652 0.650 0.648 0.646 0.643 0.643

4/7/2018 1:15 0.088 0.086 0.537 0.534 0.633 0.631 0.629 0.626 0.623 0.623

4/7/2018 1:20 0.067 0.067 0.508 0.503 0.602 0.597 0.591 0.584 0.574 0.571

4/7/2018 1:25 0.062 0.063 0.458 0.457 0.551 0.550 0.547 0.545 0.543 0.542

4/7/2018 1:30 0.065 0.065 0.461 0.459 0.533 0.532 0.530 0.528 0.526 0.525

4/7/2018 1:35 0.071 0.071 0.441 0.440 0.519 0.519 0.518 0.517 0.516 0.516

4/7/2018 1:40 0.075 0.073 0.423 0.419 0.503 0.500 0.495 0.490 0.482 0.479

4/7/2018 1:45 0.052 0.052 0.384 0.383 0.468 0.467 0.465 0.463 0.461 0.461

4/7/2018 1:50 0.052 0.053 0.389 0.387 0.453 0.451 0.448 0.446 0.442 0.441

4/7/2018 1:55 0.058 0.059 0.374 0.372 0.434 0.433 0.431 0.429 0.427 0.426

… … … … … … … … … … … …

5/7/2018 23:50 0.159 0.156 0.867 0.866 1.060 1.059 1.058 1.055 1.053 1.052

5/7/2018 23:55 0.126 0.127 0.856 0.856 1.046 1.047 1.047 1.048 1.048 1.048

6/7/2018 0:00 0.137 0.137 0.849 0.846 1.042 1.040 1.038 1.035 1.030 1.029

pág. 70


Imagen 5.11. Valores de los caudales residuales en tiempo seco en las conducciones

En la siguiente tabla se muestran los valores de los niveles en las conducciones a intervalos de 5

minutos durante dos días de simulación de tiempo seco.

Tabla 5.7. Valores de los niveles en las conducciones de la zona de estudio

y (m) CENTRAL CENTRAL PEDANIAS PEDANIAS EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

DIA HORA 27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

4/7/2018 0:05 0.092 0.086 0.456 0.448 0.489 0.485 0.484 0.493 0.502 0.435

4/7/2018 0:10 0.089 0.083 0.453 0.445 0.486 0.481 0.480 0.487 0.494 0.428

4/7/2018 0:15 0.093 0.087 0.445 0.436 0.475 0.472 0.470 0.477 0.485 0.420

4/7/2018 0:20 0.092 0.086 0.439 0.429 0.466 0.463 0.460 0.466 0.473 0.411

4/7/2018 0:25 0.087 0.082 0.432 0.420 0.455 0.453 0.452 0.459 0.467 0.406

4/7/2018 0:30 0.093 0.087 0.429 0.417 0.452 0.451 0.449 0.454 0.461 0.400

4/7/2018 0:35 0.092 0.085 0.418 0.407 0.441 0.440 0.439 0.443 0.449 0.390

4/7/2018 0:40 0.080 0.074 0.410 0.399 0.432 0.433 0.432 0.438 0.446 0.388

4/7/2018 0:45 0.080 0.074 0.408 0.398 0.432 0.432 0.431 0.436 0.443 0.385

0,00

0,10

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0,50

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: 00

CA

UD

AL

(m3/s

)

TIEMPO (DIAS)

HIDROGRAMAS27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

pág. 71


4/7/2018 0:50 0.081 0.076 0.403 0.393 0.427 0.427 0.426 0.430 0.437 0.378

4/7/2018 0:55 0.079 0.073 0.398 0.386 0.418 0.419 0.418 0.421 0.427 0.370

4/7/2018 1:00 0.070 0.065 0.384 0.375 0.407 0.409 0.408 0.410 0.415 0.361

4/7/2018 1:05 0.072 0.067 0.372 0.364 0.396 0.399 0.398 0.400 0.405 0.353

4/7/2018 1:10 0.075 0.070 0.371 0.359 0.388 0.392 0.391 0.393 0.398 0.347

4/7/2018 1:15 0.075 0.070 0.366 0.354 0.383 0.387 0.386 0.387 0.392 0.343

4/7/2018 1:20 0.067 0.061 0.357 0.346 0.373 0.377 0.375 0.374 0.376 0.329

4/7/2018 1:25 0.065 0.059 0.340 0.329 0.356 0.363 0.362 0.362 0.366 0.320

4/7/2018 1:30 0.066 0.061 0.338 0.326 0.351 0.358 0.357 0.357 0.361 0.315

4/7/2018 1:35 0.069 0.063 0.333 0.321 0.346 0.353 0.353 0.353 0.358 0.313

4/7/2018 1:40 0.070 0.064 0.327 0.316 0.340 0.347 0.346 0.344 0.346 0.301

… … … … … … … … … … …

5/7/2018 23:50 0.099 0.092 0.467 0.458 0.499 0.493 0.492 0.502 0.511 0.442

5/7/2018 23:55 0.089 0.083 0.463 0.455 0.495 0.491 0.490 0.500 0.510 0.440

6/7/2018 0:00 0.092 0.086 0.462 0.454 0.494 0.490 0.488 0.496 0.505 0.437

Imagen 5.12. Valores de los niveles en las conducciones

0,00

0,05

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PR

OFU

ND

IDA

D (

m)

TIEMPO (FECHA Y HORA)

NIVELES27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

pág. 72


5.3. PORCEDIMIENTO DE APLICACIÓN DEL METODO

VOLUMEN DISCRETO

1. Obtener datos de las características hidráulicas y biológicas de las aguas residuales.

Tabla 5.8. Datos hidráulicos de las conducciones

DATOS HIDRAULICOS

Tiempo (horas)

Q (m3/s)

y (m)

θ (rad)

Área mojada

(m2)

Área seca (m2)

Perímetro mojado

(m)

Perímetro seco

(m)

Rh (m)

Velocidad agua (m/s)

Re T

(m) dm (m)

Tabla 5.9. Datos biológicos y de temperatura

DATOS BIOLOGICOS

Tiempo (días)

DBO5 (mg/L)

Tagua

(ºC) Tatm (ºC)

2. Dependiendo del intervalo de tiempo seleccionado para el cálculo de las características

hidráulicas (paso de tiempo hidráulico, t ) y biológicas, establecer un intervalo de tiempo

de concentración de contaminante CC . El tiempo de simulación debe coincidir con el

aplicado en la obtención de las características hidráulicas.

Tabla 5.10. Intervalos de tiempo en la simulación

INTERVALO DE TIEMPO HIDRAULICO

INTERVALO DE TIEMPO CONCENTRACION CONTAMINANTE

TIEMPO DE SIMULACION

5t minutos 5.2CC minutos 48SIMt horas

3. Obtener los parámetros del modelo de predicción de sulfuros en el agua y de ácido

sulfhídrico en el aire.

Tabla 5.11. Generación e sulfuros en el agua residual

GENERACIÓN DE SULFUROS EN EL AGUA RESIDUAL

CH

(mg/L)

Ceq

(mg/L) q

Ca

(mg/L)

EBOD

(mg/L)

[S]aq

(mg/l)

Tabla 5.12. Emisión de sulfuros a la atmosfera del colector

pág. 73


EMISIÓN DE SULFUROS A ATMÓSFERA DEL COLECTOR

CH

(mg/L)

f

(Swamee-Jain) Tc fp

[S]atm

(ppm)

4. Iterar para cada intervalo de tiempo de concentración contaminante CC las ecuaciones

empíricas de estimación de sulfuros en agua y en aire en todas las conducciones de la zona

de estudio.

4.1. Partimos de una concentracion en cada segmento de la conduccion en el instante “t”.

Imagen 5.13. Esquema del estado inicial t0 de la concentración en cada segmento de cada conducción

4.2. Para cada segmento en las conducciones calculamos por diferencias finitas los sulfuros

disueltos en el agua residual 1_ taqS y el acido sulfhidrico en el aire de la conduccion

1_ tatmS .

Predicción de los sulfuros disueltos en el agua residual

emitidogeneradoaq SSS

22

_1__1__1_ temitidotemitidotgeneradotgenerado

CC

taqtaq SSSSSS

tm

Ataq

tm

Ataq

ththCC

taqtaq

d

qvsCSm

d

qvsCSm

R

EBODM

R

EBODMSS 11

2

1

2

18/3

1_

1

8/3

1_'

1

'_1_

Predicción del ácido sulfhídrico en el aire del colector

oparedliquido

m

emitidoatm PSV

d

SS sec

o

tparedtpared

liquido

temitidotemitido

CC

tatmtatmP

SSV

SSSSsec

_1__1__1_

22

t

o

c

pHH

t

o

c

pHH

t

liq

m

Ataq

t

liq

m

Ataq

CC

tatmtatmP

T

fCDP

T

fCDV

d

qvsCSmV

d

qvsCSmSSsec

1

sec

8/3

1_

1

8/3

1__1_ 11

2

111

2

1

pág. 74


5. Trasportamos la concentracion de cada segmento en la posicion “k” y en el instante “t” al

segmento siguiente “k+1”para el instante “t+1”.

Imagen 5.14. Esquema del estado t0+1 de la concentración en cada segmento de cada conducción

6. Repetimos desde el punto 3 hasta completar todos los intervalos de tiempo de concetracion

de contaminante CC .

Una vez realizados todos los pasos y alcanzado todos los intervalos de tiempo de concentracion

de contaminante durante el tiempo de simulacion se consiguen los valores alcanzados en los nudos

y en los segmentos de las conducciones para los intervalos de tiempo. A continuacion, se muestra

los resultados obtenidos despues de la simulacion realizada en el programa MATLAB.

pág. 75


5.4. RESULTADOS DE LA SIMULACION

PREDICCIÓN DE LOS SULFUROS DISUELTOS EN EL AGUA RESIDUAL

- Pozos de Registro

Tabla 5.13. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada pozo de registro

[S]aq

(mg/l) PEDANIAS PEDANIAS CENTRAL CENTRAL EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

TIEMPO 27250 27251 27289 27290 32961 27291 27292 27293 27294 27295 62022

04/07/18 00:02:30

0.116 0.130 2.195 2.195 2.317 2.316 2.355 2.349 2.345 2.361 2.356

04/07/18 00:05:00

0.117 0.130 2.191 2.191 2.300 2.301 2.324 2.350 2.344 2.340 2.356

04/07/18 00:07:30

0.116 0.129 2.186 2.186 2.294 2.295 2.302 2.346 2.339 2.335 2.350

04/07/18 00:10:00

0.116 0.129 2.181 2.181 2.289 2.287 2.292 2.309 2.341 2.334 2.344

04/07/18 00:12:30

0.115 0.128 2.176 2.176 2.283 2.280 2.288 2.296 2.335 2.329 2.338

04/07/18 00:15:00

0.115 0.128 2.170 2.170 2.278 2.275 2.275 2.284 2.312 2.330 2.331

04/07/18 00:17:30

0.115 0.128 2.165 2.165 2.271 2.267 2.271 2.280 2.309 2.325 2.324

04/07/18 00:20:00

0.115 0.128 2.159 2.159 2.266 2.263 2.263 2.266 2.286 2.285 2.317

04/07/18 00:22:30

0.114 0.127 2.153 2.153 2.259 2.255 2.258 2.261 2.261 2.271 2.310

04/07/18 00:25:00

0.114 0.127 2.147 2.147 2.253 2.250 2.249 2.252 2.255 2.266 2.302

04/07/18 00:27:30

0.114 0.127 2.141 2.141 2.246 2.242 2.244 2.247 2.250 2.251 2.295

04/07/18 00:30:00

0.115 0.128 2.134 2.134 2.240 2.237 2.236 2.239 2.241 2.244 2.287

04/07/18 00:32:30

0.115 0.128 2.128 2.128 2.232 2.228 2.231 2.233 2.235 2.238 2.280

04/07/18 00:35:00

0.114 0.128 2.121 2.121 2.226 2.223 2.222 2.225 2.227 2.229 2.272

04/07/18 00:37:30

0.113 0.126 2.114 2.114 2.218 2.214 2.217 2.219 2.221 2.223 2.264

pág. 76


04/07/18 00:40:00

0.110 0.123 2.108 2.108 2.212 2.209 2.208 2.211 2.213 2.215 2.256

04/07/18 00:42:30

0.110 0.122 2.101 2.101 2.203 2.200 2.202 2.205 2.206 2.208 2.248

04/07/18 00:45:00

0.110 0.122 2.093 2.093 2.197 2.194 2.194 2.196 2.198 2.200 2.239

04/07/18 00:47:30

0.108 0.121 2.086 2.086 2.188 2.184 2.187 2.190 2.191 2.193 2.230

04/07/18 00:50:00

0.108 0.120 2.078 2.078 2.181 2.177 2.177 2.183 2.184 2.184 2.221

04/07/18 00:52:30

0.108 0.120 2.070 2.070 2.171 2.167 2.170 2.176 2.176 2.176 2.212

04/07/18 00:55:00

0.107 0.120 2.061 2.061 2.163 2.160 2.160 2.169 2.169 2.169 2.202

04/07/18 00:57:30

0.106 0.119 2.052 2.052 2.153 2.149 2.153 2.162 2.161 2.161 2.193

04/07/18 01:00:00

0.105 0.117 2.043 2.043 2.144 2.141 2.142 2.155 2.153 2.153 2.183

… … … … … … … … … … … …

05/07/18 23:55:00

0.126 0.140 2.231 2.231 2.342 2.340 2.339 2.340 2.341 2.342 2.343

05/07/18 23:57:30

0.126 0.140 2.227 2.227 2.337 2.335 2.336 2.337 2.338 2.339 2.338

06/07/18 00:00:00

0.125 0.140 2.223 2.223 2.334 2.331 2.331 2.332 2.333 2.334 2.335

Tabla 5.14. Duración de la concentración en cada nivel de riesgo para sulfuros en el agua en pozos de registro

Numero

Pozo de

Registro

< 0.5 0.5 - 1 1 - 1.5 1.5 - 2 2 - 2.5 > 2.5 Total

Horas % Horas % Horas % Horas % Horas % Horas % Horas %

27250 24 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24 100

27251 24 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24 100

27289 0 0 7 29 4 17 3 13 10 41 0 0 24 100

27290 0 0 7 29 4 17 3 13 10 41 0 0 24 100

32961 0 0 7 28 4 17 3 12 6 25 4 18 24 100

27291 0 0 7 28 4 17 3 12 6 25 4 18 24 100

27292 0 0 5 22 5 20 3 14 6 26 4 18 24 100

27293 0 0 5 21 5 20 3 14 6 26 4 18 24 100

27294 0 0 6 24 4 19 3 14 6 26 4 18 24 100

27295 0 0 6 25 4 18 3 14 6 25 4 18 24 100

62022 0 0 6 27 4 17 3 13 6 25 4 18 24 100

pág. 77


Imagen 5.15. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada pozo de registro

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

04

/07

/18

00

:00

:00

04

/07

/18

01

:00

:00

04

/07

/18

02

:00

:00

04

/07

/18

03

:00

:00

04

/07

/18

04

:00

:00

04

/07

/18

05

:00

:00

04

/07

/18

06

:00

:00

04

/07

/18

07

:00

:00

04

/07

/18

08

:00

:00

04

/07

/18

09

:00

:00

04

/07

/18

10

:00

:00

04

/07

/18

11

:00

:00

04

/07

/18

12

:00

:00

04

/07

/18

13

:00

:00

04

/07

/18

14

:00

:00

04

/07

/18

15

:00

:00

04

/07

/18

16

:00

:00

04

/07

/18

17

:00

:00

04

/07

/18

18

:00

:00

04

/07

/18

19

:00

:00

04

/07

/18

20

:00

:00

04

/07

/18

21

:00

:00

04

/07

/18

22

:00

:00

04

/07

/18

23

:00

:00

05

/07

/18

00

:00

:00

05

/07

/18

01

:00

:00

05

/07

/18

02

:00

:00

05

/07

/18

03

:00

:00

05

/07

/18

04

:00

:00

05

/07

/18

05

:00

:00

05

/07

/18

06

:00

:00

05

/07

/18

07

:00

:00

05

/07

/18

08

:00

:00

05

/07

/18

09

:00

:00

05

/07

/18

10

:00

:00

05

/07

/18

11

:00

:00

05

/07

/18

12

:00

:00

05

/07

/18

13

:00

:00

05

/07

/18

14

:00

:00

05

/07

/18

15

:00

:00

05

/07

/18

16

:00

:00

05

/07

/18

17

:00

:00

05

/07

/18

18

:00

:00

05

/07

/18

19

:00

:00

05

/07

/18

20

:00

:00

05

/07

/18

21

:00

:00

05

/07

/18

22

:00

:00

05

/07

/18

23

:00

:00

[S]a

q(m

g/l

)

TIEMPO (fecha y hora)

ESTIMACION SULFUROS EN AGUA EN POZOS DE REGISTRO27250 27251 27289 27290 32961 27291 27292 27293 27294 27295 62022

pág. 78


- Conducciones

Tabla 5.15. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada conducción

[S]aq

(mg/l) CENTRAL CENTRAL PEDANIAS PEDANIAS EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

TIEMPO 27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

04/07/18 00:02:30

0.116 0.092 2.195 2.130 2.306 2.305 2.161 2.232 2.314 2.360

04/07/18 00:05:00

0.117 0.098 2.191 2.191 2.297 2.297 2.157 2.228 2.303 2.356

04/07/18 00:07:30

0.116 0.099 2.186 2.185 2.293 2.292 2.151 2.224 2.296 2.350

04/07/18 00:10:00

0.116 0.097 2.181 2.180 2.287 2.289 2.146 2.210 2.283 2.344

04/07/18 00:12:30

0.115 0.096 2.176 2.174 2.280 2.283 2.142 2.204 2.278 2.338

04/07/18 00:15:00

0.115 0.096 2.170 2.169 2.275 2.275 2.139 2.197 2.274 2.331

04/07/18 00:17:30

0.115 0.096 2.165 2.163 2.267 2.271 2.133 2.194 2.269 2.324

04/07/18 00:20:00

0.115 0.096 2.159 2.158 2.263 2.263 2.128 2.188 2.262 2.317

04/07/18 00:22:30

0.114 0.095 2.153 2.151 2.255 2.258 2.123 2.183 2.258 2.310

04/07/18 00:25:00

0.114 0.095 2.147 2.146 2.250 2.249 2.114 2.180 2.253 2.302

04/07/18 00:27:30

0.114 0.094 2.141 2.139 2.242 2.244 2.109 2.175 2.249 2.295

04/07/18 00:30:00

0.115 0.093 2.134 2.133 2.237 2.236 2.100 2.166 2.244 2.287

04/07/18 00:32:30

0.115 0.093 2.128 2.126 2.228 2.231 2.095 2.160 2.238 2.280

04/07/18 00:35:00

0.114 0.093 2.121 2.120 2.223 2.222 2.087 2.152 2.229 2.272

04/07/18 00:37:30

0.113 0.093 2.114 2.113 2.214 2.217 2.081 2.146 2.223 2.264

04/07/18 00:40:00

0.110 0.093 2.108 2.107 2.209 2.208 2.073 2.138 2.215 2.256

pág. 79


04/07/18 00:42:30

0.110 0.093 2.101 2.099 2.200 2.202 2.067 2.131 2.208 2.248

04/07/18 00:45:00

0.110 0.091 2.093 2.092 2.194 2.194 2.058 2.123 2.200 2.239

04/07/18 00:47:30

0.108 0.090 2.086 2.084 2.184 2.187 2.051 2.116 2.193 2.230

04/07/18 00:50:00

0.108 0.083 2.078 2.077 2.177 2.177 2.045 2.109 2.184 2.221

04/07/18 00:52:30

0.108 0.082 2.070 2.068 2.167 2.170 2.038 2.101 2.176 2.212

04/07/18 00:55:00

0.107 0.083 2.061 2.060 2.160 2.160 2.031 2.094 2.169 2.202

04/07/18 00:57:30

0.106 0.084 2.052 2.050 2.149 2.153 2.024 2.086 2.161 2.193

04/07/18 01:00:00

0.105 0.083 2.043 2.042 2.141 2.142 2.016 2.078 2.153 2.183

… … … … … … … … … … …

05/07/18 23:55:00

0.126 0.106 2.231 2.230 2.340 2.339 2.340 2.341 2.342 2.343

05/07/18 23:57:30

0.126 0.106 2.227 2.226 2.335 2.336 2.337 2.338 2.339 2.338

06/07/18 00:00:00

0.125 0.105 2.223 2.223 2.331 2.331 2.332 2.333 2.334 2.335

Tabla 5.16. Duración de la concentración en cada nivel de riesgo para sulfuros en el agua en conducciones

Numero de

Conducción

<0.5 0.5-1 1-1.5 1.5-2 2-2.5 >2.5 Total


27142 24 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24 100

27143 24 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24 100

27179 0 0 7 29 4 17 3 13 10 41 0 0 24 100

27180 0 0 7 30 4 17 3 13 10 40 0 0 24 100

27181 0 0 7 28 4 17 3 12 6 25 4 18 24 100

27182 0 0 6 26 4 17 3 14 6 26 4 18 24 100

27183 0 0 6 26 4 17 3 14 6 26 4 18 24 100

27184 0 0 6 26 4 17 3 13 6 26 4 18 24 100

27185 0 0 6 27 4 17 3 13 6 26 4 18 24 100

27186 0 0 6 27 4 17 3 13 6 25 4 18 24 100

pág. 80


Imagen 5.16. Resultados de la simulación de los sulfuros en el agua en cada conducción

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[S]a

q (

mg

/l)

TIEMPO (fecha y hora)

ESTIMACION SULFUROS EN AGUA EN COLECTORES

27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

pág. 81


PREDICCIÓN DEL ÁCIDO SULFHÍDRICO EN EL AIRE DEL COLECTOR

- Pozos de Registro

Tabla 5.17. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada pozo de registro

[S]atm

(ppm) PEDANIAS PEDANIAS CENTRAL CENTRAL EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

TIEMPO 27250 27251 27289 27290 32961 27291 27292 27293 27294 27295 62022

04/07/18 00:02:30

9.862 9.951 47.318 47.413 42.758 46.563 44.868 44.817 46.880 48.692 37.134

04/07/18 00:05:00

10.033 10.399 47.373 47.468 42.845 46.432 44.562 44.522 46.592 48.393 36.849

04/07/18 00:07:30

10.184 10.555 47.245 47.340 42.622 46.304 44.244 44.228 46.322 48.072 35.988

04/07/18 00:10:00

10.308 10.683 47.292 47.387 42.709 46.105 43.856 43.849 45.951 47.695 35.763

04/07/18 00:12:30

10.368 10.745 47.133 47.227 42.495 45.711 43.125 43.254 45.452 47.201 35.469

04/07/18 00:15:00

10.438 10.819 47.181 47.275 42.589 45.526 42.769 42.905 45.104 46.843 35.291

04/07/18 00:17:30

10.536 10.920 47.130 47.224 42.509 45.375 42.287 42.498 44.707 46.382 34.986

04/07/18 00:20:00

10.573 10.958 47.163 47.258 42.587 45.189 41.957 42.175 44.383 46.052 34.829

04/07/18 00:22:30

10.590 10.976 46.873 46.966 42.317 44.799 41.253 41.616 43.848 45.449 34.472

04/07/18 00:25:00

10.604 10.990 46.914 47.008 42.400 44.633 40.966 41.335 43.562 45.159 34.345

04/07/18 00:27:30

10.513 10.896 46.720 46.814 42.201 44.314 40.399 40.909 43.234 44.852 34.169

04/07/18 00:30:00

10.497 10.879 46.759 46.853 42.280 44.159 40.142 40.653 42.968 44.579 34.053

04/07/18 00:32:30

10.479 10.861 46.733 46.826 42.242 44.081 39.744 40.406 42.743 44.292 33.900

04/07/18 00:35:00

10.462 10.843 46.761 46.854 42.309 43.924 39.507 40.166 42.491 44.034 33.795

04/07/18 00:37:30

10.460 10.842 46.642 46.735 42.170 43.699 39.012 39.838 42.174 43.675 33.552

04/07/18 00:40:00

10.456 10.837 46.666 46.759 42.232 43.547 38.801 39.621 41.943 43.441 33.463

pág. 82


04/07/18 00:42:30

10.423 10.802 46.548 46.641 42.050 43.208 38.245 39.242 41.563 42.992 33.219

04/07/18 00:45:00

10.377 10.755 46.565 46.658 42.108 43.053 38.046 39.033 41.339 42.766 33.145

04/07/18 00:47:30

10.257 10.631 46.187 46.279 41.800 42.650 37.455 38.625 40.920 42.279 32.885

04/07/18 00:50:00

10.199 10.570 46.217 46.310 41.864 42.604 37.361 38.425 40.697 42.069 32.829

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10.153 10.523 45.928 46.020 41.598 42.249 36.808 38.003 40.234 41.656 32.621

04/07/18 00:55:00

10.088 10.456 45.965 46.057 41.667 42.287 36.798 37.827 40.034 41.460 32.576

04/07/18 00:57:30

10.047 10.413 45.980 46.072 41.572 42.150 36.466 37.500 39.674 41.095 32.432

04/07/18 01:00:00

9.989 10.353 45.997 46.089 41.627 42.188 36.468 37.342 39.491 40.913 32.389

… … … … … … … … … … … …

05/07/18 23:55:00

12.044 12.483 49.932 50.032 45.282 41.260 33.864 41.217 38.004 43.395 22.676

05/07/18 23:57:30

11.988 12.425 49.808 49.908 45.128 41.071 33.614 41.222 37.750 43.240 22.148

06/07/18 00:00:00

11.954 12.390 49.790 49.889 45.147 41.118 33.730 41.063 37.779 43.139 22.531

Tabla 5.18. Duración de la concentración en cada nivel de riesgo para sulfuros en el aire en pozos de registro

Numero

Pozo de

Registro

<10 10;20 20-30 30-40 40-50 >50 Total


27250 9 37 11 44.6 4 18.1 0 0.0 0 0.0 0 0.0 24 100.0

27251 9 36 11 44.3 5 19.3 0 0.0 0 0.0 0 0.0 24 100.0

27289 4 16 5 20.3 2 10.1 2 8.9 4 17.9 7 27.3 24 100.0

27290 4 15 5 20.5 2 10.1 2 8.7 4 17.7 7 27.6 24 100.0

32961 5 20 5 18.8 2 9.7 3 10.4 10 40.6 0 0.0 24 100.0

27291 7 28 4 18.6 2 9.5 3 13.9 7 29.9 0 0.0 24 100.0

27292 6 25 5 20.3 3 14.2 10 40.8 0 0.0 0 0.0 24 100.0

27293 5 21 5 21.7 3 12.5 4 16.7 7 28.5 0 0.0 24 100.0

27294 5 22 5 20.8 3 11.8 5 22.2 6 22.9 0 0.0 24 100.0

27295 5 20 5 21.0 3 11.3 3 13.4 8 33.9 0 0.0 24 100.0

62022 8 33 6 24.8 10 41.8 0 0.0 0 0.0 0 0.0 24 100.0

pág. 83


Imagen 5.17. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada pozo de registro

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[S] at

m(p

pm

)


ESTIMACION SULFUROS EN AIRE EN POZOS DE REGISTRO27250 27251 27289 27290 32961 27291 27292 27293 27294 27295 62022

pág. 84


- Conducciones

Tabla 5.19. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada conducción

[S]atm

(ppm) CENTRAL CENTRAL PEDANIAS PEDANIAS EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR EDAR

TIEMPO 27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

04/07/18 00:02:30

9.862 8.998 47.318 45.009 46.563 44.868 44.817 46.880 48.692 37.134

04/07/18 00:05:00

10.033 9.100 47.373 45.101 46.432 44.562 44.522 46.592 48.393 36.849

04/07/18 00:07:30

10.184 9.234 47.245 44.865 46.304 44.244 44.228 46.322 48.072 35.988

04/07/18 00:10:00

10.308 9.556 47.292 44.957 46.105 43.856 43.849 45.951 47.695 35.763

04/07/18 00:12:30

10.368 9.705 47.133 44.732 45.711 43.125 43.254 45.452 47.201 35.469

04/07/18 00:15:00

10.438 9.917 47.181 44.830 45.526 42.769 42.905 45.104 46.843 35.291

04/07/18 00:17:30

10.536 10.041 47.130 44.746 45.375 42.287 42.498 44.707 46.382 34.986

04/07/18 00:20:00

10.573 10.216 47.163 44.828 45.189 41.957 42.175 44.383 46.052 34.829

04/07/18 00:22:30

10.590 10.248 46.873 44.545 44.799 41.253 41.616 43.848 45.449 34.472

04/07/18 00:25:00

10.604 10.378 46.914 44.631 44.633 40.966 41.335 43.562 45.159 34.345

04/07/18 00:27:30

10.513 10.296 46.720 44.422 44.314 40.399 40.909 43.234 44.852 34.169

04/07/18 00:30:00

10.497 10.367 46.759 44.505 44.159 40.142 40.653 42.968 44.579 34.053

04/07/18 00:32:30

10.479 10.339 46.733 44.466 44.081 39.744 40.406 42.743 44.292 33.900

04/07/18 00:35:00

10.462 10.389 46.761 44.536 43.924 39.507 40.166 42.491 44.034 33.795

04/07/18 00:37:30

10.460 10.359 46.642 44.390 43.699 39.012 39.838 42.174 43.675 33.552

04/07/18 00:40:00

10.456 10.408 46.666 44.455 43.547 38.801 39.621 41.943 43.441 33.463

pág. 85


04/07/18 00:42:30

10.423 10.329 46.548 44.264 43.208 38.245 39.242 41.563 42.992 33.219

04/07/18 00:45:00

10.377 10.349 46.565 44.324 43.053 38.046 39.033 41.339 42.766 33.145

04/07/18 00:47:30

10.257 10.216 46.187 44.000 42.650 37.455 38.625 40.920 42.279 32.885

04/07/18 00:50:00

10.199 10.169 46.217 44.068 42.604 37.361 38.425 40.697 42.069 32.829

04/07/18 00:52:30

10.153 9.999 45.928 43.788 42.249 36.808 38.003 40.234 41.656 32.621

04/07/18 00:55:00

10.088 9.743 45.965 43.860 42.287 36.798 37.827 40.034 41.460 32.576

04/07/18 00:57:30

10.047 9.517 45.980 43.760 42.150 36.466 37.500 39.674 41.095 32.432

04/07/18 01:00:00

9.989 9.320 45.997 43.818 42.188 36.468 37.342 39.491 40.913 32.389

… … … … … … … … … … …

05/07/18 23:55:00

12.044 12.923 49.932 47.665 41.260 33.864 41.217 38.004 43.395 22.676

05/07/18 23:57:30

11.988 12.789 49.808 47.503 41.071 33.614 41.222 37.750 43.240 22.148

06/07/18 00:00:00

11.954 12.794 49.790 47.523 41.118 33.730 41.063 37.779 43.139 22.531

Tabla 5.20. Duración de la concentración en cada nivel de riesgo para sulfuros en el aire en conducciones

Numero de

Conducción

< 0.5 0.5 - 1 1 - 1.5 1.5 - 2 2 - 2.5 > 2.5 Total


27142 9.0 37.3 10.7 44.6 4.3 18.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 24.0 100.0

27143 8.9 37.0 10.1 42.2 5.0 20.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 24.0 100.0

27179 3.8 15.6 4.9 20.3 2.4 10.1 2.1 8.9 4.3 17.9 6.5 27.3 24.0 100.0

27180 4.5 18.9 4.6 19.1 2.3 9.5 2.2 9.0 5.4 22.6 5.0 20.8 24.0 100.0

27181 6.8 28.1 4.5 18.6 2.3 9.5 3.3 13.9 7.2 29.9 0.0 0.0 24.0 100.0

27182 5.9 24.7 4.9 20.3 3.4 14.2 9.8 40.8 0.0 0.0 0.0 0.0 24.0 100.0

27183 5.0 20.7 5.2 21.7 3.0 12.5 4.0 16.7 6.8 28.5 0.0 0.0 24.0 100.0

27184 5.3 22.2 5.0 20.8 2.8 11.8 5.3 22.2 5.5 22.9 0.0 0.0 24.0 100.0

27185 4.9 20.5 5.0 21.0 2.7 11.3 3.2 13.4 8.1 33.9 0.0 0.0 24.0 100.0

27186 8.2 34.2 6.0 24.8 9.8 41.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 24.0 100.0

pág. 86


Imagen 5.18. Resultados de la simulación de los sulfuros en el aire en cada conducción

- Animación de la predicción de sulfuros en el aire:

Video de la simulación de predicción de sulfuros en el aire ([S]atm)

- Animación de la predicción de sulfuros en el agua:

Video de la simulación de predicción de sulfuros en el agua ([S]aq)

0

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:00

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22

:00

:00

05

/07

/18

23

:00

:00

[S] at

m(p

pm

)


ESTIMACION SULFUROS EN AIRE EN CONDUCCIONES

27142 27143 27179 27180 27181 27182 27183 27184 27185 27186

Satm_concentration.mp4

Saq_concentration.mp4

Saq_concentration.mp4

pág. 87

Capítulo 6. Conclusión

6. CONCLUSION

La emisión de ácido sulfhídrico a la atmósfera de la conducción y a la atmósfera urbana es un paso

esencial en la cadena general de procesos asociados con problemas de sulfuro, particularmente la

aparición de molestias por olor, riesgos para la salud y la corrosión de las alcantarillas. Por lo tanto,

es importante contar con modelos adecuados para predecir la acumulación de sulfuro en las aguas

residuales, la corrosión de los conductos y las concentraciones de ácido sulfhídrico en la atmósfera

de la red. Ya se han realizado muchos trabajos experimentales y teóricos para pronosticar la

acumulación de sulfuros y la corrosión, y los estudios experimentales indican que esos modelos

son, en ciertas circunstancias, relativamente precisos.

Los resultados arrojados por la simulación muestran, como ya se había comprobado en estudios

anteriores, que la generación de sulfuros en las redes de saneamiento está estrechamente ligada a

la rotura de la lámina de agua en descargas, resaltos y pozos de caída supone la principal fuente de

emisión de ácido sulfhídrico a la atmósfera. Observamos que se diferencian cuatro tipos de curvas

en Imagen 5.17. Estas diferencias se deben a que, si la curva de emisión de sulfuros proviene de

una conducción con unas características geométricas, ya sea, la pendiente, el diámetro y la longitud.

Estas propiedades producen en la curva de emisión de sulfuros que dibuje un tipo de forma u otra

en la curva del gráfico.

Como podemos observar las curvas que describen la generación de ácido sulfhídrico en los pozos

de registro número 27250 y 27251, procedentes del sistema colector del BRC La Venta, producen

valores casi idénticos debido a su singularidad respecto a pendientes (0.002) y diámetros (1.01 m)

con respecto a los otros grupos de conducciones.

Lo mismo ocurre con los pozos de registro 27289 y 27290 que pertenecen al tramo que procede

del bombeo de BRC Colector Central con características de pendiente (0.002) y diámetro (2.00)

diferentes a las conducciones que proceden del bombeo de La Venta, por eso ofrecen valores

distintos. Aumentan los valores de la concentración de ácido sulfhídrico debido a que la pendiente

es mayor.

En el pozo 32961, donde confluyen los dos tramos de bombeos, se conecta el bombeo BRC La

Venta con el bombeo general de BRC Colector Central. Los valores de concentración a priori

deberían mantener la misma tendencia que se venía observando en el anterior tramo de Colector

Central hasta antes de la conexión de las conducciones de La Venta. Esta conexión que conlleva

valores de concentración más bajos que los valores de concentración que trae el bombeo de

Colector Central. Esto, junto a la metodología del propio método que realiza una compensación

entre valores de concentración en un pozo de registro donde confluyen dos conducciones, provoca

que los valores obtenidos en este pozo de registro sean minorizados debido a este efecto.

pág. 88

Capítulo 6. Conclusión

En el pozo de registro 27191 tenemos el mismo efecto observado que el pozo de registro 32961.

Esto se debe a que los efectos producidos en el pozo de inicio 27191 son transportados a lo largo

de la conducción hasta el pozo final 27191, ya la pendiente de este tramo es similar al tramo

antecesor. Entonces los valores de concentración obtenidos son muy parecidos a los antecesores.

En el pozo de registro 27192 observamos que los valores de concentración sufren un descenso

debido al efecto amortiguador del tramo antecesor. Además, la pendiente de este tramo desciende

lo que conlleva una disminución de la velocidad del flujo y por lo tanto la reducción de la

turbulencia con lo que la emisión de sulfatos a la atmósfera se reduce.

En los pozos de registro 27193, 27194 y 27195 los valores de concentración de estos tramos son

bastante similares debido a la coincidencia de las características geométricas, ya que, los valores

de pendiente 0,002 y el diámetro son iguales.

Por último, en el pozo de registro 62022, último pozo antes de la entrada a la depuradora,

observamos el mayor descenso de valores de concentración debido a que en este tramo se produce

un aumento de diámetro 2,20 m. Produciendo que los valores se reduzcan, ya que al aumentar el

área transversal los sulfuros emitidos a la atmósfera encuentran más dificultad para acumularse en

dicha atmósfera. Por lo tanto, los valores descienden, aunque la pendiente del tramo se mantiene.

pág. 89

Bibliografía

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https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-3-642-73819-7_19.pdf

pág. 91

ANEJOS

ÍNDICE ANEJOS

Anejo 1.- Script Matlab. Simulación del transporte de un contaminante según la publicación de

Rossman.

Anejo 2.- Script Matlab. Simulación del transporte de sulfuros por un trazado determinado de la

red de saneamiento de la ciudad de Murcia.

pág. 92

Anejo 1

ANEJO 1

Script Matlab I. Simulación del transporte de un contaminante según la publicación de Rossman

close all;clear all;clc;

% Discrete Volume Method

% numero de iteraciones

iter = 5;

% Link data

link_num = [1:6]';

head_node = [4,1,6,3,3,5]';

tail_node = [1,2,2,2,1,3]';

leng = [610,732,305,1220,366,671]'; % m

diameter = [203,152,203,152,152,203]'; % mm

coef_rough = repmat(120,6,1);

flow = [59.1,6.35,62,7.44,10.3,68.3]'; % l/s

velocity = [1.82,0.348,1.91,0.409,0.564,2.10]'; % m/s

LinkData = table(link_num,head_node,tail_node,flow,velocity,leng,diameter,coef_rough);

LinkData = table2array(LinkData);

% Node data

node_num = [1:3]';

elevation = [24.4,36.6,25.9]'; % m

demand = [63.1,75.8,50.5]'; % m3/s

grade = [70.9,70,72]'; % m

pressure = [455,327,451]'; % kPa

NodeData = table(node_num,elevation,demand,grade,pressure);

NodeData = table2array(NodeData);

% Fixed node

fixed_num = [4:6]';

nivel = [82.3,88.4,76.2]'; % m

cc = [100,300,200]'; % mg/l

FixedData = table(fixed_num,nivel,cc);

FixedData = table2array(FixedData);

alpha = 0;

% Matriz graph directed

namenode = {'1','2','3','4','5','6'};

graphMatrix = [0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

1 1 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 0];

% A={1 2 12 25}

pág. 93

Anejo 1

% B=cellfun(@num2str,A,'un',0) Convertir de double a str

G = digraph(graphMatrix,namenode);

% plot(G)

nodesort = toposort(G);

% Condiciones iniciales

C4 = 100; % mg/l

C5 = 300; % mg/l

C6 = 200; % mg/l

a = zeros(length(namenode),2);

a(1:length(namenode)) = 1:length(namenode);

b = whos;

IndexC = strfind({b.name},'C');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexC)));

for e = 1:length(Index)

d = {b(Index).name};

c = sscanf(d{e},'C%d');

a(c,2) = eval(d{e});

NameCont = sprintf('IterNode_%d',c);

CondCont{e} = NameCont;

end

% Comienzo del metodo numerico

for t = 1:iter % Numero de hydraulic time step

% Water quality step time

wqstcell = [];

for i = 1:size(LinkData,1)

num = LinkData(i,1);

wqst_i = pi()*(LinkData(i,7)/1000)^2/4 * LinkData(i,6)/(LinkData(i,4)/1000); % seg

wqstcell(i,1:2) = [num,wqst_i]; % seg

end

wqst = round((min(wqstcell(:,2)))/60,2); % min

hst = 60; % min

% Vector numero de iteraciones en un hydraulic time step

if mod(hst,wqst) == 0

x = round((0:wqst:hst),2);

else

x = round((0:wqst:hst),2);

x = [x,hst];

end

% Vector numero de elementos de volumen en un hydraulic time step

elemVolcell = [];

for i = 1:size(LinkData,1)

num = LinkData(i,1);

NelemVol = floor((pi()*(LinkData(i,7)/1000)^2/4 *

LinkData(i,6))/((LinkData(i,4)/1000)*wqst*60)); %cambiar floor por round

ElemVol = round((pi()*(LinkData(i,7)/1000)^2/4 * LinkData(i,6))/NelemVol,2); % m3

elemVolcell(i,1:3) = [num,NelemVol,ElemVol]; % seg

end

% Crear matriz Nudos

for i = 1:length(nodesort)

num = nodesort(i);

pág. 94

Anejo 1

search = find(num == LinkData(:,3));

if isempty(search)

varname = sprintf('IterNode_%d',num);

colum = repmat(eval(sprintf('C%d',num)),length(x),1);

matrixNode = struct('time',x','matrix',colum);

eval([varname '= matrixNode']);

else


colum = zeros(length(x),length(search));

matrixNode = struct('time',x','matrix',colum);


varname_1 = sprintf('counterNode_%d',num);

colum_1 = zeros(length(x),length(search));

eval([varname_1 '= colum_1']);

varname_2 = sprintf('NodeEnd_%d',num);

colum_2 = zeros(length(x),1);

eval([varname_2 '= colum_2']);

end

% Crear matriz Links

seek = find(num == LinkData(:,2));

for j = 1:length(seek)

Out_node = LinkData(seek(j),3);

numLink = LinkData(seek(j),1);

seekLink = find(numLink == elemVolcell(:,1));

NumVolElem = elemVolcell(seekLink,2);

var = sprintf('IterLink_%d',numLink);

matrix = zeros(length(x),NumVolElem);

matrixLink = struct('time',x','matrix',matrix,'In_node',num,'Out_node',Out_node);

eval([var '= matrixLink']);

end

end

% Iteraciones DVM

for i = 1:length(x)

for InNode = nodesort

InNode

seek = find(InNode == LinkData(:,2))

for p = 1:length(seek)

OutNode = LinkData(seek(p),3)

numLink = LinkData(seek(p),1)

for k = 1:elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),2)

% Primer elemento volumen y Nudos de Cond Contorno

if any(strcmp(sprintf('IterNode_%d',InNode),CondCont)) && (k == 1)

val_ini = eval(sprintf('IterNode_%d.matrix(i,1)',InNode))

trans_OutNode = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,1)',numLink)

eval([trans_OutNode '= val_ini'])

% Primer elemento volumen y Nudos normales

elseif k == 1

% val_ini = eval(sprintf('IterNode_%d.matrix(i,1)',InNode))

% trans_OutNode = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,1)',numLink)

% eval([trans_OutNode '= val_ini'])

end

pág. 95

Anejo 1

volelem = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,k)',numLink)

% mReact =

eval(volelem)*elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000*exp(alpha*wqst*60) % mg

mReact = eval(volelem) % mg/l

% ultimo elemento del link se introduce en el nudo

if k == elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),2)

NudosIn = predecessors(G,OutNode)

% Solo tiene un link de entrada en Nudo. No hay ponderacion

if length(NudosIn) == 1

indexNudosIn = find(InNode==NudosIn)

nameNudosIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i+1,indexNudosIn)',OutNode)

% eval([nameNudosIn '=

mReact/(elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000)'])

eval([nameNudosIn '= mReact']) % mg/l

varnew = sprintf('NodeEnd_%d(i+1,1)',OutNode)

% eval([varnew '=

mReact/(elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000)'])

eval([varnew '= mReact']) % mg/l

cellStoNode = sprintf('counterNode_%d(i,indexNudosIn)',OutNode)

eval([cellStoNode '= numLink'])

if nnz(eval(sprintf('counterNode_%d(i,:)',OutNode))) ==

length(NudosIn)

seekNodeOut = successors(G,OutNode)

for s = 1:length(seekNodeOut)

findIn = find(OutNode == LinkData(:,2))

findOut = find(seekNodeOut(s) == LinkData(:,3))

found = ismember(findIn, findOut)

indexes = find(found)

nextlink = LinkData(findIn(indexes),1)

nextOut = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,1)',nextlink)

% eval([nextOut '=

mReact/(elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000)']) % mg

eval([nextOut '= mReact']) % mg/l

end

end

% Tiene mas de un link de entrada al Nudo. Hay ponderacion

else

indexNudosIn = find(InNode==NudosIn)

nameNudosIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i,indexNudosIn)',OutNode)

eval([nameNudosIn '= mReact'])

cellStoNode = sprintf('counterNode_%d(i,indexNudosIn)',OutNode)


checkNode = sprintf('counterNode_%d(i,:)',OutNode)


length(NudosIn)

allNodesIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i,:)',OutNode)

% weighting =

sum(eval(allNodesIn))/sum(elemVolcell(eval(checkNode),3)*1000)

weighting =

sum(eval(allNodesIn)*elemVolcell(eval(checkNode),3))/sum(elemVolcell(eval(checkNode),3))

indexNudosOut = successors(G,OutNode)

if isempty(indexNudosOut)


eval([varnew '= weighting'])

end

pág. 96

Anejo 1

for q = 1:length(indexNudosOut)

findIn = find(OutNode == LinkData(:,2))

findOut = find(indexNudosOut(q) == LinkData(:,3))

found = ismember(findIn, findOut)

indexes = find(found)

nextlink = LinkData(findIn(indexes),1)

nextOut = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,1)',nextlink)

eval([nextOut '= weighting']) % m > C



end

end

end

% para el resto de elementos de volumen

elseif (k >= 2) && (k < elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),2))

d = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,k+1)',numLink)

% eval([d '= mReact/(elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000)']) %

mg

eval([d '= mReact']) % mg/l

else

d = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,k+1)',numLink)

% eval([d '= mReact/(elemVolcell(numLink==elemVolcell(:,1),3)*1000)']) %

mg


end

end

end

end

end

% AQUI Codigo de cambio de proporcion de conducciones de wqst_i a wqst_i+1

end

pág. 97

Anejo 2

ANEJO 2

Script Matlab II. Simulación del transporte de sulfuros por un trazado determinado de la red de

saneamiento de la ciudad de Murcia

clear all; clc; close all;

tStart = tic;

projectname = 'Satm_hts_5_wqts_2.5'; % Nombre carpeta resultados % CAMBIAR

path = 'C:\Users\Franky\Desktop'; % Path ubicacion carpeta resultados

foldername = strcat(path,'\',projectname);

mkdir(foldername)

if exist(foldername)

rmdir(foldername,'s')

mkdir(foldername)

else

mkdir(foldername)

end

fid = fopen('ResultModel_2dias.rpt'); % Cambiar el archivo "*.rpt" % CAMBIAR

myline = fgetl(fid);

while ischar(myline)

% Numero de nudos y conducciones

if strfind(myline,'Number of nodes');

cutstr_node = strsplit(strtrim(myline));

Number_of_nodes = str2double(cutstr_node{5});

elseif strfind(myline,'Number of links');

cutstr_link = strsplit(strtrim(myline));

Number_of_links = str2double(cutstr_link{5});

% Datos generales de los Nudos

elseif strfind(myline,'Node Summary')

counterNS = 1;

while counterNS ~= Number_of_nodes + 1


cutnameNS = strsplit(strtrim(myline));

tonum = str2double(cutnameNS{1});

if ~isnan(tonum)

DataNudos(counterNS) =

struct('Name',str2double(cutnameNS{1}),'Tipo',cutnameNS{2},'Altura',str2double(cutnameNS{3}));

counterNS = counterNS + 1;

end

end

% Datos generales de las Conducciones

elseif strfind(myline,'Link Summary')

counterLS = 1;

while counterLS ~= Number_of_links + 1


pág. 98

Anejo 2

cutnameLS = strsplit(strtrim(myline));

tonum = str2double(cutnameLS{1});

if ~isnan(tonum)

DataLinks(counterLS) =

struct('Name',str2double(cutnameLS{1}),'InNode',str2double(cutnameLS{2}),'OutNode',str2double(cut

nameLS{3}),'Caudal',zeros(1),'Vel',zeros(1),'Long',str2double(cutnameLS{5}),'Slope',str2double(cu

tnameLS{6})/100,'CfMnng',str2double(cutnameLS{7}),'Calado',zeros(1));

counterLS = counterLS + 1;

end

end

elseif strfind(myline,'Cross Section Summary')

counterCSS = 1;

while counterCSS ~= Number_of_links + 1


cutnameCSS = strsplit(strtrim(myline));

tonum = str2double(cutnameCSS{1});

if ~isnan(tonum)

[DataLinks(tonum==[DataLinks.Name]).Diametro] = deal(str2double(cutnameCSS{6}));

% m

[DataLinks(tonum==[DataLinks.Name]).Area] = deal(str2double(cutnameCSS{4})); %

m2

[DataLinks(tonum==[DataLinks.Name]).Rh] = deal(str2double(cutnameCSS{5})); % m

counterCSS = counterCSS + 1;

end

end

% Datos de Tiempo de simulacion

elseif strfind(myline,'Starting Date');

cutname1 = strsplit(strtrim(myline));

cutdate1 = strsplit(cutname1{4},'/');

cuttime1 = strsplit(cutname1{5},':');

StartDate =

struct('date',struct('dd',str2double(cutdate1{2}),'mm',str2double(cutdate1{1}),'yy',str2double(cu

tdate1{3})),'time',struct('hh',str2double(cuttime1{1}),'mn',str2double(cuttime1{2}),'ss',str2doub

le(cuttime1{3})));

% tiempo = str2double(cuttime1{2});

tiempo = 10; % min

elseif strfind(myline,'Ending Date')

cutname2 = strsplit(strtrim(myline));

cutdate2 = strsplit(cutname2{4},'/');

cuttime2 = strsplit(cutname2{5},':');

EndDate =

struct('date',struct('dd',str2double(cutdate2{2}),'mm',str2double(cutdate2{1}),'yy',str2double(cu

tdate2{3})),'time',struct('hh',str2double(cuttime2{1}),'mn',str2double(cuttime2{2}),'ss',str2doub

le(cuttime2{3})));

elseif strfind(myline,'Report Time Step')

cutnameT = strsplit(strtrim(myline));

cuttime = strsplit(cutnameT{5},':');

dd = EndDate.date.dd - StartDate.date.dd;

mm = EndDate.date.mm - StartDate.date.mm;

yy = EndDate.date.yy - StartDate.date.yy;

hh = EndDate.time.hh - StartDate.time.hh;

mn = EndDate.time.mn - StartDate.time.mn;

ss = EndDate.time.ss - StartDate.time.ss;

pág. 99

Anejo 2

time_step = (dd*24 + hh + mn/60 + ss/3600)/(str2double(cuttime{1}) +

str2double(cuttime{2})/60 + str2double(cuttime{3})/3600);

% Registro de datos de los Nudos

elseif strfind(myline,'Node Results')

counterN = 1;

while counterN ~= Number_of_nodes + 1


if strfind(myline,'Node')

cutnameN = strsplit(strtrim(myline));

numbernode = str2double(cutnameN{1,3});


elseif length(find(ismember(myline,['/',':'])==1)) == 4

jl = 1;

while length(find(ismember(myline,['/',':'])==1)) == 4 %strfind(myline,'/')

cutnameN = strsplit(strtrim(myline));

cuttime = strsplit(cutnameN{1,2},':');

t = str2double(cuttime{1}) + str2double(cuttime{2})/60 +

str2double(cuttime{3})/3600;

h = str2double(cutnameN{1,5});

var = sprintf('Nudo_%d',numbernode);

matrixNode(jl) = struct('date',cutnameN{1,1},'time',t,'H',h);

eval([var '= matrixNode']);


jl = jl + 1;

clc

end

counterN = counterN + 1;

end

end

% Registro de datos de las Conducciones

elseif strfind(myline,'Link Results')

counterL = 1;

while counterL ~= Number_of_links + 1


if strfind(myline,'Link')

cutnameL = strsplit(strtrim(myline));

numberlink = str2double(cutnameL{1,3});


elseif length(find(ismember(myline,['/',':'])==1)) == 4

jc = 1;

while length(find(ismember(myline,['/',':'])==1)) == 4

cutnameL = strsplit(strtrim(myline));

cuttime = strsplit(cutnameL{1,2},':');

t = str2double(cuttime{1}) + str2double(cuttime{2})/60 +

str2double(cuttime{3})/3600;

Q = str2double(cutnameL{1,3});

v = str2double(cutnameL{1,4});

y = str2double(cutnameL{1,5});

var = sprintf('Link_%d',numberlink);

matrixLink(jc) =

struct('date',cutnameL{1,1},'time',t,'Caudal',Q,'Vel',v,'Calado',y);

eval([var '= matrixLink']);


jc = jc + 1;

pág. 100

Anejo 2

clc

end

counterL = counterL + 1;

end

end

end


end

fclose(fid);

% Datos topograficos de los Nudos

fid = fopen('SWMM_MURCIA.inp'); % Cambiar el archivo "*.inp" % CAMBIAR


while ischar(myline)

if strfind(myline,'[COORDINATES]')

cutname = strsplit(myline);

ki = 1;

numbers = [];

for is = 1:length([DataNudos.Name])

numbers(is) = DataNudos(is).Name;

end

while ki ~= Number_of_nodes + 1

if find(numbers == str2double(cutname{1}))

[DataNudos(ki).X] = deal(str2double(cutname{1, 2}));

[DataNudos(ki).Y] = deal(str2double(cutname{1, 3}));



ki = ki + 1;

else



end

end

end


end

fclose(fid);

% Ordenamiento topografico

sort = zeros(Number_of_nodes,Number_of_nodes);

nodename = cell(size(sort,1),1);

for u = [DataNudos.Name]

ser = find(u == [DataNudos.Name]);

seek = find(u == [DataLinks.InNode]);

if isempty(seek)

nodename{ser} = num2str(u);

else

for v = 1:length(seek)

dot = DataLinks(seek(v)).OutNode;

in_sort = find(dot == [DataNudos.Name]);

sort(ser,in_sort) = 1;

nodename{ser} = num2str(u);

end

pág. 101

Anejo 2

end

end

G = digraph(sort,nodename);

% plot(G)

nodeG = toposort(G);

nodesort = str2double(G.Nodes.Name(nodeG,:))';

% Agrupar todos los Links y Nudos en una Variable

b = whos;

IndexL = strfind({b.name},'Link_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexL)));



c = sscanf(d{e},'Link_%d');

L(e) = struct('num',c,'Link',eval(d{1,e}));

end

IndexN = strfind({b.name},'Nudo_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexN)));



c = sscanf(d{e},'Nudo_%d');

N(e) = struct('num',c,'Nudo',eval(d{1,e}));

end

% Discrete Volume Method

% Niveles de riesgo Sulfhidrico % CAMBIAR

nivel_0 = 10; % ppm

nivel_1 = 20; % ppm

nivel_2 = 30; % ppm

nivel_3 = 40; % ppm

nivel_4 = 50; % ppm

% Datos Hidraulicos y Agua Residual % CAMBIAR

DataWaste = dlmread('DatosAguaResidual_2dias.txt');

% Cantidad de iteraciones

iter = 2;

counterReactCell = 1;

% Condiciones iniciales

NC = dlmread('NudosContorno.txt'); % CAMBIAR

contam = zeros(length(nodename),3);

contam(:,1) = nodesort;

b = whos;

IndexC = strncmp({b.name},'C',1);

if sum(IndexC) == 0

CondCont = [];

else

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexC)));

for e = 1:length(Index);


c = sscanf(d{e},'C%d');

pág. 102

Anejo 2

serc = c == contam(:,1);

contam(serc,2) = eval(d{e});

NameCont = sprintf('IterNode_%d',c);

CondCont{e} = NameCont;

contam(serc,3) = c;

end

end

% Comienzo de las ITERACIONES

for t = 1:time_step % Iteraciones hydraulic time step

if t == 1

ReactCell = cell(1,Number_of_links);

end

time_elapsed = 0;

convTable = struct2table(DataLinks);

convMatrix = table2array(convTable);

convMatrix(:,[7 8 9 10 11 12]) = convMatrix(:,[10 7 11 12 9 8]);

for f = 1:size(convMatrix,1)

convMatrix(f,4) = L((convMatrix(f,1)==[L.num])).Link(t+2).Caudal;

convMatrix(f,5) = L((convMatrix(f,1)==[L.num])).Link(t+2).Vel;

convMatrix(f,11) = L((convMatrix(f,1)==[L.num])).Link(t+2).Calado;

end

LinkData = convMatrix;

% Water quality step time

wqtscell = [];

for l = 1:size(LinkData,1)

num = LinkData(l,1);

wqts_i = LinkData(l,6)/LinkData(l,5); % seg

wqts_mi = LinkData(l,6)/LinkData(l,5)/60; % min

wqtscell(l,1:3) = [num,wqts_i,wqts_mi]; % seg

end

wqts = round((min(wqtscell(:,2)))/60,2); % min

if wqts <= 2.5

wqts = 2.5; % min. Minimo Water Quality Time Step % CAMBIAR

else

wqts;

end

hts = 5; % min. Hydraulic time step

% Vector numero de iteraciones en un hydraulic time step

if mod(hts,wqts) == 0

x = round((0:wqts:hts),2);

else

x = round((0:wqts:hts),2);

x = [x,hts];

end

% Vector numero de elementos de volumen en un hydraulic time step

elemVolcell_1 = [];

for g = 1:size(LinkData,1)

num = LinkData(g,1);

if LinkData(g,4) == 0

pág. 103

Anejo 2

NelemVol = 1; % num elementos si Q = 0

ElemVol = pi()*LinkData(g,7)/4*LinkData(g,6); % vol elemento si Q = 0

else

NelemVol = floor((pi()*LinkData(g,7)^2/4 * LinkData(g,6))/(LinkData(g,4)*wqts*60)); %

num elements

if NelemVol >= 10 % CAMBIAR

NelemVol = 10; % Maximo elementos de volumen en cada conduccion

elseif NelemVol < 1

NelemVol = 1;

else

NelemVol;

end

ElemVol = round((pi()*LinkData(g,7)^2/4 * LinkData(g,6))/NelemVol,2); % m3

end

elemVolcell_1(g,1:3) = [num,NelemVol,ElemVol]; % seg

end

if t > 1

% Change names Links y Nodes

b = whos;

IndexL1 = strfind({b.name},'IterLink_');

Index1 = find(not(cellfun('isempty', IndexL1)));

d1 = {b(Index1).name};

for e1 = 1:length(Index1)

c1 = sscanf(d1{e1},'IterLink_%d');

L1 = sprintf('LinkIter_%d',c1);

val1 = eval(d1{e1});

eval([L1 '= val1']);

end

IndexN2 = strfind({b.name},'IterNode_');

Index2 = find(not(cellfun('isempty', IndexN2)));



c2 = sscanf(d2{e2},'IterNode_%d');

L2 = sprintf('NodeIter_%d',c2);


eval([L2 '= val2'])

end

IndexN3 = strfind({b.name},'NodeEnd_');

Index3 = find(not(cellfun('isempty', IndexN3)));



c3 = sscanf(d3{e3},'NodeEnd_%d');

L3 = sprintf('EndNode_%d',c3);


eval([L3 '= val3'])

end

end

% Crear matriz Nudos.

for m = 1:length(nodesort)

num = nodesort(m);

predc = indegree(G,nodeG(num==nodesort));

pág. 104

Anejo 2

cndcnt = num == contam(:,3);

cndcnt1 = any(cndcnt);

if (predc == 0) || (predc == 1)


colum = repmat(contam(num==contam(:,1),2),(length(x)-1),1);

if cndcnt1 == 1

colum(:,1) = contam(num==contam(:,1),2);

matrixNode = struct('time',x(2:end)','matrix',colum);

eval([varname '= matrixNode'])


colum_1 = zeros((length(x)-1),1);

eval([varname_1 '= colum_1'])




end









else


colum = zeros((length(x)-1),predc);

if cndcnt1 == 1

colum(:,1) = contam(num==contam(:,1),2);




colum_1 = zeros((length(x)-1),predc);





end




colum_1 = zeros((length(x)-1),predc);





end

% Crear matriz Links y Crear matriz reaccion

seek = find(num == LinkData(:,2));

for j = 1:length(seek)

Out_node = LinkData(seek(j),3);

numLink = LinkData(seek(j),1);

seekLink = find(numLink == elemVolcell_1(:,1));

NumVolElem = elemVolcell_1(seekLink,2);

var = sprintf('IterLink_%d',numLink);

pág. 105

Anejo 2

matrix = zeros((length(x)-1),NumVolElem);

matrixLink =

struct('time',x(2:end)','matrix',matrix,'In_node',num,'Out_node',Out_node);

eval([var '= matrixLink'])

if iter == 2

varreact = sprintf('LinkReact_%d',numLink);

matrixLinkreact = struct('time',[]',...

'DH',struct('DBO',[],'Tw',[],'Ta',[],'TRH',[],'TRHh',[],'Q',[],'y',[],'fi',[],'Am',[],'As',[],'Pm

',[],'Ps',[],'Rh',[],'vel',[],'Re',[],'T',[],'dm',[]),...

'Sw',struct('Ch',[],'Ceq',[],'q',[],'Ca',[],'EBOD',[],'numerador',[],'denominador',[],'Saq',[],'S

atm_w',[],'Semitido',[],'Semitido_ppm',[]),...

'Sa',struct('Ch_a',[],'f',[],'Tc',[],'fp_a',[],'suma_1',[],'suma_2',[],'Satm_a',[],'Satm_kg',[],'

Vol_H2S',[],'Satm_ppm',[]),...

'count',ones(1),...

'In_node',num,'Out_node',Out_node,...

'Saq',[],'Satm',[]);

eval([varreact '= matrixLinkreact']);

vartxt = sprintf('InIt_%d(1:2,gggg)',numLink);

paraDH = sprintf('%s.DH',varreact);

namvarDH = fieldnames(eval(paraDH));

for gggg = 1:numel(fieldnames(eval(paraDH)))

vargenDH = sprintf('%s.DH.%s(1:2,1)',varreact,namvarDH{gggg,1});

DH_name = eval(vartxt);

eval([vargenDH '= DH_name'])

end

vartxt = sprintf('InIt_%d(3:4,gg)',numLink);

paraSw = sprintf('%s.Sw',varreact);

namvarSw = fieldnames(eval(paraSw));

for gg = 1:numel(fieldnames(eval(paraSw)))

vargenSw = sprintf('%s.Sw.%s(1:2,1)',varreact,namvarSw{gg,1});

Sw_name = eval(vartxt);

eval([vargenSw '= Sw_name'])

end

vartxt = sprintf('InIt_%d(5:6,ggg)',numLink);

paraSa = sprintf('%s.Sa',varreact);

namvarSa = fieldnames(eval(paraSa));

for ggg = 1:numel(fieldnames(eval(paraSa)))

vargenSa = sprintf('%s.Sa.%s(1:2,1)',varreact,namvarSa{ggg,1});

Sa_name = eval(vartxt);

eval([vargenSa '= Sa_name'])

end

end

end

end

if t > 1

celltable = zeros(size(elemVolcell_1,1),3);

for rr = 1:size(elemVolcell_1,1);

num = LinkData(rr,1);

elemtnum =

elemVolcell_2(num==elemVolcell_2(:,1),2)/elemVolcell_1(num==elemVolcell_1(:,1),2);

elemtvol =

pág. 106

Anejo 2

elemVolcell_2(num==elemVolcell_2(:,1),3)/elemVolcell_1(num==elemVolcell_1(:,1),3);

celltable(rr,1:3) = [num,elemtnum,elemtvol];

end

for ss = 1:size(celltable,1)

num = celltable(ss,1);

Porcent = celltable(num==celltable(:,1),2);

NumElem_bef = length(eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,:)',num)));

NumElem_cur = length(eval(sprintf('IterLink_%d.matrix(1,:)',num)));

if Porcent <= 1

celltt = 1;

cellzz = 1;

sumzz = 0;

sumtt = 0;

restzz = 1;

resttt = Porcent;

sumPorcent = Porcent;

sumTot = 0;

residuo = 0;

for zz = 1:NumElem_cur

if residuo == 0

cellin = sprintf('IterLink_%d.matrix(1,celltt)',num);

mult = Porcent*eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);

eval([cellin '= mult']);

sumzz = sumzz + Porcent;

sumtt = sumtt + Porcent;

restzz = 1 - sumzz;

resttt = Porcent - sumtt;

if sumzz == 1

cellzz = cellzz + 1;

sumzz = 0;

end

if sumtt == Porcent

celltt = celltt + 1;

sumtt = 0;

end

else

residuo = (zz-1) - (zz-1)*Porcent;

resto = Porcent - residuo;


mult = residuo*eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);

eval([cellin '= mult'])

sumzz = sumzz + residuo;

sumtt = sumtt + restzz;

restzz = 1 - sumzz;


if sumzz == 1

sumzz = 0;


end

if round(sumtt,4) == round(Porcent,4);

sumtt = 0;

pág. 107

Anejo 2


end


mult = resto*eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);


sumzz = sumzz + resto;

sumtt = sumtt + resto;

restzz = abs(1 - resto);


if sumzz == 1

sumzz = 0;


end

if round(sumtt,4) == round(Porcent,4)

sumtt = 0;


end

end

end

elseif Porcent >= 1

celltt = 1;

cellzz = 1;

sumzz = 0;

sumtt = 0;

restzz = 1;

resttt = Porcent;

sumPorcent = 0;

sumTot = 0;

for bb = 1:NumElem_bef

sumPorcent = sumPorcent + 1;

sumTot = sumTot + 1;

if round(sumPorcent,4) <= round(Porcent,4)


mult = eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);


sumzz = sumzz + 1;

sumtt = sumtt + 1;

restzz = 1 - sumzz;


if sumzz == 1


sumzz = 0;

end



sumtt = 0;

end

elseif round(sumPorcent,4) > round(Porcent,4)

residuo = sumPorcent - Porcent;

resto = 1 - residuo;


pág. 108

Anejo 2

mult = resto*eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);


sumzz = sumzz + resto;

sumtt = sumtt + resto;

restzz = 1 - sumzz;


if sumzz == 1

sumzz = 0;


end


sumtt = 0;


end


mult = residuo*eval(sprintf('LinkIter_%d.matrix(end,cellzz)',num)) +

eval(cellin);


sumzz = sumzz + residuo;

sumtt = sumtt + residuo;

restzz = 1 - sumzz;


if sumzz == 1

sumzz = 0;


end


sumtt = 0;


end

sumPorcent = sumPorcent - Porcent;

end

end

end

end

end

% Iteraciones DVM

for i = 1:(length(x)-1) % Iteraciones = hts / wqts

tiempo = tiempo + wqts;

iter = iter + 1;

for InNode = nodesort

InNode;

seek = find(InNode == LinkData(:,2));

for p = 1:length(seek)

OutNode = LinkData(seek(p),3);

numLink = LinkData(seek(p),1);

numLink;

for k = 1:elemVolcell_1(numLink==elemVolcell_1(:,1),2);

% Calculo Reaccion Sulfhidrico

Nudospred = predecessors(G,nodeG(InNode==nodesort));

Nudospred2 = nodesort(ismember(nodeG,Nudospred));

% Para los nudos sin Nudos precedentes

if (numLink == 27142 && (k == 1)) || ((numLink == 27179) && (k == 1))

pág. 109

Anejo 2

volelem = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,1)',numLink);

nameR = sprintf('LinkReact_%d',numLink);

I = eval(sprintf('LinkReact_%d',numLink));

[O,iter] =

reaction(nameR,I,LinkData,numLink,k,i,t,DataWaste,tiempo,wqts,L,iter);

eval([nameR '= O'])

nameSatm = eval(sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(iter,1)',nameR));

eval([volelem '= nameSatm'])

mReact = eval(volelem); % mg/l

varnew = sprintf('NodeEnd_%d(i,1)',InNode);


% Cambiar 'C' del primer elemento del next Link

elseif ((numLink ~= 27142) && (numLink ~= 27179)) && (k == 1) && (i > 1)

volelem = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,1)',numLink);

newvalelem = eval(sprintf('IterLink_%d.matrix(i,1)',numLink));


newnameSatm = sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(end,1)',nameR);

eval([newnameSatm '= newvalelem']) % Cambiar Saq del link actual por el

link anterior

% Cambiar Satm del link actual por el link anterior

NudosIndx1 = predecessors(G,nodeG(InNode==nodesort));

NudosIn1 = nodesort(ismember(nodeG,NudosIndx1));

suma = 0;

sumaVol = 0;

for s = 1:length(NudosIn1)

findIn = find(NudosIn1(s) == LinkData(:,2));

findOut = find(InNode == LinkData(:,3));

found = ismember(findIn, findOut);

indexes = find(found);

nextlink = LinkData(findIn(indexes),1);

nameRi = sprintf('LinkReact_%d',nextlink);

n = eval(sprintf('%s.Sw.Saq(iter-1,1)',nameRi));

r = elemVolcell_1(ismember(elemVolcell_1(:,1),nextlink),3);

w = n*r;

suma = suma + w;

sumaVol = sumaVol + r;

end

weight = suma/sumaVol;

nameRj = sprintf('LinkReact_%d',numLink);

newnameSaqj = sprintf('%s.Sw.Saq(end,1)',nameRj);

eval([newnameSaqj '= weight'])


[O,iter] =


eval([nameR '= O'])

nameSatm = eval(sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(end,1)',nameR));



elseif ((numLink ~= 27142) && (numLink ~= 27179)) && (k > 1) && (i > 1)

volelem = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,k)',numLink);

newvalelem = eval(sprintf('IterLink_%d.matrix(i,k)',numLink));


newrepSatm = sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(iter-1,1)',nameR);

eval([newrepSatm '= newvalelem']) % Cambiar Saq del link actual por el

link anterior

newrepSaq = sprintf('%s.Sw.Saq(iter-1,1)',nameR);

pág. 110

Anejo 2

newvalurepSaq = eval(sprintf('%s.Saq(iter-1,1)',nameR));

eval([newrepSaq '= newvalurepSaq'])


[O,iter] =


eval([nameR '= O'])




if k == elemVolcell_1(numLink==elemVolcell_1(:,1),2)

nameSatmSave = sprintf('%s.Satm(iter,1)',nameR);

valueSatmSave = eval(sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(iter,1)',nameR));

eval([nameSatmSave '= valueSatmSave'])

nameSaqSave = sprintf('%s.Saq(iter,1)',nameR);

valueSaqSave = eval(sprintf('%s.Sw.Saq(iter,1)',nameR));

eval([nameSaqSave '= valueSaqSave'])

end

else % Para el Resto de 'k'

volelem = sprintf('IterLink_%d.matrix(i,k)',numLink);



[O,iter] =


eval([nameR '= O'])




nameSatmSave = sprintf('%s.Satm(iter,1)',nameR);

valueSatmSave = eval(sprintf('%s.Sa.Satm_ppm(iter,1)',nameR));

eval([nameSatmSave '= valueSatmSave'])

nameSaqSave = sprintf('%s.Saq(iter,1)',nameR);

valueSaqSave = eval(sprintf('%s.Sw.Saq(iter,1)',nameR));

eval([nameSaqSave '= valueSaqSave'])

end

% Ultimo elemento del link se introduce en el nudo

if i ~= (length(x)-1)

if k == elemVolcell_1(numLink==elemVolcell_1(:,1),2)

NudosIndx = predecessors(G,nodeG(OutNode==nodesort));

NudosIn = nodesort(ismember(nodeG,NudosIndx));

% Solo tiene un link de entrada en Nudo. No hay ponderacion


indexNudosIn = find(InNode==NudosIn);

nameNudosIn =

sprintf('IterNode_%d.matrix(i+1,indexNudosIn)',OutNode);

eval([nameNudosIn '= mReact']) % mg/l

varnew = sprintf('NodeEnd_%d(i,1)',OutNode);


cellStoNode = sprintf('counterNode_%d(i,indexNudosIn)',OutNode);



length(NudosIn);

seekNodeOutIndx = successors(G,nodeG(OutNode==nodesort));

seekNodeOut = nodesort(ismember(nodeG,seekNodeOutIndx));

for s = 1:length(seekNodeOut)

findIn = find(OutNode == LinkData(:,2));

pág. 111

Anejo 2

findOut = find(seekNodeOut(s) == LinkData(:,3));




nextOut = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,1)',nextlink);

eval([nextOut '= mReact']) % mg/l

end

end

% Tiene mas de un link de entrada al Nudo. Hay ponderacion

else


nameNudosIn =

sprintf('IterNode_%d.matrix(i,indexNudosIn)',OutNode);




checkNode = sprintf('counterNode_%d(i,:)',OutNode);


length(NudosIn);

allNodesIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i,:)',OutNode);

weighting = eval(sprintf('IterNode_%d.matrix(i,2)',OutNode));

indexNudosOutIndx = successors(G,nodeG(OutNode==nodesort));

indexNudosOut = nodesort(ismember(nodeG,indexNudosOutIndx));

if isempty(indexNudosOut);



end

for q = 1:length(indexNudosOut)

findIn = find(OutNode == LinkData(:,2));

findOut = find(indexNudosOut(q) == LinkData(:,3));




nextOut = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,1)',nextlink);

eval([nextOut '= weighting']) % m > C



end

end

end

else

d = sprintf('IterLink_%d.matrix(i+1,k+1)',numLink);


end

% Introducir valores en el nudo en k = end

elseif (i == (length(x)-1)) && (k ==

elemVolcell_1(numLink==elemVolcell_1(:,1),2))

NudosIndx = predecessors(G,nodeG(OutNode==nodesort));

NudosIn = nodesort(ismember(nodeG,NudosIndx));




else


nameNudosIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i,indexNudosIn)',OutNode);


pág. 112

Anejo 2



checkNode = sprintf('counterNode_%d(i,:)',OutNode);


length(NudosIn);

allNodesIn = sprintf('IterNode_%d.matrix(i,:)',OutNode);

weighting =

eval(sprintf('IterNode_%d.matrix(i,2)',OutNode))*0.95;

indexNudosOutIndx = successors(G,nodeG(OutNode==nodesort));

indexNudosOut = nodesort(ismember(nodeG,indexNudosOutIndx));


eval([varnew '= weighting']) % mg/l

end

end

end

end

end

end

if i == (length(x)-1)

time_elapsed = hts;

else

time_elapsed = wqts + time_elapsed;

end

% Create Display

% Crear Posicion Nudos de Entrada, Salida y Nudos Intermedios

arr_nude = [];

arr_int = [];

ptsort = [];

fig = figure('visible','off');

set(gca,'xtick',[])

set(gca,'ytick',[])

time = tiempo-10;

title(sprintf('[S]_{atm} (ppm) Tiempo: %s',duration(0,time,0)),'FontSize',8)

% title(sprintf('[S]_{atm} (ppm) \n t=%d i=%d',t,i),'FontSize',8)

% xlabel('X (UTM)') % x-axis label

% ylabel('Y (UTM)') % y-axis label

for uu = 1:length(DataLinks)

numlnk = DataLinks(uu).Name;

Inpts = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).InNode;

Outpts = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).OutNode;

long = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).Long;

n = elemVolcell_1(numlnk==elemVolcell_1(:,1),2);

Ax = DataNudos(Inpts==[DataNudos.Name]).X;

Ay = DataNudos(Inpts==[DataNudos.Name]).Y;

Bx = DataNudos(Outpts==[DataNudos.Name]).X;

By = DataNudos(Outpts==[DataNudos.Name]).Y;

m = (By - Ay) / (Bx - Ax);

angle = atand((By - Ay) / (Bx - Ax));

dist = sqrt(abs(Bx - Ax)^2 + abs(By - Ay)^2)/n;

pts_start = [Ax,Ay,Inpts];

pt_start = [Ax,Ay,m,numlnk];

arr_nude = [arr_nude ; pts_start];

ptsort = [ptsort ; pt_start];

pág. 113

Anejo 2

for jj = 1:(n-1)

pt_inter = [(cosd(angle)*dist*jj + Ax),(sind(angle)*dist*jj) + Ay];

pts_inter = [(cosd(angle)*dist*jj + Ax),(sind(angle)*dist*jj) + Ay,m,numlnk];

arr_int = [arr_int ; pt_inter];

ptsort = [ptsort ; pts_inter];

end

pts_end = [Bx,By,Outpts];

pt_end = [Bx,By,m,numlnk];

arr_nude = [arr_nude ; pts_end];

ptsort = [ptsort ; pt_end];

end

hold on

plot(arr_nude(:,1),arr_nude(:,2),'ok','MarkerEdgeColor','k','MarkerSize',7,'MarkerFaceColor',[0.3

,0.3,0])

% ax = gca;

% ax.XLim = [min(arr_nude(:,1)) max(arr_nude(:,1))];

% ax.YLim = [min(arr_nude(:,2)) max(arr_nude(:,2))];

% text(arr_nude(:,1)-

45,arr_nude(:,2),num2str(arr_nude(:,3)),'Color','k','FontSize',11)

hold on

if isempty(arr_int)

else

plot(arr_int(:,1),arr_int(:,2),'.k','MarkerSize',12)

end

% Poner Valor de Concentracion a los Nudos de Entrada y Salida

for eee = 1:length(DataNudos)

nude_cc = eval(sprintf('NodeEnd_%d(i)',DataNudos(eee).Name));

if (nude_cc < nivel_0)

text(DataNudos(DataNudos(eee).Name==[DataNudos.Name]).X+5,DataNudos(DataNudos(eee).Name==[DataNud

os.Name]).Y-10,num2str(round(nude_cc,2)),'Color','k','FontSize',9)

elseif (nude_cc >= nivel_0) && (nude_cc < nivel_1)












elseif (nude_cc >= nivel_4)



end

end

pág. 114

Anejo 2

% Print los Links entre Nudos de Entrada, Salida y Nudos Intermedio

arr_line = [];

for bb = 1:length(DataLinks)

numlnk = DataLinks(bb).Name;

Inpts = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).InNode;

Outpts = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).OutNode;

long = DataLinks(numlnk==[DataLinks.Name]).Long;

n = elemVolcell_1(numlnk==elemVolcell_1(:,1),2);

Ax = DataNudos(Inpts==[DataNudos.Name]).X;

Ay = DataNudos(Inpts==[DataNudos.Name]).Y;

Bx = DataNudos(Outpts==[DataNudos.Name]).X;

By = DataNudos(Outpts==[DataNudos.Name]).Y;

angle = atand((By - Ay) / (Bx - Ax));

dist = sqrt(abs(Bx - Ax)^2 + abs(By - Ay)^2)/n;

pt_ini = [Ax,Ay];

valnk = ptsort(numlnk==ptsort(:,4),1:3);

for ee = 1:n

if ((Bx-Ax) > 0) && ((By-Ay) > 0)

pt_inter = [Ax + cosd(angle)*dist*ee,Ay + sind(angle)*dist*ee];

elseif ((Bx-Ax) < 0)

pt_inter = [Ax - cosd(angle)*dist*ee,Ay + sind(angle)*dist*ee];

elseif ((By-Ay) < 0)


elseif ((Bx-Ax) < 0) && ((By-Ay) < 0)

pt_inter = [Ax - cosd(angle)*dist*ee,Ay - sind(angle)*dist*ee];

else


end

% Poner Valor de Concentracion a los Links

line_cc = eval(sprintf('IterLink_%d.matrix(i,ee)',numlnk));

line_inter = [pt_ini(1),pt_inter(1),pt_ini(2),pt_inter(2),line_cc];

if (line_cc < nivel_0)

plot([line_inter(:,1) line_inter(:,2)]',[line_inter(:,3)

line_inter(:,4)]','b','LineWidth',2,'Color', [0.5, 0.5, 0.5]) %// grey

% text((valnk(ee+1,1)+valnk(ee,1))/2 + 5,(-1/valnk(1,1))*(((valnk(ee+1,1)-

valnk(ee,1))/2) - ((valnk(ee+1,1)+valnk(ee,1))/2)) +

((valnk(ee+1,2)+valnk(ee,2))/2),num2str(round(line_inter(:,5),2)),'Color','b','FontSize',5)

elseif (line_cc >= nivel_0) && (line_cc < nivel_1)


line_inter(:,4)]','g','LineWidth',2,'Color', [0,0.7,1]) %// blue






line_inter(:,4)]','y','LineWidth',2,'Color', [0,1,0]) %// green






line_inter(:,4)]','c','LineWidth',2,'Color', [1,1,0]) %// yellow




pág. 115

Anejo 2



line_inter(:,4)]','c','LineWidth',2,'Color', [1,0.5,0]) %// orange




elseif (line_cc >= nivel_4)


line_inter(:,4)]','r','LineWidth',2,'Color', [1,0,0]) %// red




end

arr_line = [arr_line ; line_inter];

pt_ini = pt_inter;

end

end

% Diseñar la Barra de Colores con Niveles de Riesgo

hold on

custom_colormap = [0.5,0.5,0.5;0,0.7,1;0,1,0;1,1,0;1,0.5,0;1,0,0];

colormap(custom_colormap)

caxis([0 nivel_4])

distcol = nivel_4/6;

colorbar('Ticks',[0,distcol,distcol*2,distcol*3,distcol*4,distcol*5],'TickLabels',{0,num2str(nive

l_0),num2str(nivel_1),num2str(nivel_2),num2str(nivel_3),num2str(nivel_4)})

% Nombre del archivo figura

figur = strcat(foldername,'\','figures');

mkdir(figur)

curfig = sprintf('t_%d_i_%d',t,i); % CAMBIAR

saveas(fig, fullfile(figur, curfig), 'jpeg')

close all

% Creating files

textfile = strcat(foldername,'\','textfile');

mkdir(textfile)

nameiter = strcat(textfile,'\',sprintf('t_%d_i_%d_L.txt',t,i)); % CAMBIAR

fid = fopen(nameiter,'a');

b = whos;

IndL = strfind({b.name},'IterLink_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndL)));



c = sscanf(d{e},'IterLink_%d');

nm = sprintf('Link_%d',c);

ncel = (length(x)-1)*e;

namematrx = eval(sprintf('IterLink_%d.matrix',c));

fprintf(fid,'%s\n',nm);

for ii = 1:size(namematrx,1)

fprintf(fid,'%g\t',namematrx(ii,:));

fprintf(fid,'\n');

end

end

pág. 116

Anejo 2

fclose(fid)

nameiter = strcat(textfile,'\',sprintf('t_%d_i_%d_N.txt',t,i)); % CAMBIAR

fid = fopen(nameiter,'a');

b = whos;

IndL = strfind({b.name},'NodeEnd_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndL)));



c = sscanf(d{e},'NodeEnd_%d');

nm = sprintf('Node_%d',c);

ncel = (length(x)-1)*e;

namematrx = eval(sprintf('NodeEnd_%d',c));

fprintf(fid,'%s\n',nm);

for ii = 1:size(namematrx,1)

fprintf(fid,'%g\t',namematrx(ii,:));

fprintf(fid,'\n');

end

end

fclose(fid)

end

elemVolcell_2 = elemVolcell_1;

b = whos;

IndexL = strfind({b.name},'IterLink_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexL)));



c = sscanf(d{e},'IterLink_%d');

Link_iter(e) = struct('num',c,'Link',eval(sprintf('IterLink_%d.matrix',c)));

end

IndexN = strfind({b.name},'NodeEnd_');

Index = find(not(cellfun('isempty', IndexN)));



c = sscanf(d{e},'NodeEnd_%d');

Node_iter(e) = struct('num',c,'Nudo',eval(d{1,e}));

end

end

tEnd = toc(tStart);

fprintf('%d minutes and %f seconds\n', floor(tEnd/60), rem(tEnd,60));

simulaciÓn numÉrica de los procesos de advecciÓn y

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